中铁十四局集团大盾构工程有限公司 江苏省南京市 210000
摘要：素混凝土桩桩体不配置钢筋，属于脆性桩，抗弯性能差，是地下较为隐蔽的工程，施工时质量较难控制，常会造成断桩的工程事故，如不能妥善处理，则会给工程安全带来隐患。本文以西宁市华能热电铁路专线项目路基段载体桩地基处理工程为例，对素混凝土桩断
桩原因做一些分析，并探讨处理大面积断桩现象的处理措施，以保障工程安全，提高事故处理效率，降低事故影响。为类似工程提供借鉴和参考。
关键词：载体桩 断桩 预防对策 处理措施
Technical Study on Repairing and Treatment of Broken Pile of Railway Plain Concrete Pile
Abstract The plain concrete pile body without reinforcement is a brittle pile with poor flexural performance, which is a hidden underground project. It is difficult to control the quality of construction, and often causes the engineering accident of pile breakage. If it can not be properly handled, it will bring hidden dangers to the safety of the project. This paper takes the foundation treatment of carrier pile in subgrade section of Huaineng Thermoelectric Railway project in Xining city as an example, this paper makes some analysis on the causes of broken plain concrete piles, and probes into the treatment measures to deal with the phenomenon of large-scale broken piles, so as to ensure the safety of the project, improve the efficiency of accident treatment and reduce the impact of accidents. It provides reference and reference for similar projects. Such
Keywords carrier pile broken pile preventive measures treatment measures
1 引言
素混凝土桩复合地基是由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和（1），经成桩机械制成有一定强度桩，与土体共同作用的一种复合地基形式。适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基（2）。从20世纪80年代末开始在工程中应用，多采用钻孔灌注成桩、长螺旋钻孔管内泵压灌注成桩和振动沉管灌注成桩（3）。因其具有施工简单、噪音低、污染小、承载力提高幅度大、地基变形小等特点（4），并具有较大的适用范围，目前，已大量应用于工业厂房和民用住宅、道路路基等多个领域的地基处理和加固中。
素混凝土桩由于不配置钢筋，属于脆性桩，抗弯性能很差，在开挖与截桩时，如采取的方法不正确，往往造成断桩的工程事故（5），如断桩不能妥善处理，则会影响素混凝土桩复合地基的处理效果，严重时达不到设计要求，需要二次处理。这样势必给业主和总包方带来工期上的影响，给施工单位带来不必要的经济和声誉损失（6）。
本文以西宁市华能热电铁路专线路基段载体桩地基处理工程为例，对素混凝土桩断桩原因做一些分析，并探讨处理大面积断桩现象的处理措施。
2 断桩事故概况
本工点位于湟中县西堡镇桥头附近，紧挨109国道。地貌属冲洪积平原，地形较为平坦，地势起伏不大，西邻近京承高速公路，线路现状为房屋拆迁后平整场地及道路，路基最大挖方深度11.81m，路基最大填方高度4.95m。对DK2+460.8～DK3+530段路基素混凝土载体桩随机抽检（低应变检测）100根，结果发现5根桩波形明显存在严重异常，现场抽2根给予破检验证，开挖后桩体未出现缩颈、夹层等问题，但桩体存在横向裂缝，判定路基基础桩桩身完整性不合格。
2.1 载体桩设计概况
DK2+856～DK3+530段以路基基底采用载体桩联合渣土桩加固，载体桩桩身混凝土强度为C50,桩径0.6m，桩间距1.8m，正方形布置，渣土桩桩径0.6m，桩间距1.8m，正方形布置；DK3+530～DK3+724.54、 DK3+743.06～DK4+017.16段路堤基底采用载体桩联合渣土桩加固，载体桩身混凝土强度为C50,桩径0.6m，桩间距2.0m，正方形布置，渣土桩桩径0.6m，桩间距2m，正方形布置。此区间共设置载体桩4966根。载体桩及渣土桩桩型布置详见图1地基处理平面图。
2.2 工程水文、地质条件
沿线范围内地层主要为人工填土层（Qml）、第四纪全新世冲洪积层（Q4al+pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）。勘探深度范围内主要地层为第四系人工堆积层（Q4ml）素填土、杂填土、填筑土，第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂，第四系上更新统冲洪积（Q3al+pl）黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂、圆砾。DK27+460.8～DK27+530里程段载体桩加固区主要分布杂填土，部分粉砂，少量泥炭质土和粉质黏土。本工点地下水在化学侵蚀环境条件下对铁路混凝土结构具硫酸盐侵蚀，环境作用等级H2；具氯盐侵蚀，环境作用等级L1；具盐类结晶侵蚀，环境作用等级Y2。地下水位以上的素填土在化学侵蚀环境条件下对铁路混凝土结构无侵蚀性，杂填土土层对钢筋混凝土结构不具氯盐侵蚀，具化学侵蚀性，作用等级H3对钢筋混凝土结构具盐类结晶侵蚀，作用等级Y4。地基地层剖面图如图2所示。
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图1 地基处理平面图
（1）杂填土：杂色、松散，稍湿~饱和，以灰渣、砖块、碎石等建筑垃圾为主，偶见塑料袋、碎木屑等生活垃圾，填充少量粉土，其中0～0.30m为水泥路面。
（2）粉质黏土：黄褐色，硬塑，可见云母颗粒，含有机质，其中11.20m以下偶见姜石，局部夹少量粉土薄层，地基承载力б0=160～180kpa。
（3）粉砂：黄褐色，密实，饱和，以石英长石为主，含云母颗粒，夹黏土团约10%，其中31.00～31.30m为粉质黏土夹层，地基承载力 б0=200kpa。
（4）细砂：黄褐色，密实，饱和，以石英长石为主，含云母颗粒，加黏土团的10%，地基承载力б0=300kpa。
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图2 地基地层剖面图
2.3 断桩问题的发现
对DK2+460.8～DK3+530段路基素混凝土载体桩随机抽检（低应变检测）100根，结果发现5根桩波形明显存在严重异常，现场抽2根给予破检验证，开挖后桩体未出现缩颈、夹层等问题，但桩体存在横向裂缝，判定路基基础桩桩身完整性不合格。为了全面掌握路基段载体桩受损情况，对所有载体桩采用低应变反射波法进行桩身完整性检验，检测率100%，明显断裂或断裂的桩共14根，占检测桩数的1.5%，浅部断裂的载体桩占绝大多数。
3 断桩原因分析
素混凝土桩出现大量断桩现象，一般由工程地质因素、季节因素、施工因素及现场保护和管理因素等造成，结合该工程具体情况，造成载体桩缺陷的原因可能如下：
3.1 工程地质原因
区间基底以下杂填土较厚，土质软弱，扩锤夯击成孔过程中，一方面可能引起地基土扰动，使土体强度明显降低，从而发生挤压滑移，对孔内产生侧向压力，达到一定程度时，孔壁可能向孔内缓慢变形造成桩体缩径（ 严重的导致断桩）；另一方面如果拔管速度太快， 会导致混凝土自重压力对周围饱和软土侧压力的抵抗力减少加剧缩径或断桩。
3.2 季节因素
在冬季施工时，如对素混凝土桩的混合料保温措施不当，灌注温度不合规，或浇灌不及时使之受冻，都影响桩身完整性及强度。此外，冬季施工冻层与非冻层结合部易产生缩径或断桩。
3.3 施工原因
（1）施工顺序
在饱和软土中成桩，若采用连打作业，新打桩可能会对已成桩造成挤压，使已成桩被挤成不规则形，严重的会产生缩径和断桩。本工程桩间距较小，采用跳一打一的间距仍不满足要求，此因素影响很大，即使桩间距较大，连打施工影响小，但桩头截面异形仍有可能是挤压所致。
（2）施工技巧
成孔过程中，如拔管速度掌握不好，也容易造断桩、缩径或影响桩身强度。如拔管速度太快，会导致混凝土自重压力对周围土体的抵抗力减少而造成缩径或断桩；反之，如拔管速度太慢，则会使得桩的端部桩体水泥含量太少，桩顶浮浆较多，而且混合料也容易产生离析，造成桩身强度不均。混凝土由于搅拌过程或用料等原因造成混凝土和易性不良， 也会导致桩体本身密度不均而造成断桩。
（3）施工管理
桩间土强度较低且含水量较高，若新打桩混凝土在凝结前，就受到桩机支腿挤压或清土机械碾压等机械扰动，易造成断桩或缩径。清土时使用大型挖掘机挖土，灌混凝土时使用罐车自卸，由于机械碾压产生的剪力以及机械设备超挖时直接碰撞桩头产生断桩。
（4）施工材料
由于石料粒径过大，在灌注过程中出现堵塞现象，混凝土初凝前没有做好疏导工作，混凝土在运输过程中发生离析现象，但是灌注时又没有二次搅拌，导致骨料卡在导管内，为疏通导管就得提起导管，导致断桩。
3.4 现场保护和管理原因
据了解，路基段在载体桩施工完成后，现场疏于管理，任由重型车辆及设备在成品保护区自由穿梭。未对路基段载体桩进行妥善保护，虽然留有50cm的保护土层，但仍未起到保护的作用。
根据分析，施工因素及现场管理因素可能是造成本工程载体桩受损的主要原因， 施工机械扰动可能是此次事故的罪魁祸首。
4 断桩评价处理方案
4.1 浅层断桩处理（缺陷位置小于2.5m）
首先采用人工配合60型挖掘机挖至缺陷位置以下20cm，将断裂桩头吊除；人工对断桩位置的断面进行凿平凿毛、涂刷水泥基渗透结晶涂料；安装柱状模板至载体桩设计桩顶标高，浇筑C55混凝土养护成桩；待混凝土强度达到设计75%拆模分层回填压实至桩顶标高。
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图3 浅层断桩接桩示意图
4.2 深层断桩处理（缺陷位置大于2.5m）
针对深层断桩，采取补桩方式进行处理，一般有以下两种处理措施。
（1）在断裂桩体位置，打设螺旋桩对断桩进行加强，确保单位面积桩体抗荷载能力满足设计要求，具体桩体加强如下图4、图5。
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图4 螺旋接桩平面示意图
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图5 螺旋接桩示意图
（2）对断裂桩体钻芯至断裂位置下2m位置，插放钢筋笼，注浆封闭，将断裂桩体通过钢筋+注浆连为整体。每根桩钻芯3处，直径150mm，三角形布设；钢筋笼采用3根∅22钢筋内连于∅32钢环。深层接桩示意图6如下。
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图6 深层断桩接桩示意图
5 断桩接桩质量控制要点及控制措施
在施工过程中，严格按照项目建设基本程序和有关规程进行，加强对施工过程质量的控制和管理，对各工序过程产品进行严格的控制和检查，确保不合格产品不流入下一道工序。作业过程中，按照国家标准、行业标准及我公司相关的作业文件和操作规程进行作业。
（1）测量放线
测量放线实行换手复测，成孔前还必需进行复核。
（2）挖除断桩质量控制
挖机务必用吊车放至施工区域并调整其站位，规划好施工过程中的运行路线，对施工区域周围完整性好的载体桩采取适当的保护措施，避免挖机直接碾压。
（3）模板定位固定质量控制
载体桩断桩面凿毛完成后，对挖孔基底进行清理，并用打夯机对基底进行夯实整平，平整度务必满足要求，保证与柱状模板接触面无缝隙，柱状模板的定位要通过测量精准放点，定位完成后要进行复测，模板支立时要保证两个半圆弧状的竹胶板接缝无错台，支立完成后对其进行垂直度的检验，验收合格后进行模板固定，确保模板固定牢靠，避免在灌浆过程中出现模板位移现象。
（4）混凝土浇筑质量控制
浇筑混凝土前，现场技术员应严格把控到场混凝土的质量，对出现离析等质量问题的混凝土坚决弃用，合格的混凝土使用混凝土泵车泵送，严禁混凝土罐车进入成品桩区域，混凝土浇筑时要充分的振捣，保证浇筑混凝土的密实，保证一次性浇筑至设计标高。
（5） 载体桩接桩体的成品保护
载体桩接桩施工完成后，进行成品养护，在已施工完成的区域安装成品保护区警示牌，要将成品保护区与外部施工环境彻底的隔离，规划施工车辆行走路线，严禁重型车辆和设备进入养护区。
6 结语
在铁路施工中路基段的地基处理是基础工程，施工中很容易受多种因素影响，一旦出现问题很难处理。同时桩基的质量对整个铁路工程来说有着重要的影响，因此必须做好桩基施工质量控制，确保施工质量。
（1）当素混凝土桩大面积受损时，合理制定评价、处理方案，既可以保证工程质量不受影响，又可能节约工期、节省成本，并降低事故的影响。
（2）素混凝土桩设计施工时，应注意饱和软弱的杂填土地层应采取适当的打桩方式， 注意季节影响，掌握好提钻速度，并尽量避免施工机械的扰动和施工现场保护。
（3）浅部断裂是造成素混凝土桩单桩承载力损失的主要因素。
（4）个别位置分散的素混凝土桩深部断裂，经静载荷试验检验，单桩承载力和复合承载力均能满足设计要求，可以视情况进行处理，必要时，可不进行处理。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）中国建筑工业出版社，2012
[2] CFG桩复合地基技术及工程实践.闫明礼，张东刚，北京：中国水利水电出版社.2016
[3] CFG桩断桩、缩径原因分析及事故处理方法探.闫娜，于玮，沈滨，岩土工程.2016.