预应力管桩倾斜、偏位、断桩的预防和处理

预应力管桩倾斜、偏位、断桩的预防和处理1、前言预应力管桩基础由于其施工工期短、工程造价相对较低、单桩承载力大、施工质量容易保证等诸多优势，在建筑工程领域得到广泛应用。但在软弱地基中，打桩过程中的挤土效应、施工过程中的端头板焊接不良、重型施工机械的行走碾压、基坑边坡失稳和挖土不当等原因，使桩出现倾斜，甚至偏位以及断桩情况。此类质量问题轻则延误工期、增加工程造价，重则会引起重大质量事故。因此，分析研究预应力管桩施工质量问题产生的原因及处理方法，具有重要的工程意义。2、管桩倾斜的原因分析、预防和处理2.1管桩倾斜的原因分析（1）预应力混凝土管桩属挤土型桩，在施打大面积密集群桩时，往往造成先打入的桩挤土产生倾斜，管桩施工速度太快时会加剧挤土效应；（2）施工顺序不当导致应力扩散不均匀，随着施工数量的增加，挤土效应越加明显；（3）基坑开挖方法不当，一次性开挖深度太深，使桩的一侧承受土压力较大，桩身发生弯曲变形；（4）为确保桩机行走，上部填土形成硬壳，随着沉桩施工产生的挤土效应致使上部硬壳向已施工方向移动；（5）沉桩过程中地下遇到大块坚硬物体，把桩挤向一侧；（6）施工过程中桩身不垂直。2.2预防措施（1）施工过程中应根据地层情况、基础形式、布桩情况等选择合理的施工机械，并限制打桩速率，并优化打桩的施工方向和顺序路线，一般宜自桩群中间向两个方向或四周对称施工，当一侧毗邻建筑物时，可从毗邻建筑物处开始沉桩。（2）在打桩或挖土施工前，如果地表土层较软，或地表土层虽然较硬，但厚度相对较薄时，应在机械行走的位置填一定厚度的碎石或路基板，减小机械对场地表面土体的挤压作用。（3）合理选择基槽支护与开挖施工方法。施工应坚持先支护后挖土的原则。深基坑一定要分层开挖，软土每层挖土的厚度不应超过1.5m，层与层之间留出一定宽度的工作面，并根据土质情况合理放坡，严防土体滑动。深基坑在接近坑底时应采取接力开挖，前边（接近坑底层土）用小挖机，后边用大挖机，这样可减小挖土机械对桩顶土层的挤压作用。（4）预钻孔沉桩，孔径应比桩径小50mm～100mm，深度可根据桩距和土的密实度、渗透性确定，一般孔深宜为桩长的1/3～1/2，施工时随钻随打。（5）饱和土地基中设置袋装砂井或塑料排水板，以消除部分超孔隙水压力，减少挤土现象。袋装砂井或塑料排水板间距1.0m～1.5m，深度10m～12m。（6）设置地面防挤沟，沟宽0.5m～0.8m，深度视土质情况而定，过浅则起不到隔离防挤的作用，为防止沟中边坡坍塌，可回填松散状的砂石。2.3纠偏处理（1）较浅的（一般2～3m）可以将桩倾斜反向土方挖除后扶正。（2）较深的可以用钻孔取土、高压水冲取土等方式将桩倾斜反向一侧土取出后扶正。（3）在取土前，应在桩倾斜的反向打好地锚，用细钢丝绳、手动葫芦将桩与地锚连接起来，取土深度需超过桩倾斜深度0.5～1m，轻轻拉动手动葫芦，边拉边对桩进行测量，不可过拉。倾斜量大的桩，应分几次拉直，当拉力过大时，应进行取土后再拉动手动葫芦。桩扶直后，桩周产生的空隙用砂或碎石填实。（4）对纠偏扶正的桩进行检测，看其是否在纠偏施工中发生异常情况，如无异常可进行下步施工。（5）对于偏斜过大且无法扶正的桩，应进行补桩。3、管桩偏位的原因分析、预防和处理3.1管桩偏位的原因分析（1）挤土效应引起的桩身整体偏位，“上硬下软”土层条件下，桩间距偏小，施工机械或顺序不当，加重挤土效应；（2）测量放线偏差，或基准点由于挤土效应扰动从而引起定位不准；3.2预防措施（1）采取措施避免挤土效应，同2.2；（2）施工过程中反复校核桩位，确保桩位准确。3.3偏位处理一般原设计地梁仅仅为拉结作用，现把地梁修改为受力地梁，地梁高度同承台高度，地梁宽度大大增加，增大地梁的配筋量，这样通过地梁大大地加强了基础的整体刚度，起到一定的调节作用，如图1。图1地梁及承台调整图如果桩偏位多在500～600以上桩基中心完全远离了柱中心，应进行补桩。为解决补桩后的承台偏心问题，在承台桩偏位的另一侧补上一根或二根桩以弥补重心问题。经过这样处理，偏位桩集中及偏位大的承台大部分力由新补的桩来承担。4、断桩的原因分析、预防和处理4.1断桩的原因分析（1）工程勘察在持力层层面高差太大，并有明显陡坡的情况下，未按规范要求进一步加密钻孔，容易误导设计和施工，造成实际单桩负荷不均，或在陡坡处滑移，严重者倾斜断裂。尤其在“上软下硬，软硬突变”的地质条件下打桩，管桩很快穿越软土覆盖层遭遇硬土层，贯入度突然变小，桩身反弹剧烈，桩身容易断裂；（2）管桩质量有缺陷，在外观检查时未发现，但沉桩过程中或发生挤土效应后发生断桩；（3）管桩选型不当，当地基土上部软土层较厚时，选择薄壁型管桩或一般A型管桩极易出现倾斜断桩；（4）沉桩施工方法不当，地表土层较软，施工时未采取相应技术措施，桩机行走部分的支腿直接站压在桩顶或桩顶软土层上，形成对地表土层的强大挤压作用，当地基土上部有较厚的软土层或地表面较薄的硬土层下有较厚的软土层时，可将管桩推挤倾斜，导致断桩；（5）接桩时焊接质量未达到规范要求或现场施工要求，受挤土效应后产生断桩；（6）基坑开挖或挤土效应。4.2预防措施（1）掌握详细的地质勘察资料，根据地层条件选择施工合理的施工机械、施工方法和顺序。（2）使用合格管桩，其混凝土强度等级、预应力张拉值、几何尺寸偏差、不允许的外观缺陷、钢端板、钢桩尖等都必须符合有关规定。对质量有怀疑的管桩，应禁止在现场使用。（3）设计者应合理地选择桩型、桩的长径比及沉桩方式，摩擦型桩的长径比不宜大于100；端承型桩必须穿过一定厚度较硬土层时，其长径比不宜大于80。同一结构单元不宜选择不同类型的桩，也不宜采用不同的沉桩方式。PC型和PHC型预应力混凝土管桩可采用锤击或静压力法沉桩，PTC型预应力混凝土管桩宜采用静压法沉桩。用静压法沉桩时桩架配重不宜小于单桩竖向极限承载力的0.75倍。用锤击法沉桩时，锤重应根据预应力混凝土管桩的外径和持力层土质及深度来选定。（4）采取有效措施防止挤土效应，同2.2。4.3断桩处理（1）人工挖孔接桩法如果断桩处距桩顶在1～2m时可将上部断桩移走（还应根据地下水位的情况决定），然后用直径大于桩外径100mm的模板套（或人工挖孔护壁）从断口以下200mm处开始向上接长；大于1m小于2m也可用内径比桩外径大100mm的混凝土管，采用沉井的方法沉至断口以下200mm处，管桩孔中用碎石充填，填至断口以下1～2m处，浇捣200mm厚C20混凝土垫层，然后在上部按接桩要求配置钢筋笼，用比承台或基础梁提高一级，且不低于的混凝土灌实，伸人承台或基础梁，如下图2。图2人工挖孔接桩图3常用接桩方法（2）钢筋笼接桩法当断桩（裂缝）位置距离桩顶较远，或采用人工挖孔无法接桩时，可采用钢筋笼接桩法。接桩前将管桩中间空心部分清理干净，把绑扎好且焊有托板的钢筋笼放入桩管空心内，浇筑混凝土，使其形成芯桩，接桩处理后，裂缝处原桩不承力，只有芯桩承力，桩的承载力由芯桩传递裂缝下部的管桩。采取此办法接桩，需要确定如下两个数据:①接桩时芯桩在裂缝以下锚入裂缝下管桩内的深度，即锚固长度；②芯桩混凝土强度等级、配筋量。①锚固长度h的计算h值的计算可采用如下公式计算:Pshd公式1dsPh公式2式中:P—单桩承载力特征值；d—管桩空心直径(芯桩直径)；h—芯桩锚固深度；s—芯桩与管桩空心壁摩擦力系数。根据管桩内壁粗糙程度可选定0.6～0.95。②芯桩配筋和混凝土强度计算。根据钢凝土柱轴心受压公式可以确定出芯桩的配筋土强度值:)(9.0''sycAfAfN公式3式中:N=2PA—芯桩截面积；cf—芯桩混凝土轴心抗压强度设计值；'yf—芯桩纵向钢筋抗压强度设计值；'yf—芯桩全部纵向钢筋的截面面积；φ—芯桩的稳定系数，可根据l0=h’，l0/d值查《混凝土结构设计规范》选取。此处h’=h-0.5m。③接桩施工注意事项a.在安放钢筋笼前，应认真清洗管桩内壁，去掉粘在管桩内壁上的泥土等杂物。并将接桩深度范围内的泥水排除干净。b.芯桩在裂缝上下各2m的范围内箍筋应加密；在裂缝2m以上纵筋可适当减少。c.经接桩处理后的桩应按规范要求抽样做静载荷试验，确认无疑问后方可进行下步施工。（3）补桩法对于采取上述两种方法无法处理的断桩，应根据实际情况和设计要求进行补桩，补桩时应确保承台中心位置不变，各桩受力均匀。5、总结管桩倾斜、偏位和断桩的产生因素是多样而复杂的，在沉桩施工前及土方开挖时，应对地质条件、设计图纸进行认真分析，正确选择管桩的桩型、施工机械和施工方法，尽量避免管桩倾斜、偏位和断桩的发生。因此，在施工前不但要有针对性地编制施工方案、基坑挖土方案以及基础（底板）施工方案，还应向工人做好技术交底。一旦管桩出现倾斜和裂缝的现象，要经过细致的检测，科学的分析，然后采取相应的措施进行处理，在保证工程基础结构安全的情况下，尽量节约投资。综上，采取因地制宜的预防措施是第一位的，出现问题后还应根据问题发生的原因进行有针对性的处理。