预应力混凝土管桩施工中断桩原因分析及处理摘 要：本文对某建筑工程的预应力混凝土管桩施工中出现连续断桩现象进行详细分析及进行合理的处理，并提出预应力混凝土管桩施工的相关注意事项。关键词：预应力混凝土管桩；地质勘探；断桩；原因分析前 言近年来，预应力混凝土管桩被广泛应用于多层、小高层民用建筑及工业厂房等建筑基础工程中，主要是由于其具有以下多个优点：（1）桩身强度高；（2）桩身质量易于保证和检查；（3）桩端进入持力层的承载力高；（4）桩的成型好；（5）桩身混凝土的密度大，抗腐蚀性强；（6）设计选用范围广；（7）施工速度快、工效高、工期短；但在一些地区的复杂地质工程中也会容易出现断桩、弯桩等质量问题。1 工程概况广东省某小区一商住楼，13层框架、剪力墙结构，建筑面积约21000m2，桩基础采用？准40098AB（外径+壁厚）预应力混凝土管桩基础，以强风化基岩为桩端持力层。预计桩长1630m，设计的单桩承载力极限值为P=1300kN，桩身混凝土设计强度等级C80，要求锤击沉桩，总桩数为396根。施工桩机选用HD50柴油锤击桩打机，锤重40kN，锤高1.8m，最后三阵十锤，每十锤总的贯入度不大于2.0cm。预应力混凝土管桩选用江门市某预应力混凝土管桩厂生产的管桩。2 工程地质情况本拟建工程的场地原为耕地、渔塘，后经人工填土。根据场地勘探深度范围内钻探地质结果得地基岩土层自上而下如为：素填土，层厚为1.02.9m，土黄褐色，湿，松散，成份主要为粉质粘土，夹少量基岩碎块；淤泥层，层厚为3.613.7m，深灰赤黑色，饱和，流塑，成份主要为粘粒，富有腐植质，局部含粉砂；1粘土层，层厚为2.516.1m，土黄红褐色，成份主要为粘粒，湿，可塑，局部底部硬塑；2中粗砂层，层厚为1.59.0m，灰白色，饱和、稍密密实，成份主要为石英中粗砂，含少量粉粒；3粉质粘土层，平均厚3.6m，暗红色黄褐色，成份主要为粉粒及粘粒，湿，硬塑；4中粗砂层，平均厚10.2m，灰白色，饱和、稍密密实，成份主要为石英中粗砂，局部含砾；1粉质粘土层，层厚为1.514.85m，棕红色黄褐色，成份主要为粉粒及粘粉，很湿，可塑；2粉质粘土层，层厚为1.214.5m，棕红色黄褐色，成份主要为粉粒及粘粉，湿，硬塑；1全风化泥质粉砂岩层，层厚为1.011.0m，棕红色杂色，稍湿，坚硬，岩心呈土状，原岩已完全高岭土化、褐铁矿化，局部残留泥质粉砂结构。局部夹中风化岩孤石；2强风化泥质粉砂岩层，层厚为1.5016.65m，棕红色杂色，残余泥质粉砂结构，薄中厚层状构造，岩心呈半岩半土状，手捏易碎，遇水易软化、崩解，局部夹中风岩孤石；3中风化泥质粉砂岩层，层厚为0.8018.9m，棕红色杂色，泥质粉砂结构，中厚层状构造，岩石裂隙发育，岩心破碎呈碎块状短柱状，坚硬，性脆。3 工程问题在刚开始打桩过程中，进行得非常顺利，均没有出现断桩、弯桩等情况，但在进行到某地段时相继出现了4个相邻的桩承台有5个桩号（162号、165号、166号、167号、170号）在桩端刚进入到全风化泥质粉砂岩层或强风化泥质粉砂岩层时发生断桩现象，均不能收锤，无贯入度，无法继续进行试打，它们之间距离最大相差不到15m，如图1断桩位置平面图所示。4 预应力混凝土管桩断桩初步调查（1）施工桩机具的选择：选用HD50柴油锤击桩打机，其技术资料为：？准400mm管径的管桩，锤重40kN，锤高1.8m，桩锤匹配合理，锤垫选用坚纹硬木制作，厚度为150mm，桩垫用硬纸皮制作。桩垫与管桩顶面相接触经锤击压实后厚度为135mm。经检查后桩施工机具符合要求。（2）桩的垂直控制：桩锤、柱帽和桩身三体中心重合，一直保持在同一重合垂直线上。在试打桩过程中，选用互成90角的两个方向用吊线锤方法监控桩身的垂直度，偏差值很少，远远少于1/100H，H为桩长度，桩的垂直度合符要求，不会影响打桩质量。（3）管桩的接头质量检查：采用手工焊接，焊接工持证上岗，焊缝连续饱满，焊接层数不少于三层，焊接厚度及焊缝质量合乎验收要求，焊缝全部自然冷却在8min以上。（4）桩身混凝土强度：江门市某预应力混凝土管桩生产的？准40098AB（外径+壁厚）管桩，C80混凝土强度等级，出厂强度为89.9MPa，符合设计要求。从以上几点分析基本排除了桩机、管桩、接头检查是产生断桩的原因。5 原因分析根据以上的资料，开发商、设计、施工、监理、勘察等多个单位的相关技术负责人一起进行了技术研讨会议，对出现断桩的现场地形和地质资料进行详细讨论及分析，初步确定该地段断桩原因如下：（1）该工程地质情况比较复杂，详见原勘探点平面位置图（如图2所示，粗线区为该商住楼红线范围）和工程地质ZK56ZK58剖面图、ZK57-ZK59剖面图（如图3及图4所示）。从以上图得知该地段位于钻孔ZK56-ZK58与钻孔ZK57-ZK59的交接处附近，从剖面图可以得知该地段实际地形情况复杂，不能准确地反映出现断桩位置的实际地质详细情况。这是因为本工程地质钻勘点较少，且钻孔ZK56-ZK58、ZK57-ZK59之间距离分别为44.1m、68.79m，明显大于相关规范的要求“勘察布点间距宜取1224m”，这样就不能全面地反映出整体地质工程的详细情况，从而引起部分地段的地质情况不详细。 （2）从ZK56-ZK58剖面图及ZK57-ZK59剖面图可得知该地段工程在基础持力层的层面高差较大，但没有按相关规范要求进一步加密钻孔，不能全面地反映出整体地质工程的详细情况。因此为了清楚了解该断桩地段的地质详细情况及岩土层分布、基础起伏状况，决定根据本工程实际情况，在出现多处断桩范围的地段进行补充钻勘，增加布设钻孔2个（ZK1和ZK2），如图5所示。其钻探地质的结果详见钻探地质ZK1-ZK2剖面图（如图6所示），标准贯入18次。场地勘探深度范围内地基岩土层自上而下为：（1）素填土，层厚为2.32.7m，土黄色，湿，松散，成分主要为粉质粘粉，夹少量碎石；（2）淤泥层，层厚为5.57.8m，灰黑色，饱和，流塑，成分主要为粘粒，富含腐植质，夹薄层粉细砂；（3）粘土层，层厚为13.313.7m，红褐灰黄色，湿，可塑，成分主要为粘粒；（4）粉质粘土层，层厚为2.15.3m，棕红灰白色，湿，硬塑，成分主要为粘粒及砂粒，残积土形成；（5）全风化泥质粉砂岩层，层厚为3.455.8m，棕红色，稍湿，坚硬，岩心呈土状，原岩已完全高岭土化，褐铁矿化；（6）强风化泥质粉砂岩层，层厚为5.86.65m，棕红色，残余泥质粉砂结构，薄中厚层状结构，岩心呈半岩半土状，手捏易碎，遇水易软化，崩解，原岩已强烈高岭土化，褐铁矿化；（7）中风化泥质粉砂岩层，层厚为1.21.5m，棕红色，泥质粉砂结构，薄中厚层状结构，岩心呈破碎状，321m，软破碎，属较软岩，岩体质量等级为V级。6 处理措施从新数据可以看到与旧数据有明显的差异，综合以上数据分析得该地段出现断桩主要原因为：该地段全风化泥质粉砂岩层及强风化泥质粉砂岩层地形较为复杂。在“上软下硬，软硬突变”的地质条件下，管桩很快穿越软土覆盖层遭遇到硬土层时贯入度突然变小，桩身反应剧烈，桩身容易断裂。此外，桩尖在锤击振动下，在来到全风化泥质粉砂岩层或强风化泥质粉砂岩层时容易沿岩面陡坡滑移，也会造成桩身断裂现象。根据上述的原因分析，设计单位从实际地质情况及相关规范要求作出如下修改通知：把管桩种类由江门市某预应力混凝土管桩生产的？准40098AB（外径+壁厚）管桩改用？准500125B（外径+壁厚）管桩，进行补桩，补桩位置如图7所示。需注意的是：在桩端进入强风化岩时特别靠近中风化岩顶界部位时要注意采用控制捶高，且采用十字钢板桩尖，采用轻锤慢打方式，最后贯入度不宜小于20mm/10击，最后贯入度连续测3次，每一阵贯入度一定要达到设计要求，且要注意收锤，防止断桩。施工单位按设计要求进行补桩：选用江门市某预应力混凝土管桩生产的？准500125B（外径+壁厚）管桩，每条桩打入800900击左右，锤跳动高度约为2m左右，最后三阵10击，第10击收锤贯入度2.0cm以下，桩入土长度和贯入度均达到设计要求，再没有出现断桩现象，符合质量要求。最后按相关规范对整座建筑桩基础进行相应基桩反射波法检测和基桩静载试压，均达到设计荷载的相关要求。7 结束语随着社会发展和预应力混凝土管桩有着诸多的优点，使之被广泛地应用，但设计与施工中仍存在许多问题，甚至有些地质并不适用。由于地质情况存在着不可预见性，在施工过程中往往会出现一部分异常桩的现象。因些在施工过程中为减少出现断桩、弯桩等异常桩情况，要特别注意以下几点：（1）地质勘探工作前要事先熟悉、分析清楚工程总体规划方案资料，并合理布置钻勘点，使地质勘探报告全面地反映详细地质情况，这样方便施工人员根据实际、详细的地质勘探资料选择合理的施工机械、施工方法、施工顺序及清楚施工过程中注意事项。（2）地质勘探时要注意当相邻勘探点揭露的持力层层面高差大于2m，或土层性质变化较大时，宜适当加密，必要时尚应查明持力层厚度的变化。1（3）勘察布点间距宜取1224m，且每项工程或大型项目的每个单位工程的勘探布点不宜少于5个，其中控制性勘探点的数量不应少于勘探点总数的1/3且不应少于2个，当地质条件复杂时，应适当加密勘探点。2（4）在勘探过程中发现基岩中有断层破碎带，或桩端持力层为软、硬互层，或相邻勘探点所揭露桩端持力层层面坡度超过10%，且单向倾伏时，钻孔应适当加密。3（5）在施工过程中，施工人员、监理人员不仅要事先熟悉、分析清楚地质勘探资料，做出各种情况的预测，同时还应实行旁站跟踪，详细记录施工过程。在遇到异常桩情况时，及时与设计人员等相关人员联系，通过分析和对比，才能对异常桩情况做出正确的判断，并提供合理有效的处理方法。参考文献1软土地区工程地质勘察规范（JGJ83-91）.中国建筑工业出版社.2广东省标准锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程（DBJ/T15-22-2008）.中国建筑工业出版社.3高层建筑岩土工程勘察规程（JGJ72-2004）.中国建筑工业出版社.