预制桩缺陷防治_围护桩缺陷处理方案

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摘要：本文根据湖南省高强度预应力管桩施工的实际情况和刀具厂三车间厂房桩基础工程的施工经验，对高强度预应力管桩在施工中出现的质量缺陷的成因进行了分析，提出了在各种不同地质条件下桩基础施工预防质量缺陷的措施。此文可供建设单位、建筑设计院设计时选择桩型，监理单位、施工单位在施工中对质量缺陷的控制和预防时提供参考。

关键词：预应力管桩 施工质量缺陷 成因分析预防措施

一、高强度预应力管桩应用

在建筑工程中，桩基础是最常用的基础形式。随着现代建筑业的飞速发展和科学技术的进步，桩基础已从木桩逐渐发展为钢筋混凝土桩和钢桩，桩基础的施工方法与施工机械也有了长足的发展。同时为了满足现代建筑的质量标准和可靠性，制桩方法也有了很大的改变，预制桩是在专业化工厂生产，采用的是大型现代化设备，有成熟的生产工艺和完整的质量管理体系，各项指标由计算机控制，使产品质量在生产运行的全过程中得到有效地控制。因此预制桩在全国已经得到普遍使用。

经过三十多年在工业和民用建筑等工程中的使用实践，预制桩不仅适用于多层和高层建筑（广东、广西、上海等地区应用预应力管桩作基础的楼房已高达60层），在湖南，用于18-32层高层建筑的项目有：顺天*黄金海岸、先锋*水韵花都、中嘉*裙原、珠江花城、益阳银色现代城、当代MOMA城、世纪金源房地产、新河三角洲房地产、长沙市二馆一厅等，用于多层和别墅的项目有：保利*云阆别墅、创远*第三城、和记黄浦*金星住宅项目、南山*苏迪亚诺、比华利山、长沙民政职业技术学院、常德金汇广场等。

同时也适用于厂房建筑和设备基础等，在湖南地区已经用于厂房基础的有：株冶钻石工业园三分厂管桩基础工程、中联重科泉塘工业园技改二期和三期项目、麓谷工业园技改工程管桩基础、湖南新天和湘潭九华工业园等。

在湖南目前已经有9家压桩机生产厂，规模大、质量好、产品规格齐全的有湖南新天和工程设备有限公司等。湖南液压静力压桩机产量占全国总产量的85%，年产值在5亿元以上。

在湖南，目前生产规模已经超过100万米的砼预应力管桩生产厂—湖南建华管桩有限公司和湘江管桩有限公司。

在湖南目前已经有十多台液压静力压桩机和约150台柴油锤桩机在全省范围内施工。并且施工设备和施工队伍还在不断增加中。

与其它的桩型相比较，预制桩施工有明显的优势。预制桩施工目前有二种主要施工方法，一是锤击法，一是静压法（目前正在进行推广的还有一种栽桩法）。

二、高强度预应力管桩静压施工特点 静压桩机静压预应力管桩从八十年代开始应用，经过二十多年的发展，逐步走向成熟。静压桩施工法适应范围广，一般粘土、软弱土、淤泥土、砂层地质土等都适宜，特别是覆土不太厚的岩溶地区和持力层深的沿海地区优势更为明显。在静压预应力管桩应用得比较多的地区，如广东、广西、海南、福建、江苏、浙江、上海、天津、北京、山东、山西、河南、湖北、江西、安徽、辽宁、吉林、黑龙江、陕西等省市；其它的桩型如：锤击桩、钢管桩、沉管灌注桩、人工挖孔桩和钻孔灌注桩的使用范围逐步减少或正逐步被淘汰，桩基施工质量事故的发生频率也在大幅度下降。根据二十多年的使用实践证明，静压预应力管桩有如下优点：

1、供设计选用范围广

管桩规格型号多，直径从300mm~1200mm不等；单桩承载力从600KN~1000KN不等，各种建筑的基础都能适用。

目前在全国大部分城市都有管桩生产工厂，工厂生产的产品都能满足工程施工需要；根据建筑结构荷载的大小和土质情况，设计院可选用不同直径、不同壁厚和桩长的管桩，为业主节约工程投资；在施工中也容易解决布桩问题。

2、对地质条件复杂、持力层起伏变化大的地基适应性强

管桩桩长可以由施工单位根据试桩的桩长要求生产（从5m~15m），各种长度的桩可以任意搭配焊接，配桩简单，桩长可以在5~70 m范围任意搭配，在施工过程中可根据地质条件和承载力变化随时调整桩长，减少不必要的投资。

3、单位承载力造价便宜

虽然管桩每米造价比沉管灌注桩贵，但管桩单桩承载力高，按单位（每吨）承载力造价比较（管桩总长度或者根数要少），管桩造价比沉管灌注桩要低；这在多年前已经成为公认的事实。虽然管桩单方混凝土造价比人工挖孔桩和钻孔灌注桩高，但管桩持力层与人工挖孔和钻孔灌注的持力层不在同一平面（二者比较管桩桩长短一些），在计取其它的费用后，综合费用管桩要低。

长时期使用实践证明，在同样直径、同样土壤的条件下，由于静压预应力管桩对桩周及桩端土壤的挤压，静压预应力管桩的桩侧摩擦力和桩端阻力都要比其它桩型大很多，这在理论界和设计院都有定论，只是各地设计院在设计时选取参数时掌握分寸不一。

为了尽量减少不必要的投资，许多有经验又懂行的业主，采取先试桩，要求设计院在试桩完成后进行复核计算，调整设计方案，采用最合理、最经济的优化方案。

4、成桩质量稳定可靠

（1）管桩是在专业化工厂生产，采用的是大型现代化设备，有成熟的生产工艺和完整的质量管理体系，各项指标由计算机控制，使产品质量在生产运行的全过程中得到有效地控制。（2）管桩采用离心成型、压蒸养护与混凝土科学配比掺外加剂工艺，确保砼强度等级大于C60（高强砼PHC管桩砼强度等级达到C80以上），比普通砼预制桩承载力高2~4倍。选用的是高强度预应力钢棒，采用成熟的先张法预应力工艺有较高的抗裂、抗弯强度。（3）成桩质量可靠性高

因桩在工厂制作，桩身平整直立，在施工中静压桩机能随时调整桩的垂直度，确保桩的垂直度符合规范要求。

桩在施工中的偏差因静压桩是将桩抱紧后强制压入土，外界因素不会造成桩的跑偏，能确保桩位准确无误。

压桩过程中桩的阻力由静压桩机上的仪表反映出来，所以每根桩的单桩承载力可以很直观地观测和记录（相当于每根桩都做了静载试验），监理工程师和建设方现场代表在现场对施工质量和工程量计量的监督工作变得简单，减轻了工作强度，节约了人力资源。

（4）由于压桩过程中，桩的单桩承载力可以很直观地观测和记录，所以桩的质量可靠，一方面不会出现检测不合格，需要大面积检测和补桩的质量事故；另一方面，在施工中出现的地质土层变化等问题能及时反映到设计院和监理公司，针对出现的问题能及时采取措施解决。

4、施工速度快、工效高、工期短、检测简单快速

在市场经济发展的今天，“工期就是效益，时间就是金钱”。静压管桩施工速度是所有基础施工项目中最快的一种，一台800吨的静压桩机在正常情况下每天可压桩20-80根（最高记录是每天可压桩1600米）。

由于静压桩过程中，桩对周边土壤和地下水的干扰相对较少，所以压入桩的最终压力值要大于桩的实际承载力，因此可在压桩施工后立刻对桩进行检测；检测合格可马上进行桩基承台施工；这样可大大缩短工期，提高工效；同时可以节省施工费用，缩短投资回收时间。

基桩的检测主要是由静载试验检测桩的单桩承载力和小应变检测桩身的质量，静力压桩机可以作为静载试验的反力加载装置，无需外请吊车、堆沙包、砌承重墙和重新修建施工临时道路等工作，检测时间可以缩短数倍，检测费用大大降低，只是原来的30-50%；如一个项目施工桩的数量在1000根，按规范要求要检测桩的数量是10根，设计承载力是220吨，常规检测费用是：220吨*2倍*55元/吨*10根=242000元；如果采用桩机做反力机构，检测单位取费：每根桩在3000元以内（长沙市市场价），设备使用台班费：2000元/根，检测费用是：5000元/根*10根=50000元；二者相差192000元。

5、运输装卸方便，接桩快捷，压桩长度不受限制 静力压桩机都配备有16t以上的液压吊车，各种建筑施工材料可随到随卸。接桩采用电焊法，由两个电焊工对焊。压桩的长度可以根据地质持力层的变化随时调整，桩长从5m~70m或更长都可以灵活搭配。

6、施工文明，现场整洁，对周围的环境影响少

静力压桩机施工是一种全机械化施工，最大的特点是无噪音、无振动、无污染、无建筑垃圾外运，现场文明整洁，工人劳动强度低。特别适宜在对噪音有管制和对震动有限制的市区、危房、精密仪器房附近及河口、地铁、立交桥等地区施工。

7、静力压桩对施工场地的土质有很大的改善，挤土桩形成过程中对桩周的土壤有一定的挤压，能极大地增加摩擦力；桩机行走灵活，施工效率高。

8、预制桩施工，不受流砂，地下水位，淤泥质土壤的影响，不良地质不会影响施工进度和施工重量。

9、施工安全：由于预制桩施工工艺简单，施工环境和施工条件较好，所以施工安全有保证。

经过二十多年的使用，在沿海地区和内陆地区，静压桩机静压预应力管桩已经成为最普通最常用的施工方法，业主、设计院、监理公司、施工单位公认这种施工法是最经济最可靠的施工法。

三、施工质量问题

静压桩机静压预应力管桩施工法虽然得到普遍推广和使用，但在施工过程中由于管理和质量控制不完善，管桩桩基础施工产生的质量问题是：桩位及桩身倾钭超过规范要求；桩头破裂；桩身（包括桩尖和接头）破损断裂；桩端达不到设计持力层；单桩承载力达不到设计要求；桩的长度不够；基坑开挖不当引起大面积群桩倾钭；桩身上浮。

四、施工质量缺陷原因分析 1．桩顶偏位过大 主要原因：

（1）测量放线有误，或样桩在施工过程中位移；（2）插桩对中误差较大；

（3）先沉入的桩被挤位偏移，在饱和的软土地区的大片密集群桩施工时最易出现；

（4）施工顺序不当，引起桩位移；（5）沉桩过程中桩尖遇到坚硬的障碍物或地层土质突变，产生断裂带，桩位正好在陡变区，桩在沉降过程中受到偏心力作用，将桩挤偏；（6）接桩不直，或用了“香蕉形”的预制桩；（7）基坑挖土施工引起坑中的桩身倾斜或大偏位；

（8）在软土地基上由于重型施工机械的偏压也易引起桩的偏位.2.桩身倾斜

主要原因：

（1）施工场地不平；或地表松软，使打桩机倾斜；或打桩机导（挺）杆未校直；

（2）插桩不正，底桩倾斜过大；或初入土时就发生倾斜；

（3）桩身弯曲度过大；

（4）桩顶与桩身中轴线不同心；

（5）桩尖偏心不对中；

（6）打桩时桩锤、桩帽、桩身中心线不在同一直线上；

（7）桩垫或锤垫不平；

（8）桩帽太大，引起偏心锤击；

（9）遇到孤石或坚硬障碍物；

（10）接桩时上下节桩不在同一直线上，或用了“香蕉形”桩；

（11）大片密集群桩中，打（压）桩时土体挤压邻桩；

（12）在软土地区施工，送桩器太大且送桩太深也会引起桩顶偏位或桩身倾斜；

（13）基坑开挖不当引起了大批桩身倾斜或折断；

（14）钻孔植桩法施工时导孔倾斜。3．桩顶破碎

主要原因：（1）桩的制作质量差，如原材料质量差，配合比不当，振捣不密实，养护不当等；

（2）桩顶结构不合理；

（3）桩身养护时间不足；

（4）桩顶面不平，或桩顶与桩身轴线不垂直；

（5）桩锤太轻，锤击次数过多；

（6）桩锤太重，或落距太大；

（7）没有设桩垫，或桩垫厚度不够，或桩垫未及时更换；

（8）桩帽太小、太大、太深，或桩帽结构变形；

（9）桩锤、桩帽、桩身轴线不重合而偏心锤击；

（10）遇到孤石或硬岩面时继续猛打；

（11）收锤贯入度要求过小；

（12）在厚粘性土层中停歇时间久再重打时，易打坏桩头；

（13）送桩器尺寸不合适、送桩太深击碎桩头；

（14）截桩头后再复打时桩顶易碎。4．桩身断裂

主要原因：

（1）桩身制作质量不符合要求，存在质量隐患；

（2）桩在堆放、吊运过程中已产生断裂或裂缝；

（3）遇硬岩面时继续强打，特别是在石灰岩地区、“上软下硬、软硬突变”的地质条件下施工，桩身更易断裂；

（4）桩尖沿硬岩面滑移而将桩身蹩断；

（5）桩身弯曲过大，偏心锤击；

（6）桩尖进入硬土层后倾斜过大，误用移动桩架等强行扳回的方法纠偏易将桩身折断；（7）桩身自由段长细比过大，且桩尖已进入硬土层时，易将桩身打裂；

（8）打桩中发生过大的拉应力，桩身易引起地面以下的桩身断裂；

（9）压桩时夹具不当，夹力太大易将桩身夹爆；（10）收锤贯入度要求过小，总锤击数太多；

（11）沉桩完毕，露出地面的桩受施工机械碰撞引起地面以下的桩身断裂；（12）开挖基坑不当易引起桩身倾斜而被折断；

（13）接头质量差，打桩时易断裂；挤土严重时，接头易拉脱。5．沉桩达不到设计控制要求 主要原因：

（1）地质勘察资料与实际桩端持力层不符，持力层顶面标高变化大，预制桩长度不够；

（2）设计选择持力层不当，或设计承载力过高，无法将桩打至要求的行力层，以致打桩破损率大；

（3）沉桩时遇地下障碍物或厚度较大的硬夹层；（4）打桩锤太小，压桩机压力不够；

（5）桩头被击碎或桩身被打断，无法继续沉桩；（6）在较厚的粘性土层中，沉桩中间休歇时间太长；

（7）布桩密集或打桩顺序不当，使后打的桩无法达到原先的设计深度。6．桩身上浮

桩基础施工时，由于施工操作不当或地质情况复杂，有时会产生桩身上浮的现象。这种情况在上海、浙江、广东、湖北等地发生过。其原因是：

（1）地下水位高，土层中含水率高，桩在下沉过程中，由于土体被挤密实，地下水在桩的挤压下无法及时消散，桩的下端部形成一个相对密闭容器状水土混合体，桩端施压的压力越大，下部的水和土的混合体的压强越大，水将土挤得更加密实，水就更加难消散，这样就会使桩沉不到要求的持力层。而静载试验时，由于桩的停歇时间已久，桩下部的水已经消散，桩的承载力比施工时的实际承载力要低很多，这样就会造成较大的质量事故。（2）同样原理，桩在下沉过程中，由于持力层是基岩，桩端下部的水土混合体对周围的岩土均匀施压，岩石和硬质结构土体的强度大，不易挤碎，而此时新压入的相邻桩的桩侧摩擦力没有完全恢复，水土混合体顶起管桩，造成相邻桩上浮。（3）对端承桩而言，上述二种情况是主要原因；在沿海地区和江浙一带，摩擦桩是主要的桩型，摩擦桩一般情况不会出现浮桩的情况。在桩的静载试验时由于桩的下沉量大，有时误判断是桩上浮，这是对土力学、桩的受力原理和桩基础施工缺乏了解所致。局部土质差异，地下水和地表水的变化，沉桩后停歇时间的长短，桩下端部土质承载力差等，都有可能产生桩的承载力变少，沉降量大。这需要专业人员根据实际情况判断确认。7．基坑开挖不当引起大面积群桩倾钭

软土地区施打（压）大面积密集的预制桩后，在沉桩区进行深基坑开挖（开挖深度4~5 米以上），在沿海地区，在此深度范围内存在着淤泥等软弱土层，这就给开挖带来许多困难，并引起桩身大幅度位移、倾倒或折断。原因是：（1）打（压）桩后，由于土体被挤紧挤密，土的挤压内应力没有完全消散掉，土体中的水没有形成流动通道，在深基坑开挖时，原有的平衡被破坏，土的挤压内应力和水压力得到释放，加上淤泥本身的流动性，土体产生侧向力向开挖方向流动，而基桩对水平力的抵抗能力小，于是随着土体的位移而向开挖方向倾斜，造成桩顶大量位移。

（2）基坑开挖时，一般采用机械开挖，机械设备的重量、振动、土体标高的高低差和土体的重量都是引起淤泥质土体移动的主要因素。

四、质量缺陷防范措施 主要是：

１．加强施工管理和上岗人员的培训，施工前进行技术和安全交底，对施工重点和难点要有保证措施；

２．施工前要有施工方案，施工中要严格按施工方案和操作规程执行； ３．严格遵守公司的质量管理制度，对进场的管桩等主要材料在沉桩前要进行检查，确保施工前材料的质量全部合格；

４．每个项目都有专职质量员负责质量检查，对每一道工序都要进行复检，杜绝人为因素造成的质量问题发生；

5．施工前和施工中都要认真研究地质勘察报告，对不良土质和地下水高等情况要有措施，确保施工质量。

6．桩基础施工看起来简单，其实需要有专业理论知识和施工经验的施工管理和技术人员来管理，施工前能有预见性，能发现问题，施工质量才能有保证。目前施工单位管理混乱，挂靠多，很多情况是出现问题后再来处理，影响工期和造成经济损失；所以施工队伍、施工管理人员、施工技术人员和施工设备是决定施工质量的主要因素。

7．基坑开挖要由有经验的技术人员编制施工方案，确定开挖程序，注意保持基坑围护结构或边坡土体的稳定，基坑边严禁堆土和重物；

8．施工大片密集的预制管桩时采用设置袋装砂井、打插塑料排水板，开挖降水井和防挤土沟等技术措施来降低孔隙水压力，减少土体的隆起。9．选择桩机时应注意桩机重量和设计的承载力要求，一般是三比一比较合适，对静压桩机的夹桩夹具要有选择，夹具是造成桩身裂纹的主要原因。10掌握地质特点、根据土层变化，控制锤击冲程，控制停锤标准，发现桩身剧烈抖动或贯人度突然增大、桩身严重倾斜时应立即停锤进行研究处理； 11．锤击桩机在施工时，要及时更换锤垫桩垫，防止桩顶破损；

12施工前要根据地质资料选择桩位试桩，根据试桩情况合理配桩，确保桩顶的标高基本达到设计要求，减少锯桩和接桩数量，杜绝在没有达到压力值时停止压桩或超过终压力值时继续压桩。

13．测量设备和仪器、桩机上的压力表、水平仪都要经常检查和标定。14．对桩的垂直度和桩位偏差要严格控制。

五．缺陷桩处理

1．桩位偏差超过规范，按设计院要求可以增大承台，增补桩来处理。2．断桩一般采用补桩处理，对三类桩的处理要根据情况采用灌芯或补桩。3．桩上浮采用复压。

4．桩的承载力不够，要分析原因，找出问题，然后分别采取复压或补桩。5．桩顶标高低于设计标高，要接桩。6．桩顶标高高于设计标高，要锯桩。