预应力混凝土管桩基础质量缺陷处理

1、Page PAGE 12 of NUMPAGES 12PHC预应力混凝土管桩基础质量缺陷处理江苏建科建设监理有限公司（210008）郝 为 峰【摘 要】高高强混凝土预应力力管桩具有卓越的工工程性能，广广泛 HYPERLINK 应用于高层建建筑基础。但由于设计计、施工等原原因，质量问问题也较多。本文介绍了某大楼管桩基础施工中所存在的质量问题、处理工艺及处理过程、质量检测和鉴定方法以及施工质量验收等，分析了管桩基础质量问题的产生原因，提出了管桩基础设计施工中应注意的若干事项。【关键词】预应应力管桩基础础 质量缺陷陷 缺陷陷处理工艺和和过程 混混凝土填芯 投石石注浆 钢管桩补补强 质量量检测 华东地

2、区某行政政中心大楼，混凝土预应力管桩检测过程中，发现桩身不同位置出现裂缝、错位、桩中桩等质量问题和质量缺陷，经过多次专家论证，采取了管桩芯混凝土补强、管桩芯投石注浆、地基土压密注浆、增补钢管桩等措施，最后经各项检测和联合验收，达到了设计和规范要求。一、工程概况及及桩基础设计计指标该行政中心大楼楼建筑面积99.82万平平方米，钢筋筋混凝土框架架-筒体结构构，裙房部分为为3层、高度18.447m，主楼楼部分为222层、高度109mm，地下室为为2层基底标标高-7.885m。工程桩总数数量为13006根，其中中主楼区为群桩（桩桩距2m）共计9938根，裙裙房区为承台桩共共计368根根。抗压桩采用预应

3、应力混凝土管管桩（PHCCAB6000-110*10），按按照上海市市建筑标准图图集先张发预预应力混凝土土管桩制作作，桩身强度度等级C800，主楼桩长长31m裙楼32m，单桩桩承载力特征征值23000KN。抗拔拔桩为预制钢钢筋混凝土4450450mmm方桩，桩身身强度等级CC40桩长332m，单桩桩承载力设计计值900KKN。设计桩端持力力层为粉土类类，桩端入持持力层深度223m，施施工质量控制制以标高为主主、锤击贯入度度为辅。二、桩基础施工工方案及施工工过程1. 桩基础施施工方案根据工程地质条条件和当地政政府建设文明明施工现场的的有关要求，本本工程预应力力混凝土管桩桩以静压为主主锤击为辅方方

4、法施工。即即：大部分管管桩采用静压压法施工，以以降低噪音和和震动，减少少施工对周围围环境的影响响；土层较为为复杂的局部部区域，为增增加沉桩的穿穿透能力采用用锤击法施工工。打桩机械械采用3台JJNB9000型全液压压静压桩机、11台D80型型柴油锤桩机机。2. 施工过程程简述施工试桩采用静静压工艺，经经单桩极限承承载力静荷载载试验，最大大荷载值均不不小于57559 KN，对对应的桩顶沉沉降位移量为为19.000mm。根据据试桩结果，设计单位确定单桩承载力特征值为2300KN。工程桩于试桩检检测合格后，按按照经批准的的施工方案进进行静压桩和和锤击桩施工工。沉桩过程中，无论论静压桩还是是锤击桩都出出

5、现了少数桩桩达不到设计计标高的情况况，而其它指指标如静压桩桩压力值（3345055700 KKN）、锤击击桩贯入度（最后3阵贯贯入度255cm/击）均满足要求求。施工单位请示设设计单位意见见，设计单位回回复沉桩以标标高控制为主主，尽可能压压至设计标高。根根据现场情况况，施工单位位提出下述方方案：1）静静压桩不能压压至设计标高高的，改由锤锤击桩施工；2）锤击桩桩不能施工至至设计标高的的，采用预引引孔方案施工工，即减少桩桩身摩阻力保保证沉桩至设设计标高。由由于预引孔方方案涉及到部部分费用，而而施工合同价价又是固定总总价合同，故故业主不同意意支出合同外外额外费用，方案改为使用大功率锤击桩机施工。三、

6、桩基础检测测及缺陷桩情情况1. 桩基础检检测工程进入土方开开挖阶段，随随土方开挖进进度检测单位位对桩基础进进行了桩身完完整性（低应应变）检测，检检测结果如下下：主楼部分分（工程桩总总数938根根）低应变检检测总数9225根，低应应变检测发现现缺陷桩（类、类）78根，桩桩中桩5根，共共计缺陷桩883根，缺陷陷桩占主楼总总桩数的8.8；裙楼楼部分（工程程桩总数3668根）低应应变检测总数数238根，低低应变检测发发现缺陷桩55根，低应变变缺陷桩占主主楼检测总数数的2.1。在小应变桩身完完整性检测基基础上，还进进行了大应变变检测。大应应变检测表明明，部分桩基础虽虽小应变判为为类、类桩，但桩基础承载载

7、力满足设计计要求。2.桩清孔摄像像检查、缺陷陷具体情况在小应变、大应应变检测基础础上，为进一一步查明缺陷陷桩伤损情况况、制定缺陷陷处理方案，根据专家论证意见，对缺陷桩进行清孔、抽水并摄像检查。根据摄像资料，缺陷桩伤损主要有一般裂缝、断裂处错位、断裂处涌砂、桩身弯曲、桩中桩、桩身明显下沉等情况，列表介绍如下：缺陷类型主要特征分布情况备注一般裂缝桩身断裂，裂缝缝大小不等，多数为轻微微裂缝，最大大裂缝1.55mm，清孔孔后无涌水、涌砂现象。数量较较多，9066#桩3.558.8mm共13处裂裂缝。裙楼区（承台桩桩）5根缺陷陷桩均属一般般性裂缝；主主楼区15根根缺陷桩也属属一般性裂缝缝，总数量占占缺陷

8、桩的222.7%，深深度均在111.40m以以上。断裂错位桩身断裂，上下下段错位明显显，不影响下段桩桩身清孔。清清孔后无涌水水、涌砂现象象。分布于主楼区，裙裙楼区无，总总数量占缺陷陷桩的37.5%。错位桩一般伴随随有裂缝。断裂涌砂一般桩身裂缝、错错位较大，最最大裂缝300mm最大错错位70mmm。分布于主楼区，裙裙楼区无，总总数量占缺陷陷桩的26.1%。部分桩底部涌砂砂。桩身弯曲断裂段之间弯曲曲，清孔水泵泵、钢筋笼不不能放入。分布于主楼区，裙裙楼区无，总总数量占缺陷陷桩的8.00%。一般伴随有裂缝缝。桩 中 桩桩身打爆，上节节桩落入下节节桩之中，已已成废桩。分布于主楼区，数数量5根，总总数量占

9、缺陷陷桩的8.00%。四、桩基础质量量问题原因简简析本工程的类、类缺陷桩高高达8.8%，在当地甚甚至华东地区区也是绝无仅仅有的，故有必要对管管桩基础缺陷陷产生的原因因进行分析和和探讨。当然然，管桩基础础出现裂缝、错错位等质量缺缺陷的原因很很复杂，笔者试试结合本工程程实际，从设设计、施工两两个角度做下下述分析。设计角度应考虑虑的问题本工程主楼群桩桩的设计间距距为2.0mm，即3.333倍管桩直径。暂暂且不论2.0m桩间距距是不是基础础设计必须的的，单据以往往工程经验，应应该说2.00m间距对于于600mmm管桩而言间间距是比较偏偏小的。管桩桩属于挤土类类桩基础，特特别是大桩径径小间距管桩桩基础，

10、挤土土量量很大、挤挤土效应明显显，挤土效应应产生的水平平推力对桩身身的破坏性很很大（见后述述），可能导导致桩基础缺缺陷产生。所以，在满足结结构计算和规规范规定、确确保结构安全全的基础上，尽尽可能考虑施施工因素，不不能把安全系系数定得过大大，从而给施施工造成困难难。挖土机械的影响响管桩基础施工完完毕后，土建建施工单位即进进行土方开挖挖，开挖方案案按照常规方方法进行。选选用反铲挖掘掘机和推土机机配合施工，推土机由基基坑西侧向东侧推土、挖掘机在在边角处配合合，土方分层层开挖至桩顶标高上3000500mmm，之后推推土机退出，剩剩余土方由人人工配合挖掘掘机施工。上上述开挖过程程，对管桩质质量可能产生生

11、的影响简析析如下：1）工程地基土土多为压缩性性较高淤泥质质土、松散性性粉质砂土，加之基坑坑降水效果不不佳，土体压压缩性和流动动性较大。推土机行行走时与管桩顶部的实际距离离，可能不足足规定；同时推土机机行走还给土土体施加了一一水平推力，土土体可能把这这种推力传递递给附近桩基础，一定程程度上构成了了管桩缺陷产生生的原因。2）由于基础底底板分布有电电梯坑、水坑坑等下沉构件件，而沉桩标标高是统一的的，实际上“坑中坑”开挖是在桩桩间进行的。由于挖掘机操作工水平不高，加之坑深较大、截桩不及时等，挖掘机抓斗在挖土过程中难免碰撞桩身。由于管桩为薄壁结构，在外部水平推力作用下，极易产生裂缝及断裂情况，直接导致管

12、桩基础质量缺陷的产生。淤泥质土产生水水平力工程勘察报告显显示，主楼西西段淤泥层较较薄地质情况况相对较好，东东段淤泥层较较厚地质情况况相对较差，之后地下室开开挖也证明了了这一点。从小应变检检测情况分析析来看，类、类桩数量西段段比东段要少得多多，这也说明明淤泥质土挤挤土产生的影影响较大。淤泥质土的不排排水抗剪强度度较低，具有弱渗渗透性和不排排水时压缩性性低的特点。管管桩沉入地基基土后，四周土体受受到强烈扰动动，主要表现现为径向位移移，桩尖桩周周一定范围内内的土体受到到不排水剪切切及很大的水水平挤压，桩桩周土体接近近于非压缩状状并产生很大大的剪切变形形。此时地基基土扰动重塑塑土的体积不不会产生变化化

13、，土体颗粒粒间空隙内的的自由水被挤挤压，形成较大的的超静孔隙水水压力，降低低了土的不排排水抗剪强度度，促使桩周周临近土体在在沉桩过程中，向桩周发生生较大的侧向向位移和隆起起。空隙水向向四周消散及及地基土体低低压缩性的影影响，以及群群桩施工中叠叠加效应，进进一步扩大位位移和隆起的的影响范围，由由于用于压桩桩的设备重达达500余吨，且且桩机行走时时路基箱与地地面接触面较较大，土体向向上隆起受到到限制，只能能在场地以下下水平方向挤挤土，对已沉沉入的桩体（特别别是未达到标标高的桩体）产产生水平推力力作用。由于混凝土抗拉拉强度低于其其轴心抗压强强度，所以钢钢筋混凝土翘翘曲时首先将将在截面受拉侧开开裂并趋

14、于破坏。特特别是抗弯刚刚度EI值较较大的大直径径桩，因为它它在较小的变变形时将产生生较大的应力力，故可能在在较小位移和和转角的变位位下发生截面面受拉破坏。坑中坑周边土压压力如前所述，基础础底板上分布布有多个电梯梯坑、积水坑坑，其中电梯梯坑深度达88m以上。坑坑坑中的开挖挖，虽然也采采取了一定的的支护措施（如如采用锚杆或或土钉墙等），但但一般是边开开挖边支护或或者说是先开开挖后支护，土土的侧压力实实际上已施加加给坑边桩基基础（如下图图所示）。如如果这种侧压压力较大，加加之支护措施施不到位，就就可能致使桩桩身出现裂缝缝、错位等质质量缺陷。打桩控制方法的的选择本工程成桩控制制指标，过分分强调了“摩擦

15、桩以标标高控制为主主”的原则，甚至在压（打打）桩不下情情况下，还一一再坚持标高高控制，犯了了教条主义错错误。按照工程经验，预预制桩施工应应以设计桩端端标高为成桩桩标准作为主主要控制指标标，同时辅以以最后贯入度度作为参考指指标,来进行行施工控制。确定成桩指标因素很多，对于本工程而言主要参考管桩压力值、单桩承载力设计值、最后贯入度、每米沉桩锤击数、最后1 m沉桩锤击数、桩基进入持力层的深度等，而不是标高一种控制指标。五、缺陷桩质量量处理方案及及处理程序缺陷桩数量如此此之多，不能满足足工程结构安安全要求，必必须采取措施施进行质量处处理。而桩基基础的缺陷类类型又互不相同，质量量处理也较为为复杂，结合合

16、以往类似工工程经验，并并经专家会议讨论论，决定采取下述述方案进行缺缺陷桩质量处处理：1. 对小应变变检测的缺陷桩，不论论大应变承载载力是否符合合要求，均进进行填芯处理理，处理范围围为裂缝（错错位）位置下下5m至桩顶，针对对不同缺陷类类型，质量处处理分为钢筋筋笼混凝土填填芯、插筋投投石注水泥浆浆、管桩外地地基土注水泥泥浆等；2. 填芯混凝凝土至龄期后后，再进行小小应变、大应应变检测，检检测合格则判判为合格桩，仍有缺陷的按废桩论处；3. 已经判为为废桩的5根根桩和填芯后后再检测仍然然有缺陷的桩桩，由设计院院考虑补桩，考考虑到工期影影响、地基土土特征、现场场状况（基坑坑开挖支护结结束，垫层混混凝土浇

17、筑完完桩头外露，大大型打桩机械械不便行走）等因素，选选用锚杆静压压钢桩(477*14*310000mm/Q3345B)为为补桩桩型；4. 锚杆钢桩桩采用反力架架施工，即在在基础底板上上预留锚栓固固定反力支架架，支架横梁梁与钢桩之间间放置千斤顶顶，利用千斤斤顶行程顶进进钢管桩；5. 确定补桩桩位置和数量量后，在基础础底板内预留留补桩孔，补补桩孔呈下大上小的棱台楔状，结构受力合理理；6. 预留补桩桩孔后即进行行基础底板施施工，增补钢钢桩在地下室室和主体结构施施工期间穿插插进行，不影影响工程工期期。六、缺陷桩的处处理主要工艺艺1. 管桩内清清孔管桩内清孔采用用高压水冲洗洗桩内土体、水水泵抽水的方方法

18、进行，正正常清孔较为为简单，施工工难点主要有有以下几个方方面：遇到高高压水不能肢肢解的坚硬物物质、部分桩桩抽水后或抽抽水过程中产产生涌水涌砂砂等，分别叙叙述如下：1）遇到高压水水不能肢解的的坚硬物质，根根据其深度位位置不同，分分别选用下述述方法处理：如果坚硬物物质深度不大大（3m以内），采采用挖土、截截桩方式清除除，之后继续续采用冲洗、抽抽水方法清孔孔；如果坚硬物物质深度较大大，已超过裂裂缝深度时可可停止清孔；如果坚硬物物质深度较大大，清孔不能能超过裂缝深深度情况，视视具体情况而而定，不得以以可停止清孔孔，以免对管管桩造成其它它伤害。2）由于部分桩桩裂缝过大和和错位，桩内内抽水后或抽抽水过程中

19、产产生了涌水涌涌砂现象。涌涌水涌砂情况况下处理方法法为：停止抽水保保持管桩内外外压力平衡，避避免桩外土体体大量进入桩桩内，桩侧摩摩擦力削弱承承载力下降；继续注入高高压水使桩内内水自动溢出出，直至清孔孔完成，并使使桩孔内泥浆浆比重较低（主主要是降低含含泥量，保证证投石注浆加加固效果）。2. 填芯补强强填芯补强根据缺缺陷具体类型型，采用了三三种形式：一般性裂缝缝的缺陷桩，清清孔较为顺利利，清孔完毕毕后按照清孔孔深度，放置置钢筋笼、浇浇筑C40混混凝土；清孔遇到障障碍物的缺陷陷桩，障碍物物以上参照前前述方法钢筋筋混凝土补强强；断裂错位、桩桩身弯曲的缺缺陷桩分上下下两段处理，下下段采用插钢钢筋投石注浆

20、浆处理，上段段采用钢筋混混凝土加固；断裂涌砂的的缺陷桩，由由于桩孔内有有大量的水，采采用插钢筋（笼笼）、投石注注浆方法补强强；桩中桩类型型的缺陷桩已已判为废桩，为为有限利用其其作用，凡上上段可清孔的的，也进行投投石注浆处理理。3. 预留补桩桩孔补桩孔预留也是是一个重要环环节，由于预预留孔必然要要切断底板钢钢筋，施工中中采用了下述述方法处理：考虑到孔底底切断钢筋难难以在以后恢恢复，在孔底底用30mmm厚Q3455钢板制作了了800*8800*4000mm钢框框，被切断底底板钢筋在其其四周焊接，充充分保证了结结构安全；钢框以上采采用支模板预预留，上部切切断钢筋考虑虑在补桩后恢恢复，桩孔四四周钢筋接头头均加工成螺螺纹，包覆严严密后浇入混混凝土。考