本工程采用PHC高强预应力混凝土管桩，管桩外径为600mm，桩长为25米，管桩型号为PHC-AB600（110），分上下两节，上节桩桩长12米，下节桩桩长13米，两节桩采用二氧化碳气体保护焊连接，桩靴采用开口钢桩靴L=500MM，混凝土强度等级为C80，送桩深度在4-8米，总桩数2056根，以⑤2粉细砂作为持力层。设备采用履带式柴油打桩机配备8.0筒式柴油锤。打桩以标高控制为主，贯入度控制为辅。施工时按5%比例实施高应变实时跟踪检测，可视情况扩大检测比例。

 

　　地质情况

 

　　该地区由于历史上淮河的多次泛滥冲积，所形成的地质形态都是粘土层夹粉土层，主要表现为“粘、干、硬”的特性，这与华东地区冲积地层有着本质上的区别。主要地层表现为：①杂填土、②粘土、③粉土、④粉质粘土、⑤粉土、⑥粉质粘土、⑦粉土，地层中的含水量、渗透性极小，侧壁摩阻力较大，大多还伴有钙质结核。以下是地基土物理力学性质指标摘要：

 

　　施工中遭遇近桩底断桩

 

　　正式施工前先编写施工组织设计、制定科学合理的打桩顺序、检查打桩设备是否完好、对进场的管桩进行检查验收，不合格的不予使用、测量放样确定桩位。在各项准备工作完成后开始施工，打桩时使用两台经纬仪呈900夹角控制垂直度，整个打桩过程严格按工艺要求操作，未见异常，但随机的高应变跟踪检测却出现多跟断桩。当打桩31根时，高应变跟踪检测12根，其中4根断桩。由于断桩数量占比太大，暂停施工，同时对未进行高应变跟踪检测已打下的桩质量产生了怀疑，立即组织开挖(送桩4米)和低应变检测，又检测出4根断桩，总断桩比例达26%。具体数据见下表：

 

　　断桩成因分析

 

　　从这8根断桩的断裂位置来看都是在近桩底3~6米的范围内，同一般遇到的管桩断桩位置不同，一般断桩的位置大多在中部、上部或者焊接接桩位置。造成断桩的原因很多，主要有：

 

　　1、接桩时接头焊接质量差、端板可焊性差、端板坡口小易引起接头开裂；

 

　　2、镦头高出端板的接头易破碎；

 

　　3、接缝间隙只用少量钢条填塞的接头易引起集中传力而破碎；

 

　　4、焊接时自然冷却时间太少，焊好后立即施打，焊缝遇水淬火易脆裂；

 

　　5、桩身强度不足，合缝漏浆严重，或内壁坍落严重质量差，锤击时易打烂桩身；

 

　　6、在“上软下硬、软硬突变”的地质条件下打桩易断桩；

 

　　7、桩身断筋或预应力值不足，不足以抵抗锤击时出现的拉应力而产生横向裂缝；

 

　　8、桩身不直弯曲度过大或接桩时上下节桩不直易断桩；

 

　　9、打桩时桩身、桩头、桩帽和榔头未处于一线，偏心锤击易断桩或破头；

 

　　10、桩身由于各种原因倾斜过大在锤击过程中易断桩；

 

　　11、管桩内孔充满水时密封锤击易使管桩产生纵向裂缝；

 

　　12、桩身自由段长细比过大，桩尖处又遇到坚硬土层时，打桩易使桩身颤动而折裂；

 

　　13、单根桩总锤击数过高，桩身混凝土疲劳破坏形成断桩；

 

　　14、桩身已入硬土层后再用移动桩架强行回扳纠偏易将桩身扳断；

 

　　15、桩底遇岩石或卵石层，继续大力锤击造成底部破损。

 

　　上述原因除管桩预制生产质量外的断桩的因素外都不可能促使断桩集中发生在近桩底相同位置，况且进场的管桩从外观质量看不存在明显缺陷，到管桩的生产车间现场观摩生产和工艺流程也无明显错误，因此，将管桩预制质量造成断桩的因素排除。

 

　　那么只有从检测数据、施工过程、现场记录上进行分析，总结如下：

 

　　1、断桩发生时并无明显表现

 

　　在施工时机台操作人员很难发现下部已经破损，垂直度、贯入度没有明显变化。不像软弱地质中施工，一旦断桩会贯入度突变，或桩身倾斜等现象。只有通过高应变和低应变等检测手段才能发现断桩。

 

　　2、断桩是一个渐变过程

 

　　通过高应变跟踪检测，发现断桩的跟踪检测波形是随着锤击施工逐步放大，直到彻底破损，最后断桩。由于高应变的传感器在管桩上安装不便，施工至送桩时才开始实时跟踪检测，刚开始送桩时波形图除2根在近桩底位置有轻微缺陷的桩外，其余反映完好，随着送桩锤击的逐步进行在近桩底位置出现轻微缺陷，并随着锤击不断放大。说明断桩过程是一个渐变过程，不是脆性断裂，断桩发生在最后施工的6米。

 

　　3、断桩的土芯高度

 

　　这里说的土芯高度指桩管内的土体高度。通过施工时实测的土芯高度记录发现断桩的土芯高度一般远低于好桩的土芯高度，断桩的土芯高度一般在3-7米，而好桩的土芯高度在8-13米之间。现场土体为原状土，上部没有杂填土，勘察报告也反映下部不存在卵石等含石层，排除石块堵塞管桩底口的可能。

 

　　那么到底是什么原因造成近桩底断桩呢？打桩施工时各项操作都符合锤击打桩的工艺要求，打桩机械正常，管桩桩材也是合格产品。因此排除施工不当造成断桩的因素。排除各项可能引起断桩的因素后，那么最大的可能是地质原因引起的近桩底断桩。当地地质由于历史上淮河的多次泛滥冲积，所形成的地质形态都是粘土层夹粉土层，主要表现为“粘、干、硬”的特性，坚硬厚实的粘土层，含水量、渗透性极小，对桩的侧摩阻力极大，同时，对桩管内的侧摩阻力也很大，使管桩内土芯高度不易上升，在锤击沉桩过程中桩内土芯不断地挤密，最终形成土塞效应，桩内土芯压应力无法释放，挤压破坏桩壁，在锤击的反复作用下发生断桩。这不同于拉应力的破坏，大多拉应力的破坏都发生在管桩通过较硬地层再进入软弱地层时产生的，在这里的地质不存在明显的软弱层。

 

　　五、近桩底断桩的应对措施

 

　　在找到近桩底断桩的形成原因后，那么如果使桩管内土芯升高，就应该能避免近桩底断桩的产生。因此，我们采取以下的应对措施：

 

　　1、增加钢内环

 

　　在桩尖上焊接钢内环，使进入桩管时土芯的直径小于管桩内径，从而减少土芯与管桩内壁的侧摩阻力，从而使土芯升高。采用的钢内环可以是较粗的钢筋制做成，也可以用一定厚度的钢板切割成环状进行制作。同时，钢内环与桩尖的焊接必须牢固，以保证在锤击施工时不脱落、变形。有人会问，为什么不采用闭口桩尖呢？因为，闭口桩尖的排土量太大，大规模施工时将大大增加沉桩难度。

 

　　2、孔内加水

 

　　在桩管内加入水，起到软化土体和润滑侧壁的作用，从而使土芯升高。在实际操作中，刚开始是在第一节桩竖起锤击进入地面2-3米后暂停锤击进行加水，由于此时加水高度在10米左右，操作费时费力，不易操作，经多次实验后改在第一接桩锤击至地面时再在桩孔内加入少量的水。水不能加太多，因为管桩内充满水时密封锤击易使管桩产生纵向裂缝。

 

　　3、增强管桩自身强度

 

　　下节桩由原来的PHC-AB600（110）型更改为PHC-B600（130）型，增加管桩壁厚，增加管桩自身对土塞应力的抵抗力。若经济一些也可以针对近桩底部位，加密管桩箍筋密度，也能起到一定的增强抵抗力作用。

 

　　4、控制锤击能量

 

　　当土塞效应产生时，锤击能量越大，土塞产生的应力就越大，对桩身的破坏也就越大，因此，必须适当控制能量，使重锤轻击，锤击时锤击档位宜控制在1~2档，不宜过大。

 

　　六、实践检验

 

　　在上述措施采用后，随机实时的高应变跟踪检测没有再出现断桩情况，后期施工管桩2025根，基坑开挖后进行低应变检测，检测比例30%，有1根桩近桩底断桩，1根在接桩位置断桩，近桩底断桩的比例已经大大降低。

 

　　七、总结

 

　　通过低应变检测，近桩底断桩的比例已经从26%降低到0.5‰，基本上杜绝了近桩底断桩的产生，因此，上述措施应对本工程的近桩底断桩是行之有效的，应该有地质情况相近的类似地区也会遇到近桩底断桩的情况，至于具体采用何种措施还需从工程成本、操作的难易度等实际情况考虑选择。本文笔者也是在许多前辈的经验基础上成文的，供同业借签。

 

　　参考文献：

 

　　[1]徐斌·管桩烂桩断桩坏桩问题原因-预应力管桩质量问题成因