PHC管桩桩基偏位事故的分析和处理
[摘要] 本文结合一工程实例分析了PHC管桩基础在基坑开挖后出现偏位和断裂的原因，提出了在施工和设计等方面的处理措施。
[关键词] PHC管桩；偏位；钻孔灌注桩；锚杆静压桩
近年来，PHC管桩（高强预应力混凝土管桩）由于具有桩身成型质量好、混凝土强度高、单桩承载力大、耐冲击性能好、穿透力强、价格便宜、施工快捷且采取静压施工时对周围环境影响小等优点而被广泛应用于多层及高层建筑结构的基础工程中。但在土性复杂特别是土质较差的软弱地基的基坑开挖施工过程中，由于桩身为空心，其抗剪和抗裂性能相对较差，如果土方施工中基坑围护措施不到位或挖土方法不当，常会发生桩体偏位、桩身断裂等事故，从而大大削弱了基础的承载力。因此发生此种情况后如何对基础进行加固补强就成为施工中急待解决的一个难题。
1 工程概况
某工程基坑占地面积约33530㎡，总建筑面积约110000㎡，各号房结构均为框架剪力墙结构体系，建筑场地类别为Ⅱ类，基础设计等级为甲级。桩基础采用桩径500mm、600mm的PHC管桩：Φ500桩要求单桩竖向极限承载力为1500kN，以⑦-1粉质粘土为桩基持力层，桩全断面进入持力层不少于7.5米，有效桩长不小于36米；Φ600PHC桩要求单桩竖向极限承载力为2000kN，以⑦-2层粉质粘土混粉砂或⑦-3层粉砂或⑨层砾砂为桩端持力层，桩全断面进入持力层不少于1.8米，有效桩长不小于39米。基坑开挖范围内地质分布情况如表1所示。
该工程基坑所采取的支护形式为深层搅拌桩，桩长10 m，宽度为2.1 m，桩底标高为-12.50m，沿整个大地下室四周布置。该工程X号房基坑先行开挖，X号房基坑面积约为1100㎡，基坑底标高-7.10m, 部分深坑底标高为-9.30m，该号房基础为筏板基础。基坑北侧与东侧有基坑支护，南侧与西侧是整体地下室部分，无支护，以1:2.5放坡形式开挖。 表1. 地质分布情况表 编号 土层 层厚（m） 粘聚力（KPa） 9.8 摩擦角（°） 27.9 地基承载力特征值（KPa） 110 抗拔承载力系数 0.70 ①-1 ①-3 ②-1 杂填土 淤填土 粘质粉土 淤泥质粘质粉土 淤泥质粘质粉土夹粉土 0.5~0.8 0~0.9 0.9~2 ④-1 3.7~6.2 10.7 11.4 80 0.75 ④-2 0~1.7 11.9 14.2 85 0.75 ④-3 淤泥质粘质粉土 粘土 粉质粘土 粉质粘土混粉砂 粉砂 砾砂 强风化凝灰岩 13.3~16.8 13.5 12.3 75 0.75 ⑤ ⑦-1 2.6~3.5 16.2~18.1 45.1 48.0 18.9 19.7 170 230 0.80 0.80 ⑦-2 0~2.5 37.1 25.7 240 0.70 ⑦-3 ⑨ ⑩-b 1.2~2.2 1.1~2.1 —— 3.0 38.7 240 250 400 0.65 0.50
2 事故原因分析
X号房基坑东侧基坑施工道路上安置一台地磅，在基坑开挖工程中地磅处基坑发生坍塌，处理后发现东侧管桩出现向西偏位倾斜现象。待基坑开挖基本成形后，目测观察，基坑大部分桩均向北侧倾斜，且倾斜角度较大；电梯井边缘部分桩有向中间倾斜现象。根据事故现场的具体情况并查阅地质勘察报告及其它相关资料，可能的事故原因初步总结分析如下：
（1）土质较差，有近20米的淤泥质粉质粘土，淤泥质粉质粘土饱和不透水、工程力学性能差、高压缩性、强度低，而且压桩时所产生的应力，以能量的形式储存在土中。 （2）桩位图纸未能一次性提供，为满足进度要求，在没有提供有效完整设计文件和图审报告情况下就进行了施工，导致沉桩路线安排不合理，且每天沉桩数量较大（最多一天沉桩24根）。由此产生较大挤土应力且大部分储存于较厚的淤泥质粉质粘土中。
（3）在土方开挖过程中存在开挖过快、过深现象，个别部位未采取分层开挖或一次开挖深度过大。挖土施工停止前未卸土做放坡处理。
（4）存在较多的欠送桩，在打桩和挖土时机械及土体对桩的水平侧压力影响较大。 （5）基坑支护体系设计的合理性欠缺，电梯井周边管桩向电梯井内倾斜与取消坑内十字形搅拌桩有关。
3 处理方案
首先是进行桩身质量进行评定，评估倾斜偏位管桩残余承载力。然后本着保证质量、技术合理、节约工期、经济合理的原则，从设计和施工等方面研究分析采取何种补救措施，同时对未偏移的桩注意保护，加强监控。具体处理过程和措施如下： 3.1确定影响区域和影响程度
通过桩顶的水平偏移和桩身垂直度偏差两个因素来确定影响区域和影响程度。 3.1.1 测量桩的水平偏位
用全站仪将建筑物的轴线引至基坑内，根据桩位平面图，用钢尺测量出所有偏位桩偏离轴线的方向和大小，绘出管桩水平偏位图。其中实际测得一个桩顶的最大偏移为1560mm（桩顶水平偏位），偏位严重。
3.1.2 测量桩的垂直度偏差
采用2米长的线锤来间接测量垂直度。对于截桩已至设计标高的桩，先进行清孔，再放入线锤测量偏离桩中心的距离，然后换算成垂直度偏差；对于未截的桩将线锤放于桩外按同样方法测出距离，换算成垂直度偏差。 3.2 桩身的完整性检测
对基坑内所有桩均进行了低应变测试，以确定桩是否断裂及断裂位置。共计测试274根桩，检测结果为：226根完整桩（Ⅰ类桩），25根桩身存有轻微缺陷的基本完整桩（Ⅱ类桩），17根桩身存有明显缺陷的桩（Ⅲ类桩），6根桩身存有严重缺陷的桩（Ⅳ类桩）。 3.3 处理方案的确定
根据以上测试结果以及现场的实际情况，经设计、施工、监理单位共同深入商讨及相关专家充分论证后一致认为：
3.3.1 重新打入PHC桩的方案不可行，不仅施工上无法实现，而且即使实现也会对原有未偏位或未断裂的桩产生挤压效应，造成更大的问题，且费用也会很昂贵； 3.3.2 采用顶推法对电梯井以外偏位管桩进行纠偏处理，然后用锚杆静压桩和钻孔灌注桩相结合的方案对承载力损失的管桩进行加固补强处理在施工技术和工期上都满足要求，且费用也相对节省。最后采用第二种方案。
3.4 详细处理措施
3.4.1 管桩纠偏
对具备纠偏条件（电梯井深基坑以外、与基坑边坡距离较远部分）部位的管桩进行纠偏处理，采用目前较成熟的顶推法进行施工。
3.4.2 纠后管桩质量评估
对纠后管桩质量评估通过桩顶水平偏位、桩身垂直度偏差、桩身完整性三个指标来完成。桩顶水平偏位和桩身完整性测量同前述做法，桩身完整性确定通过低应变测试来完成。 3.4.3 钻孔灌注桩补强
基坑东侧桩基倾斜偏位较大，其中倾斜率〉6%、偏位〉1200mm的管桩，不考虑既有管桩承载力。处理时补设钻孔灌注桩，桩径800mm，桩长40m，要求单桩竖向极限承载力标准值为4000kN，共计9根，均在地下室底板施工前完成该钻孔灌注桩的施工。
3.4.4 锚杆静压钢管桩补强 对偏位500~1200mm、倾斜率3~6%的管桩不考虑既有管桩承载力；对偏位500~1200mm、倾斜率≤3%的管桩，残余承载力为60%；对偏位≤500mm、倾斜率3~6%的管桩，残余承载力为60%；对偏位≤500%、倾斜率≤3%的管桩，不进行加固补强处理。在补强设计中，共设77根锚杆桩（已考虑锚杆桩预留孔5个），采用350×350mm锚杆静压桩，桩长22~25米,要求单桩竖向极限承载力标准值为900kN。锚杆桩预留孔均在底板施工时预留出，底板内孔四边用钢筋作加强。压桩施工严格按照浙江省标2004浙G28，采用不卸载封桩，桩孔采用C40早强微膨砼封固，确保抗渗要求。 3.4.5 未纠偏管桩的处理
针对未纠偏管桩，采用灌芯处理，灌芯深度应深入第一、二节管桩接缝或者动测报告Ⅱ至Ⅳ类桩桩身缺陷位置两者较大值以下2米，并用3厚钢板封底，6Ф22钢筋笼。灌芯砼采用参微膨剂的C40砼。 3.4.6 纠偏管桩的处理
经过纠偏的管桩，动测报告为Ⅱ至Ⅳ类桩的，采用灌芯处理，灌芯深度应深入桩身缺陷位置以下2米，并用3厚钢板封底，6Ф22钢筋笼。灌芯砼采用参微膨剂的C40砼。Ⅱ类桩经过灌芯补强处理后，保留残余承载力比率为80%；Ⅲ类桩灌芯补强处理后，残余承载力比率
为60%；Ⅳ类桩——————————。
3.4.7 承台处理
结合前述管桩的处理方案，考虑管桩承载力损失和后补锚杆桩提供承载力计算承台相应扩大程度。
4 处理效果
采用以上措施对管桩桩基进行处理后，取得了良好的效果。混凝土钻孔灌注桩共9根，对3根桩进行大应变检测，检测结果为合格；对其中的25根静压锚杆钢管桩共进行了439条焊逢超声波探伤，检测结果为合格；其中2根桩进行了单桩极限承载力静载试验，承载力值为2100kN，检测结果为合格。根据X号楼沉降观测结果，结构封顶后最大沉降量为21.65mm，经设计计算确认， X号楼结构封顶后沉降满足设计要求。
5 结语
5.1 在软土地基条件下采用PHC管桩做基础时，其基坑开挖的施工过程应注意以下几点： 1）基坑支护体系的设计和施工应该结合工程地质的实际情况精心处理，确保围护体系的安全和稳定，不可仅从节约资金上考虑而忽略安全的因素；
2）合理确定桩基施工压桩工艺与压桩顺序；
3）土体的开挖结合当地土质的实际情况采用分层、分块开挖，科学组织施工，禁止超挖； 4）土体开挖后应立即进行垫层及底板的施工，减少基坑的暴露时间；
5）施工前应做好可能出现问题的应急预案，施工中要加强动态管理，时刻注意险情的发生。
5.2 本工程管桩的偏位处理综合采用推顶法进行管桩纠偏，管桩灌芯补强，锚杆桩、桩孔灌注桩补强，基本上包涵了目前对管桩偏位处理的有效措施，具有PHC管桩偏位倾斜处理的普遍借鉴意义。
