关于 PHC管桩施工桩头被击碎的原因分析及处理

关于 PHC管桩施工桩头被击碎的原因分析及处理

何志要

江苏大唐国际如皋热电有限责任公司，江苏 如皋 226500

摘要：根据地勘报告，盐城市某项目的PHC预应力混凝土管桩选择密实粉砂层作为持力层。在工程施工过程中，遇到了桩头被击碎问题。针对该问题，结合地勘报告资料、规程规范、图集及现场实际施工打桩机械等情况进行深入分析，找出问题并进行解决，避免工程在后续施工中出现类似的问题，并对其他工程在桩基施工也有借鉴意义。

关键词：PHC管桩；桩头击碎；防治措施

1 引言

该工程项目场址区域主要为农田，地形平坦，地势较低。在地勘勘探深度范围内，场区的地基岩土上部主要为第四系全新统冲积、海陆交互相沉积成因的粉质粘土、粉土、粉砂和粉质粘土夹粉土、粉土夹粉质粘土等组成，工程桩基选择粉砂层及粉质粘土夹粉土层作为持力层。

工程采用PHC600AB130型预应力混凝土管桩，施工采用锤击送桩，选择筒式柴油打桩桩锤，型号为 。桩基的送桩深度为天然地面以下约7m，要求的送桩深度较深。在施工初期，送桩过程中，桩未打到设计标高，桩头被连续击碎。如下图：

PHC混凝土管桩桩头被击碎示意图

2 PHC混凝土管桩施工情况

2.1 施工场地情况

为了避开基本农田用地，风机机位部分位于农田灌溉沟渠内，施工前对沟渠进行清淤，分层回填分层压实，进场道路在原机耕道上铺设采用泥结碎砖作为施工路面。受施工路面及场地影响，送桩 适宜采用锤击施工。待风机施工完成后，再恢复农田灌溉沟渠。

2.2 桩锤选用验算

打桩过程中，锤击对管桩内部产生冲击应力。若选用的桩锤型号不正确，桩头易被击碎，对桩的危害性较大。桩内部冲击应力一般采用冲击波动方程式进行推算，能估算出接近实际的应力：

式中： 为桩的冲击应力； 、 、A分别为锤、桩垫、桩的净截面面积 ；、 、E分别为锤、桩垫、桩的纵向弹性模量； 、 、 分别为锤、桩垫、桩的重度；H为落锤高度； 为锤型系数；e为锤击效率数。

根据施工现场打桩选用桩头、管桩等，经验算， 小于管桩有效有效预压应力值，故在正常打桩情况下，桩头不会被击碎。

2.3 施工现场存在问题

2.3.1 送桩器选用不合理

设计图纸要求送桩深度为天然地面以下7m左右，为了打到设计标高，施工单位采用长7m、直径约为400mm的插销式送桩器，插销长约为150mm。

2.3.1.1管桩在施打时，送桩器连续出现跳动、摇晃等问题，对打桩的不利影响主要可以概括为以下几个方面：一是可能导致送桩器打偏，桩头受到偏心荷载，应力集中处的预应力钢筋混凝土壁首先屈服，逐步发展为整个桩头预应力钢筋混凝土失效破坏；二是导致桩锤出现多余的弹跳，提升过高，导致锤击的冲量大、动量小，桩头混凝土易出现疲劳损坏后被打碎；三是容易造成送桩器失稳，失稳后，送桩器出现倾斜，导致桩头受到横向冲击荷载，桩头端板易被剪坏。

2.3.1.2 送桩器插销与桩不匹配

送桩器下部的锥形插销太小，长度不满足相关规程规范要求，在送桩的过程中，易造成应力集中，在锤击的重复荷载下，桩头混凝土出现疲劳而被击碎。见下图：

送桩器插销

2.3.2未设置正确设置锤垫和桩垫

选用合适的锤垫和桩垫能有效保证打桩和送桩的施工质量。打桩过程中，由于锤头和桩帽、桩帽、送桩器与桩头之间，未设置锤垫、桩垫，或锤垫、桩垫设置不合理，失去锤垫、桩垫的缓冲，桩帽、送桩器与桩顶接触不平，造成桩头端板局部的应力集中，超过桩内力的容许值，桩头易被击碎。

2.3.3桩身垂直度不满足要求

桩身倾斜过大，导致桩头端板局部应力集中，在重复荷载的作用下，桩头混凝土出现疲劳破坏，进而桩头被击碎。

3 PHC混凝土管桩施工改进措施

3.1 更换送桩器

为提高送桩器的强度、刚度和满足足够的耐打性要求，送桩器采用圆柱形无缝钢管制作，横截面由400mm加大至600mm，送桩器壁厚设置为300mm，送桩器端板厚为400mm。

送桩器在焊接前，弯曲度不得大于1/1000，送桩器端板焊接时，采用直角靠尺对端板进行垂直度控制，防止端板出现偏斜。端板焊接时，为防止焊缝区域受热不均匀和焊缝周围金属约束会产生焊接应力，热膨胀过程中出现端板的塑性压缩变形，在焊接过程中，采取措施对焊接变形进行控制：一是避免连续焊接，采用间歇式焊接；二是对焊接部位采取合理的降温措施，控制降温速度，以保证端板焊接不产生过大的温度应力。

根据混凝土管桩的内腔大小，对送桩器的插销进行优化，插销式送桩器下端的插销长度为300mm，外径为310mm。可以有效防止送桩器在打桩过程中出现的跳动而导致送桩器出现偏移，使送桩偏心受力。

送桩器在下端面设置排气孔，保证管桩内腔与外界连通，孔径为管桩内腔的1/5~1/3。

3.2 加强管桩的施工管理，提高施工质量

3.2.1 做好施工前的图纸会审及安全、技术交底

桩基施工之前，施工单位熟悉桩基图纸，建设单位组织各参建单位进行图纸会审及设计交底工作，对可能遇到的工程施工问题有预见性，以保证工程质量。施工单位调查现场的地质、地形、气象等情况并提出相应的安全质量措施，根据施工图纸和施工现场的实际情况，编制桩基施工专项施工方案并报监理和建设单位审核通过后，严格按照专项施工方案进行施工。

施工单位项目总工根据现场的实际情况，以“讲任务、讲风险、讲措施和抓落实”的“三讲一落实”要求为导向，对施工作业人员进行安全、技术交底，交底以主要作业任务、施工安全注意事项、管桩施工的质量要点等为切入点，相关的施工现场作业人员对“三讲一落实”内容进行复述、补充与完善。施工过程中，监理单位和施工单位相关安全员、施工人员现场全程跟踪，严抓施工安全、质量的过程控制。

3.2.2 严把入场关

3.2.2.1 原材料进场前，做好入场检查工作

管桩进场之前，按照设计图纸要求，严格检查管桩的合格证，根据运货单及管桩外壁的标志，对管桩的规格和型号进行抓条对照检查，管桩的龄期要满足施工工艺要求；对管桩的尺寸偏差、外观质量与管桩端板的几何尺寸按照不少于管桩桩节总数的2%进行抽检；对管桩的预应力钢棒、螺旋筋各项参数及钢筋混凝土保护层厚度按照“每个检验批抽检桩节数不少于2根”进行抽检。抽检不合格的预进场管桩按照国家相关规程规范进行处理。

3.2.2.2施工机械进场前，做好入场验收

桩基施工机械设备进场认真检查机械设备的外观完整度，设备的性能要求是否和施工方案一致。重点查验检查记录、产品合格证等材料，严禁有安全隐患的机械设备进场带病作业。进场机械验收合格后方可进场使用，参与验收人员做好验收记录，并履行签字手续并存档。桩基施工机械操作要求持证上岗，现场施工实行定人、定机、定岗制度。

3.2.3 严控施工过程，强抓施工质量

在沉桩前，保证打桩机械的稳定，第一节管桩起吊就位插入地面以下0.5~1.0m时，垂直度偏差不大于5‰，当桩身垂直度偏差超过8‰时，采用合理的方式进行纠偏，严禁暴力施工导致桩身受损；沉桩后，严禁采用移动桩架的方法进行纠偏。沉桩、送桩时，采用两台互为正交的经纬仪随时观测控制桩身、送桩器的垂直度，送桩器与桩身的纵向轴线保持一致，锤击沉桩采用“重锤低击”法施工。

3.2.4 选择合适的桩垫和锤垫

打桩时的桩垫厚度要求压缩后为120~150mm，厚度均匀一致，锤垫厚度为150~200mm，送桩器与桩头之间衬垫经锤击压实后的厚度不小于60mm。合理设置桩垫和锤垫，可有效避免桩顶混凝土被击碎，确保沉桩质量。

4、结语

经过一系列的施工方案优化和对送桩器、桩垫和锤垫等设备的改进，施工现场管桩桩头被击碎的问题得到了彻底的根治和解决。每个施工现场的工程地质条件、打桩的机械设备、打桩的方法等因素均不同，但在该施工现场采取的措施，对其他施工现场的管桩施工也具有一定的参考意义和价值。

参考文献：

[1] GB 51004—2015，建筑地基基础工程施工规范[S].北京:中国计划出版社，2015.

[2] JGJ/T 406—2017，预应力混凝土管桩技术标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2017.

[3] 江正荣，朱过梁.建筑工程师手册[M].中国建筑工业出版社，2017.

[4] 彭圣浩.建筑工程质量通病防治手册[M].中国建筑工业出版社，2014.