探討預應力管樁施工質量控制與事故處理方法

郭慶

摘 要：預應力混凝土管樁作為一種預制樁，與其它樁型相比，有樁身質量穩定可靠、強度高、穿透能力強、施工快捷方便、環境污染小等優點。本文分析了混凝土管樁預制過程中易出現的問題及各自對應的控制措施，闡述了事故問題的處理方法，以此提高混凝土管樁生產質量。

關鍵詞：預應力管樁；施工質量控制；事故處理

一、預應力管樁施工工藝概述

基礎施工是工業與民用建筑施工的重要環節。一般而言，基礎類型分為3種：淺基礎、復合地基和深基礎。樁基礎便是一種深基礎方案，按其施工方法可分為預制樁和灌注樁。預制樁由于單樁承載力高、施工質量易于保障和檢查、施工速度快等優點而被廣泛使用于地基處理中。預制樁按其材料類型可分為鋼樁、木樁和鋼筋混凝土樁，其中以鋼筋混凝土樁最為常用。 預應力混凝土管樁作為一種預制樁，與其它樁型相比，具有如下特點：

1、預應力管樁施工機械過程度較高，施工現場整潔安全，不容易發現鉆孔注漿施工時的漿液滿地流動的臟污狀況，不會出現忙亂的人工抽水、堆土、運土景象，施工較為環保、人性化。

2、由于預應力混凝土管樁提前預制好后，運送到施工現場進行沉樁施工，施工速度較快，建設工期相應較短，工程造價成本相對降低。

3、預應力混凝土管樁在良好條件下預制生產，管樁質量相對較容易控制。

4、由于打入法沉樁過程中存在擠土效應，預應力管樁單樁承載力較高。

預應力管樁生產工藝主要采用預應力張拉技術和離心制管技術，其樁身主要由圓筒形樁身、端頭板和鋼套箍組成，是目前基礎設計中不可缺少的樁基材料。目前我國工業與民用建筑的樁基礎常用的預應力混凝土管樁生產工藝有2種，即先張法和后張法。

先張法預應力混凝土管樁施工流程由膠凝材料、外加劑、砂、石、水計量攪拌，預應力鋼筋張拉，模具準備和混凝土澆灌，混凝土離心成型，成型樁初級養護、脫模放張、高壓蒸養，成品樁檢驗等工序組成。具體施工流程如圖2所示。

后張法預應力混凝土管樁施工流程由膠凝材料、外加劑、砂、石、水計量攪拌，鋼筋骨架安放、成型，模具安放和混凝土澆灌、混凝土離心成型，成型樁蒸汽養護，混凝土強度檢驗和拆模，樁節檢驗、水養護、拼接，鋼絞線張拉，預留孔道灌漿，鋼絞線放張，成平樁檢驗等工序組成。

二、預應力管樁生產過程易出現的質量問題及控制措施

預應力混凝土管樁雖然已經正式推廣了二十多年，生產技術整體上也是比較成熟的。但是由于各個管樁生產廠家的技術人員和操作工人的素質參差不齊，加上一些客觀原因，其生產也有常有不足之處。管樁生產過程中仍然出現一些質量問題，影響其沉管質量和承載性能。因此，在生產過程中還應加強管理，認真總結，減少缺陷的出現。下面對管樁生產中易出現的質量問題及相應的控制措施進行一些探討。

1、混凝土強度不合格

混凝土是預應力管樁主要組成材料，其強度不合格將直接影響管樁沉樁施工質量和使用時的承載性能。因此國家標準《先張法預應混凝土管樁》（GB13476——1999）要求管樁在生產時每班混凝土澆灌工作都必須留制試件，并按照國家標準《混凝土強度檢驗評定標準》（GB/T50081-2002）對混凝土試件進行強度檢驗。

（1）混凝土強度不合格的原因

①原材料變化。水泥和減水劑的化學成分，磨細砂細度，砂石的顆粒組配或含泥量，碎石的針片狀等原材料的變化，都會造成攪拌出來和混凝土強度達不到要求。

②澆灌施工不當。混凝土澆灌時沒有按規定進行扦插或振動時間太短，混凝土還沒完全實心密實，內部孔氣過太多，降低混凝土強度。

③蒸養過程不當。在蒸養或壓蒸過程中，可能由于蒸汽壓力不足、汽量不充足，造成蒸養溫度達不到規定要求，或者由于一些客觀因素中間結束蒸養。

（2）混凝土強度控制措施

預應力管樁混凝土的強度滿足國家標準和設計要求，需從混凝土原材料控制、澆灌施工工藝及蒸養過程等環節進行質量控制。對于混凝土原材料要分類存放，注明標識，控制各個材料存放質量，尤其是沙石的含水量。澆灌施工時嚴格按照規定進行扦插振動攪拌，嚴格振動時間，保證混凝土完全實心密實，減少混凝土內部氣孔數量。在蒸養過程中，保持足夠的蒸汽壓力和汽量，嚴格蒸養溫度，使其滿足養護要求，并保持蒸養不間斷。

2、端頭板傾斜

端頭板的傾斜容易造成打入法沉樁時樁頭混凝土應力集中，即使墊層厚度符合要求，也不能消除應力集中現象。因此國家標準《先張法預應力混凝土管樁》（GB13476——1999）對于端頭板傾斜提出如下規定：優等品為≤0.3D，一等品≤0.4D，合格品≤0.5D。

（1）端頭板傾斜原因

預應力混凝土管樁在生產過程中，由于預應力鋼筋切斷時長度控制不準確，致使預制管樁墩頭后部受拉鋼筋的長度不一致，用以拉頭中心絲桿為張拉桿的工藝，絲桿容易偏斜，或絲桿與拉頭本身平面并不垂直，端頭板的沉頭凹坑深淺不一致等原因造成端頭板傾斜。

（2）預防端頭板傾斜的措施

預防端頭板傾斜要從預應力主筋下料開始，嚴格控制同束預應力鋼筋的長度，保證各個鋼筋長度相差不得大于L/5000。在張拉預應力鋼筋時，必須注意調整千斤頂軸線位置，使之與管樁中心線重合，然后再開始張拉預應力鋼筋。如果采用墊鐵片，則要用三個完全厚度一致的墊鐵片。為了預防凸鐓頭，在制作預應力鋼筋時必須控制好鐓頭的尺寸，可以用鋼塊加工一個用來檢查鐓頭尺寸的卡塊。每根鋼筋鐓頭后要檢查一下，及時發現問題，也要加強端板的加工的檢查，特別是鐓頭的沉孔深度的檢查。

3、管樁的環裂

（1）管樁產生環裂的原因

預應力管樁混凝土預壓應力較低，初蒸脫模后樁身混凝土強度不足，導致管樁起吊時變形過大，使樁身開裂，同時也增加了放張時預應力的損失。另外，張拉時鋼筋的伸長值沒有達到要求，鋼筋的應力不夠，是直接降低了管樁的抗彎性能，導致管樁出現環裂。拆模時，由于底模的尺寸偏差，出現夾模的情況，若起吊不注意動作過快，往往會使樁身出現環裂。

（2）管樁環裂控制措施

管樁混凝土預壓應力較低，初蒸脫模后樁身混凝土強度不足導致的管樁起吊時變形過大而產生的樁身開裂，可通過增加預壓應力和提高混凝土強度來控制，選擇強度較高的混凝土。預應力張拉時，要保證張拉伸長值滿足要求，保證預應力鋼筋具有足夠應力，進而提高管樁的抗彎性能。選擇剛度高、精度高的優良模具，控制模具尺寸偏差在可接受范圍內，防止出現夾模現象。拆模后，起吊管樁要注意動作緩慢平穩，防止因操作失誤造成管樁環裂。

4、管樁內壁混凝土坍落

（1）管樁內壁混凝土坍落原因

預制管樁內壁混凝土的坍落與混凝土管樁的離心成型工藝有密切關系。在離心成型過程中，混凝土各部分均向離心方向運動。但是，由于混凝土各部分材料的密度不同，在離心力作用下的運動速度并不一致，在離心過程中產生分層分離現象。混凝土首先被分離出來，向離心方向運動；而砂漿中的水因為擠壓作用而排擠到管樁內壁。但是砂漿在離心力作用下形成隔離層，可能阻斷水分向管樁內壁排擠，而在砂漿層外圍形成泌水水膜，水膜會出現使得管樁內壁砂漿很容易坍落。可見，管樁高速時轉速若不夠高，管樁混凝土無法密實；模具或離心機變形導致離心高速時嚴重跳動，無法將速度提到設定值；混凝土料太稀了，坍落度過大；也有可能是計量誤差，或機手操作不規范造成，砂太細了即細度模數小，石子組配不好，針片狀過多或偏大等，均可能造成管樁混凝土分層分離出現水膜，致使管樁內壁坍落。

（2）預防管樁內壁坍落的措施

為防止混凝土管樁內壁坍落，應從以下幾點做起：

①保證離心機的安裝符合技術標準的要求，各個托輪要同心、同高，管模要完好、不變形，在離心時平穩、不跳動；

②要嚴格控制砂石的含水率，為做到嚴格控制，應當采用計量設備準確及時地測定砂石含水率，計量設備要定期校準，使衡量誤差符合標準要求；

③石子組配要良好，針片狀石子不能過多或偏大，砂的細度模數也要每天進行檢測；

三、預應力管樁打入過程施工事故預防與處理

預應力管樁在施工過程中，容易出現樁頂破碎、樁身斷裂、樁身傾斜、未到設計標高、樁位偏差過大等施工事故，其中以樁頂破碎、樁身斷裂、樁身傾斜三種事故最為常見，以下就這三種事故產生的原因、預防和處理措施進行分析。

1、樁頂破碎

（1）樁頂破碎的原因

預應力管樁在打入施工過程中，可能由于以下原因發生樁頂破碎：

①預應力混凝土管樁在生產過程中，對于混凝土質量控制不嚴格，導致混凝土配比和科學，澆灌過程中振搗不密室，存在較大的內部空洞，錘擊沉樁時樁頂容易破碎。

②預應力混凝土管樁生產質量不好，或存放、運輸過程不科學，導致樁頂面不平整，樁身軸線與樁頂面不垂直，錘擊沉樁時樁頂容易被擊碎。

③樁錘的選擇不合理，錘重太輕情況下，必然需要增加錘擊次數來使得管樁順利下沉，錘擊次數的過度增大導致樁頂被擊碎。

④未設置樁墊，或者樁墊厚度不足，不能滿足錘擊要求，或錘擊過程中樁墊破壞而未能及時更換，導致錘擊時樁頂被擊碎。

⑤樁帽選擇不當，樁帽太大、錘擊過程中樁帽結構變形，致使樁帽不能很好地保護樁頂，導致錘擊時樁頂破壞。

（2）樁頂破碎的處理措施

針對打入法沉樁過程中樁頂破碎事故，可采取以下措施處理：

①在錘擊沉樁過程中，要適時及時停止錘擊進行檢查，檢查樁頂破壞程度，在保證成樁垂直度的條件下，防止樁頂面偏離管樁軸心而承受偏心錘擊破碎。

②在管樁生產過程中，準確安裝預應力鋼筋，保證樁頂主筋位置準確，主筋保護層厚度要均勻；樁頂鋼筋網的位置也要準確定位，保證樁頂混凝土有良好的抗重擊性能。

③經常檢查樁墊、樁帽是否完好，出現問題時及時更換樁墊，并檢查樁錘、樁帽、樁墊是否與樁身軸線在同一直線上，不在同一直線上時要及時調整。

④樁頂出現松散部分時，要及時鑿除，然后再套上樁帽繼續施工。

2、樁身斷裂

（1）樁身斷裂的原因

預應力混凝土管樁在打入沉樁過程中，可能由于以下原因導致樁身斷裂：

①預應力混凝土管樁的生產質量不滿足設計要求，生產過程中混凝土材料配比不合理、澆灌混凝土時振搗不密實，均有可能導致在錘擊沉樁過程中管樁斷裂。

②預應力混凝土管樁在堆放、吊運過程中操作不合理，導致樁身產生了斷裂或者裂縫，錘擊沉樁時裂縫急速擴展，導致樁身斷裂。

③樁身生產過程中的不合理導致樁身彎曲，在錘擊沉樁過程中，受到較大的偏心錘擊作用而導致斷樁。

④預應力混凝土管樁設計不合理，管樁長細比過大，樁身過重，樁身抗裂極限彎矩過小，混凝土強度過低。

（2）管樁斷裂的處理措施

管樁在錘擊下沉過程中一旦斷裂，其單樁承載力將會下降，影響地基處理效果，不能滿足地基處理要求。因此，對于斷裂的管樁，要進行必要的處理。管樁斷裂后，如果施工場地條件和樁位布置條件允許，可進行補樁。但是很多情況下，施工場地條件和樁位布置條件不允許不樁處理，此時，只能對斷樁縫隙進行處理，以使其閉合來彌補斷樁承載力下降。閉合斷樁縫隙的方法有兩種：靜荷載預壓法和錘擊法。

①靜荷載預壓法又被稱為“跑樁法”，是通過靜荷載預壓使得上節管樁產生位移，從而使得上節管樁底面與下節管樁頂面相接觸，消除兩節管樁間的縫隙，提高管樁的豎向承載能力。

②錘擊法是通過重錘錘擊使上節管樁產生位移，以使上節管樁底面與下節管樁頂面接觸，消除兩節管樁間的縫隙，提高管樁的豎向承載能力。

靜荷載預壓法處理時間較長，需要占用的場地面積較大，很多情況下很難實施。錘擊法處理時間段，占用場地面積相對較小，但是受到施工設備限制。兩種方法各有其優缺點，在實際工程當中應根據現場條件和工期要求來選擇。

此外，為了彌補斷裂管樁的承載力，可對管樁樁芯進行補強。樁芯補強的常用方法是采用高標號細石水泥漿充填管樁內部，使得斷裂后的管樁重新連結成一個整體，提高管樁的豎向承載能力。

3、樁身傾斜

（1）樁身傾斜的原因

預應力混凝土管樁在地基處理中主要承受豎向荷載，樁身一旦發生傾斜，豎向荷載與管樁的軸向不一致，必然降低管樁承載能力。導致管樁樁身傾斜的原因有以下幾點：

①施工場地不平整，打樁設備導桿不直，引起樁身傾斜。

②管樁在穩定時不垂直于水平面，樁帽、樁墊、樁身軸線不在同一鉛垂線上。

③管樁在生產過程中質量控制不嚴格，導致樁身彎曲程度過大，超過了允許限值，樁尖偏離樁身軸線較大。

④基坑邊坡滑移產生較大位移，致使邊坡失穩，支護結構破壞，管樁在地基中由于土體位移而產生傾斜。

⑤在沉樁擠土效應下，由于管樁樁位布置不合理或樁位密度過大，導致打樁時相鄰管樁發生傾斜。

（2）樁身傾斜的處理措施

超過傾斜度要求的管樁，必須對其進行處理，使其重新滿足傾斜度要求，具體方法應根據土質情況確定：

①較淺的管樁，可以將其傾斜反向土方挖除，然后對其進行扶正處理。

②較深的管樁，可以通過鉆孔取土、高壓沖水取土等方式去除傾斜反向的土方，然后對其進行扶正處理。

管樁的扶正依靠取土前打好的地錨、鋼絲繩和手動葫蘆來進行，鋼絲繩將傾斜的管樁和地面連接起來，在取土后通過手動葫蘆調整鋼絲繩壓力來扶正管樁。一般可將多根完整樁作為地錨來使用。在拉直過程中，時刻管樁傾斜樁和作為地錨的完整樁的狀態。

四、結束語

預應力混凝土管樁作為一種預制樁，與其它樁型相比，有樁身質量穩定可靠、強度高、穿透能力強、施工快捷方便、環境污染小等優點。本文針對預應力管樁混凝土強度不合格、端頭板傾斜、樁身彎曲、環裂、縱裂、內壁混凝土坍落等問題進行分析，針對各個問題，應采取不同的預防措施和控制方法，以提高混凝土管樁生產質量。同時分析了管樁打入地基時容易出現的樁頂破碎、樁身斷裂、樁身傾斜等質量問題及施工事故，并分析了各種施工事故產生的原因和處理措施。

參考文獻

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