浅谈管桩横向断桩的成因

2022-09-11

预应力混凝土管桩具有桩身强度高 (C60~C80) 、单桩承载力大、施工周期短、施工便捷、质量保证、经济等优点, 已于上世纪90年代在广东省得到广泛的应用, 在长江三角洲地区及福建省等地上世纪末亦发展很快, 特别是预应力管桩采用的静压施工法, 因震动小、噪音低、无污染等, 更适于市区施工, 因而预应力管桩日渐取代各种现场灌注桩与预制桩。这种新兴的桩型及其他的施工工艺, 于本世纪初2000年左右才引进南宁市。由于南宁市开展这项工艺的时间较短, 缺乏应用经验, 因此, 在其显示出较多优点的同时也暴露出它的一些弊端。本文就南宁市某房开公司建设的琅东住宅小区项目工程的预应力管桩, 在施工中出现横向断桩问题的成因, 提出一些粗浅的探讨性意见。

1 概况

该工程第I期共三栋楼, 其基础为预应力管桩, 管桩直径为Φ400, 单桩设计承载力为1500KN, 桩长约22米m (用两根9m~12m的预制管桩焊接而成) , 施工场地为2000年填土形成, 填土厚度约6米, 管桩持力层为圆砾层。压桩方式采用 (抱压式压桩机) 抱压式施工法, 压桩最终压力按我区地方标准《预应力砼管桩静压工程验收暂行规定》取值为3200KN。在管桩的施工过程中陆续出现了横向断桩现象, 使一些管桩被破坏。

2 原因分析

根据外省的有关报道, 预应力管桩基础在施工过程中都可能发生预应力管桩破损的现象, 其中不外乎三个方面的原因:地质问题、桩材质量问题、现场施工问题。而施工原因是造成桩身被破坏的主要因素, 占50%~60%。在该工地的1号楼静压管桩的施工过程中, 有数条预应力砼管桩压到持力层后, 再施力复压时产生横向断桩, 经对该现象进行深入细致的调查, 排出了地质和桩材质量的原因, 查出桩被破损的一些共同因素, 笔者认为造成预应力管桩横向断裂的主要原因有如下几点。

(1) 压力中心与管桩结构形心不重合, 产生偏心力矩, 而造成管桩横向断裂。

由于送桩是用与预应力管桩直径相同的钢管 (钢管端部为封闭的) 送桩, 该钢管的合力中心与管桩的结构形心不重合, 产生了数厘米的偏心。为了阐述偏心对预应力管桩造成的不利影响, 笔者从理论方面阐述此破损成因。现将一些有关的力学数据列表如表1所示。

广西壮族自治区地方标准D B 4 5/T36.2002《预应力砼管桩静压施工规程》第6.3条规定中400PCH400.A (壁厚95mm) 型的管桩抗裂弯矩为5 2 K N·m, 而极限弯矩为7 7 K N·m, 如下表示

因偏心产生的外力矩用图1、2表示如下。

从上图得知:送桩器与管桩中心线不重合时, 产生了偏心, 而偏心使得外力P产生了一个偏心力矩M=P·△l。当送桩器这个外力与管桩形心偏心1.625厘米时, 偏心

力矩为52KN·m, 此时管桩开裂, 而当偏心为2.4厘米时, 偏心力矩M=77kN·m, 此力矩使管桩达到极限而破坏, 这就是因偏心造成断桩的道理。而对本工地这种近年才填土厚达6米的场地, 偏心的不利影响就显得更为突出。因为填土对桩身的横向挟持力相对实土的挟持力要小, 管桩被压下去后, 填土部分的管桩相对于实土的桩而言, 实际上就似一根“悬臂梁”, 如图3、图4所示。

从图示得知:相对于埋深16m的实土区而言, 填土区越深“悬臂梁”就越长, 管桩就越易被折断, 此问题不但造成断桩, 也造成桩头部份破碎, 其原因是由于偏心使得送桩钢管与管桩接触面积减少, 从而应力变大, 当应力超过C80砼的极限抗压强度时, 桩头被压碎。

(2) 大浮船翘起时相对管桩中心线也产生一个偏心力, 此偏心力也造成管桩横向断裂。

当管桩被压到持力层深度时, 在管桩复压三次过程中, 因此时压桩力达到终压力 (3200kN) , 往下用力再压桩时, 管桩已基本不沉或沉降极少, 而使得支撑两个大浮船中的一个翘起并离开地面, 此时翘起的大浮船的重量相对于管桩形心而言, 实际上就增加了一个偏心作用力, 用力的平移法, 将该力平移到管桩中心线后, 也产生了一个外力矩。虽然浮船的重量不是很大, 但其重量中心到管桩形心的力臂很大, 故产生的外力矩也就很大, 该力矩对管桩的影响后果与第一点是相同的。

(3) 本工程管桩施工区域填土层太厚, 泥土变形, 产生不均匀沉陷, 致使压桩机产生倾斜而产生偏心。

有的管桩在压桩时, 因填土区浮土太厚, 很难满足我区地方标准DB45/T36—2002《预应力砼管桩静压施工规程》第5·6·3中“……接地压强不宜大于140kPa”的规定, 泥土变形大, 从而产生不均匀沉陷, 使得压桩机产生倾斜, 相对于管桩形心线而言也产生了偏心力, 此问题的影响后果也与第一点相同, 这里就不再重述

(4) 不利因素的叠加。

管桩在施工过程中出现横向断桩, 有时是单因素引起的, 但是有时是多种因素的叠加所造成的。虽然一种情况产生偏心时, 其偏差仍在规范的允许范围内, 产生的偏心力矩不至于使管桩被破坏, 因此少量的偏心往往常被施工人员忽视, 而如果上述几种情况叠加时, 管桩在施工过程中所受到的偏心力矩将因为叠加而增大, 此叠加力矩使管桩达到极限而被破坏。

3 结语

预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成形法制成的一种空心圆筒体细长砼预制构件, 由于送桩是用与管桩同长、同直径的钢管进行的, 在压桩施工过程中, 要完全保证一点偏心都没有是不可能的。为了防止偏心受压, 产生偏心力矩, 必须保证准确无误的测量放线, 严格控制偏心量, 当出现偏心量大于规范允许值时应停止压桩, 进行整改、调整, 直至符合规范规定值为止, 这样才尽可能避免断桩问题。

摘要：本文总结南宁市某房开公司建设的某工程的预应力管桩的施工经验, 针对其在预应力混凝土管桩施工中出现横向断桩问题提出一些粗浅的探讨性意见。

关键词：混凝土管桩,施工中,横向断桩问题