郭庆

摘 要：预应力混凝土管桩作为一种预制桩，与其它桩型相比，有桩身质量稳定可靠、强度高、穿透能力强、施工快捷方便、环境污染小等优点。本文分析了混凝土管桩预制过程中易出现的问题及各自对应的控制措施，阐述了事故问题的处理方法，以此提高混凝土管桩生产质量。

关键词：预应力管桩；施工质量控制；事故处理

一、预应力管桩施工工艺概述

基础施工是工业与民用建筑施工的重要环节。一般而言，基础类型分为3种：浅基础、复合地基和深基础。桩基础便是一种深基础方案，按其施工方法可分为预制桩和灌注桩。预制桩由于单桩承载力高、施工质量易于保障和检查、施工速度快等优点而被广泛使用于地基处理中。预制桩按其材料类型可分为钢桩、木桩和钢筋混凝土桩，其中以钢筋混凝土桩最为常用。 预应力混凝土管桩作为一种预制桩，与其它桩型相比，具有如下特点：

1、预应力管桩施工机械过程度较高，施工现场整洁安全，不容易发现钻孔注浆施工时的浆液满地流动的脏污状况，不会出现忙乱的人工抽水、堆土、运土景象，施工较为环保、人性化。

2、由于预应力混凝土管桩提前预制好后，运送到施工现场进行沉桩施工，施工速度较快，建设工期相应较短，工程造价成本相对降低。

3、预应力混凝土管桩在良好条件下预制生产，管桩质量相对较容易控制。

4、由于打入法沉桩过程中存在挤土效应，预应力管桩单桩承载力较高。

预应力管桩生产工艺主要采用预应力张拉技术和离心制管技术，其桩身主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍组成，是目前基础设计中不可缺少的桩基材料。目前我国工业与民用建筑的桩基础常用的预应力混凝土管桩生产工艺有2种，即先张法和后张法。

先张法预应力混凝土管桩施工流程由胶凝材料、外加剂、砂、石、水计量搅拌，预应力钢筋张拉，模具准备和混凝土浇灌，混凝土离心成型，成型桩初级养护、脱模放张、高压蒸养，成品桩检验等工序组成。具体施工流程如图2所示。

后张法预应力混凝土管桩施工流程由胶凝材料、外加剂、砂、石、水计量搅拌，钢筋骨架安放、成型，模具安放和混凝土浇灌、混凝土离心成型，成型桩蒸汽养护，混凝土强度检验和拆模，桩节检验、水养护、拼接，钢绞线张拉，预留孔道灌浆，钢绞线放张，成平桩检验等工序组成。

二、预应力管桩生产过程易出现的质量问题及控制措施

预应力混凝土管桩虽然已经正式推广了二十多年，生产技术整体上也是比较成熟的。但是由于各个管桩生产厂家的技术人员和操作工人的素质参差不齐，加上一些客观原因，其生产也有常有不足之处。管桩生产过程中仍然出现一些质量问题，影响其沉管质量和承载性能。因此，在生产过程中还应加强管理，认真总结，减少缺陷的出现。下面对管桩生产中易出现的质量问题及相应的控制措施进行一些探讨。

1、混凝土强度不合格

混凝土是预应力管桩主要组成材料，其强度不合格将直接影响管桩沉桩施工质量和使用时的承载性能。因此国家标准《先张法预应混凝土管桩》（GB13476——1999）要求管桩在生产时每班混凝土浇灌工作都必须留制试件，并按照国家标准《混凝土强度检验评定标准》（GB/T50081-2002）对混凝土试件进行强度检验。

（1）混凝土强度不合格的原因

①原材料变化。水泥和减水剂的化学成分，磨细砂细度，砂石的颗粒组配或含泥量，碎石的针片状等原材料的变化，都会造成搅拌出来和混凝土强度达不到要求。

②浇灌施工不当。混凝土浇灌时没有按规定进行扦插或振动时间太短，混凝土还没完全实心密实，内部孔气过太多，降低混凝土强度。

③蒸养过程不当。在蒸养或压蒸过程中，可能由于蒸汽压力不足、汽量不充足，造成蒸养温度达不到规定要求，或者由于一些客观因素中间结束蒸养。

（2）混凝土强度控制措施

预应力管桩混凝土的强度满足国家标准和设计要求，需从混凝土原材料控制、浇灌施工工艺及蒸养过程等环节进行质量控制。对于混凝土原材料要分类存放，注明标识，控制各个材料存放质量，尤其是沙石的含水量。浇灌施工时严格按照规定进行扦插振动搅拌，严格振动时间，保证混凝土完全实心密实，减少混凝土内部气孔数量。在蒸养过程中，保持足够的蒸汽压力和汽量，严格蒸养温度，使其满足养护要求，并保持蒸养不间断。

2、端头板倾斜

端头板的倾斜容易造成打入法沉桩时桩头混凝土应力集中，即使垫层厚度符合要求，也不能消除应力集中现象。因此国家标准《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476——1999）对于端头板倾斜提出如下规定：优等品为≤0.3D，一等品≤0.4D，合格品≤0.5D。

（1）端头板倾斜原因

预应力混凝土管桩在生产过程中，由于预应力钢筋切断时长度控制不准确，致使预制管桩墩头后部受拉钢筋的长度不一致，用以拉头中心丝杆为张拉杆的工艺，丝杆容易偏斜，或丝杆与拉头本身平面并不垂直，端头板的沉头凹坑深浅不一致等原因造成端头板倾斜。

（2）预防端头板倾斜的措施

预防端头板倾斜要从预应力主筋下料开始，严格控制同束预应力钢筋的长度，保证各个钢筋长度相差不得大于L/5000。在张拉预应力钢筋时，必须注意调整千斤顶轴线位置，使之与管桩中心线重合，然后再开始张拉预应力钢筋。如果采用垫铁片，则要用三个完全厚度一致的垫铁片。为了预防凸镦头，在制作预应力钢筋时必须控制好镦头的尺寸，可以用钢块加工一个用来检查镦头尺寸的卡块。每根钢筋镦头后要检查一下，及时发现问题，也要加强端板的加工的检查，特别是镦头的沉孔深度的检查。

3、管桩的环裂

（1）管桩产生环裂的原因

预应力管桩混凝土预压应力较低，初蒸脱模后桩身混凝土强度不足，导致管桩起吊时变形过大，使桩身开裂，同时也增加了放张时预应力的损失。另外，張拉时钢筋的伸长值没有达到要求，钢筋的应力不够，是直接降低了管桩的抗弯性能，导致管桩出现环裂。拆模时，由于底模的尺寸偏差，出现夹模的情况，若起吊不注意动作过快，往往会使桩身出现环裂。

（2）管桩环裂控制措施

管桩混凝土预压应力较低，初蒸脱模后桩身混凝土强度不足导致的管桩起吊时变形过大而产生的桩身开裂，可通过增加预压应力和提高混凝土强度来控制，选择强度较高的混凝土。预应力张拉时，要保证张拉伸长值满足要求，保证预应力钢筋具有足够应力，进而提高管桩的抗弯性能。选择刚度高、精度高的优良模具，控制模具尺寸偏差在可接受范围内，防止出现夹模现象。拆模后，起吊管桩要注意动作缓慢平稳，防止因操作失误造成管桩环裂。

4、管桩内壁混凝土坍落

（1）管桩内壁混凝土坍落原因

预制管桩内壁混凝土的坍落与混凝土管桩的离心成型工艺有密切关系。在离心成型过程中，混凝土各部分均向离心方向运动。但是，由于混凝土各部分材料的密度不同，在离心力作用下的运动速度并不一致，在离心过程中产生分层分离现象。混凝土首先被分离出来，向离心方向运动；而砂浆中的水因为挤压作用而排挤到管桩内壁。但是砂浆在离心力作用下形成隔离层，可能阻断水分向管桩内壁排挤，而在砂浆层外围形成泌水水膜，水膜会出现使得管桩内壁砂浆很容易坍落。可见，管桩高速时转速若不够高，管桩混凝土无法密实；模具或离心机变形导致离心高速时严重跳动，无法将速度提到设定值；混凝土料太稀了，坍落度过大；也有可能是计量误差，或机手操作不规范造成，砂太细了即细度模数小，石子组配不好，针片状过多或偏大等，均可能造成管桩混凝土分层分离出现水膜，致使管桩内壁坍落。

（2）预防管桩内壁坍落的措施

为防止混凝土管桩内壁坍落，应从以下几点做起：

①保证离心机的安装符合技术标准的要求，各个托轮要同心、同高，管模要完好、不变形，在离心时平稳、不跳动；

②要严格控制砂石的含水率，为做到严格控制，应当采用计量设备准确及时地测定砂石含水率，计量设备要定期校准，使衡量误差符合标准要求；

③石子组配要良好，针片状石子不能过多或偏大，砂的细度模数也要每天进行检测；

三、预应力管桩打入过程施工事故预防与处理

预应力管桩在施工过程中，容易出现桩顶破碎、桩身断裂、桩身倾斜、未到设计标高、桩位偏差过大等施工事故，其中以桩顶破碎、桩身断裂、桩身倾斜三种事故最为常见，以下就这三种事故产生的原因、预防和处理措施进行分析。

1、桩顶破碎

（1）桩顶破碎的原因

预应力管桩在打入施工过程中，可能由于以下原因发生桩顶破碎：

①预应力混凝土管桩在生产过程中，对于混凝土质量控制不严格，导致混凝土配比和科学，浇灌过程中振捣不密室，存在较大的内部空洞，锤击沉桩时桩顶容易破碎。

②预应力混凝土管桩生产质量不好，或存放、运输过程不科学，导致桩顶面不平整，桩身轴线与桩顶面不垂直，锤击沉桩时桩顶容易被击碎。

③桩锤的选择不合理，锤重太轻情况下，必然需要增加锤击次数来使得管桩顺利下沉，锤击次数的过度增大导致桩顶被击碎。

④未设置桩垫，或者桩垫厚度不足，不能满足锤击要求，或锤击过程中桩垫破坏而未能及时更换，导致锤击时桩顶被击碎。

⑤桩帽选择不当，桩帽太大、锤击过程中桩帽结构变形，致使桩帽不能很好地保护桩顶，导致锤击时桩顶破坏。

（2）桩顶破碎的处理措施

针对打入法沉桩过程中桩顶破碎事故，可采取以下措施处理：

①在锤击沉桩过程中，要适时及时停止锤击进行检查，检查桩顶破坏程度，在保证成桩垂直度的条件下，防止桩顶面偏离管桩轴心而承受偏心锤击破碎。

②在管桩生产过程中，准确安装预应力钢筋，保证桩顶主筋位置准确，主筋保护层厚度要均匀；桩顶钢筋网的位置也要准确定位，保证桩顶混凝土有良好的抗重击性能。

③经常检查桩垫、桩帽是否完好，出现问题时及时更换桩垫，并检查桩锤、桩帽、桩垫是否与桩身轴线在同一直线上，不在同一直线上时要及时调整。

④桩顶出现松散部分时，要及时凿除，然后再套上桩帽继续施工。

2、桩身断裂

（1）桩身断裂的原因

预应力混凝土管桩在打入沉桩过程中，可能由于以下原因导致桩身断裂：

①预应力混凝土管桩的生产质量不满足设计要求，生产过程中混凝土材料配比不合理、浇灌混凝土时振捣不密实，均有可能导致在锤击沉桩过程中管桩断裂。

②预应力混凝土管桩在堆放、吊运过程中操作不合理，导致桩身产生了断裂或者裂缝，锤击沉桩时裂缝急速扩展，导致桩身断裂。

③桩身生产过程中的不合理导致桩身弯曲，在锤击沉桩过程中，受到较大的偏心锤击作用而导致断桩。

④预应力混凝土管桩设计不合理，管桩长细比过大，桩身过重，桩身抗裂极限弯矩过小，混凝土强度过低。

（2）管桩断裂的处理措施

管桩在锤击下沉过程中一旦断裂，其单桩承载力将会下降，影响地基处理效果，不能满足地基处理要求。因此，对于断裂的管桩，要进行必要的处理。管桩断裂后，如果施工场地条件和桩位布置条件允许，可进行补桩。但是很多情况下，施工场地条件和桩位布置条件不允许不桩处理，此时，只能对断桩缝隙进行处理，以使其闭合来弥补断桩承载力下降。闭合断桩缝隙的方法有两种：静荷载预压法和锤击法。

①静荷载预压法又被称为“跑桩法”，是通过静荷载预压使得上节管桩产生位移，从而使得上节管桩底面与下节管桩顶面相接触，消除两节管桩间的缝隙，提高管桩的竖向承载能力。

②锤击法是通过重锤锤击使上节管桩产生位移，以使上节管桩底面与下节管桩顶面接触，消除两节管桩间的缝隙，提高管桩的竖向承载能力。

静荷载预压法處理时间较长，需要占用的场地面积较大，很多情况下很难实施。锤击法处理时间段，占用场地面积相对较小，但是受到施工设备限制。两种方法各有其优缺点，在实际工程当中应根据现场条件和工期要求来选择。

此外，为了弥补断裂管桩的承载力，可对管桩桩芯进行补强。桩芯补强的常用方法是采用高标号细石水泥浆充填管桩内部，使得断裂后的管桩重新连结成一个整体，提高管桩的竖向承载能力。

3、桩身倾斜

（1）桩身倾斜的原因

预应力混凝土管桩在地基处理中主要承受竖向荷载，桩身一旦发生倾斜，竖向荷载与管桩的轴向不一致，必然降低管桩承载能力。导致管桩桩身倾斜的原因有以下几点：

①施工场地不平整，打桩设备导杆不直，引起桩身倾斜。

②管桩在稳定时不垂直于水平面，桩帽、桩垫、桩身轴线不在同一铅垂线上。

③管桩在生产过程中质量控制不严格，导致桩身弯曲程度过大，超过了允许限值，桩尖偏离桩身轴线较大。

④基坑边坡滑移产生较大位移，致使边坡失稳，支护结构破坏，管桩在地基中由于土体位移而产生倾斜。

⑤在沉桩挤土效应下，由于管桩桩位布置不合理或桩位密度过大，导致打桩时相邻管桩发生倾斜。

（2）桩身倾斜的处理措施

超过倾斜度要求的管桩，必须对其进行处理，使其重新满足倾斜度要求，具体方法应根据土质情况确定：

①较浅的管桩，可以将其倾斜反向土方挖除，然后对其进行扶正处理。

②较深的管桩，可以通过钻孔取土、高压冲水取土等方式去除倾斜反向的土方，然后对其进行扶正处理。

管桩的扶正依靠取土前打好的地锚、钢丝绳和手动葫芦来进行，钢丝绳将倾斜的管桩和地面连接起来，在取土后通过手动葫芦调整钢丝绳压力来扶正管桩。一般可将多根完整桩作为地锚来使用。在拉直过程中，时刻管桩倾斜桩和作为地锚的完整桩的状态。

四、结束语

预应力混凝土管桩作为一种预制桩，与其它桩型相比，有桩身质量稳定可靠、强度高、穿透能力强、施工快捷方便、环境污染小等优点。本文针对预应力管桩混凝土强度不合格、端头板倾斜、桩身弯曲、环裂、纵裂、内壁混凝土坍落等问题进行分析，针对各个问题，应采取不同的预防措施和控制方法，以提高混凝土管桩生产质量。同时分析了管桩打入地基时容易出现的桩顶破碎、桩身断裂、桩身倾斜等质量问题及施工事故，并分析了各种施工事故产生的原因和处理措施。

参考文献

[1]蒋元海.先张法预应力混凝土薄壁管桩的生产及应用开发[J].辽宁建材， 2015（6）：44-45.

[2]邓友生， 孙宝俊， 邬忠强. 预应力混凝土管桩的应用研究及發展前景[J]. 建筑技术， 2013， 34（4）：263-266.