第３９卷第２Ｏ期 ２ ０ １ ３年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．２０ Ｊｕ１． ２０１３ ・５１． 文章编号：１００９－６８２５（２０１３）２０．００５１．０３ 软土地区某预应力混凝土管桩工程事故原因分析 钟邑桅 （上海岩土工程勘察设计研究院有限公司，上海２０００００） 摘要：根据工程概况，阐述了场地工程的地质条件，对预应力管桩工程事故进行了详细描述，并分析了事故发生的原因，提出了 相应的改进建议，以期减少软土地区预应力混凝土管桩工程事故的发生几率。 关键词：预应力，管桩，事故，原因 中图分类号：ＴＵ４７１．８ 文献标识码：Ａ Ｏ 引言 桩外，其他建筑物均采用ＰＨＣ５００管桩），并采用静压法来进行 预应力混凝土管桩具有承载力高、单价低、工期短、施工简单 沉桩。在基坑开挖后，发现大量断桩，其中断桩集中在３幢高层 从东至西，依次为高层Ａ，高层Ｂ，高 等优点，已成为软土地区一种广泛应用的基础形式，取得明显的 区域（图１中阴影部分区域， 经济效益。但在软土地区的工程实践中，时有大面积预应力混凝 层Ｃ）。土管桩断裂的现象发生；一旦发生这种情况，将给工程建设带来 极大的损失。因此有必要对某典型的预应力混凝土管桩工程事 故进行分析，以期总结经验，吸取教训。 １ 工程概况 某项目位于江苏宜兴市荆溪中路，四面被河流包围，用地面 积为３５ ８５１ ｍ 。场地北侧拟建３幢高层建筑，其中高层Ａ（东侧） 地上２２层，地下２层，高层Ｂ（北侧中部）及高层ｃ（西侧）均为地 上１８层，地下２层；场地中部拟建１０幢７层中层建筑；高层建筑 与中层建筑之间为２层地下车库，与高层地下车库相通；场地南 侧拟建８座３层别墅。本项目的建筑总平面简图见图１，典型工 程地质剖面图见图２。 拟建建筑物桩基采用ＰＨＣ管桩（除了３层别墅采用ＰＨＣ４００管 ｊ 图ｌ建筑总平面简图 』 ０ 曩 ；１４５— ｌ７ －３ —１Ｏ １８ ，ｚ 镌 ： ②＿２ ÷ ＼－ｓ ３ — 薹 Ｌ Ａ ｖ－． ，吃３ 一 １４ ］ ３馥 －４・ 一 －５ ＇ １４．— ８ ｙ８／ １２ ③ ｖ ｌ；③ ｖ－ｌ１４６③ －： ③ 荔 ｌ１ ｖ９ １５ ２ｌ １８ １５ ２０ 口－２０ 抽叵 蜷一２５ －３０ －３５ 二＝茎奄 ’：坂／５霹 弹⑥－ ２８ ｌ蠢耋 —・５３９，反⑥弹。霪 瘴套 ・：５１３０９ ．２幽一 －１ 矗毒毫耍。３．￣０ 二２７翘奄血 ⑥。 妻 －，２５—． －】６ 反弹 －１耋 ｉ －反弹 ；垂 ３０一 ｒ５Ｏ ⑥反弹⑥ 善 囊 ，反弹 姜 宜乱 霍 ００ －一 耋 ３３囱 羞 ⑥＿２生 ３５ ｅ —４Ｏ ⑥。 垂 ⑥篷 宜 薹 ． 。３８・Ｓ ～ ３８ ： ｚ ４４．５０－－－－－￣ －。 ４２． Ｉ’。 ． 直 宜 —４５ 耋 奄 ４７． ＤＯ ４５． ）０ ４４ ５０⑦。 盘 ４６ ００ 水平间距，ｍｌ ｌ １５．３７ 水位 Ｉ ２ 场地工程地质条件 旦２：． ５２ ２墨．５ ０ １．６９ ３：． ０２ 图２ ３一－＿３ 工程地质剖面图（水平１：３５０；垂直１：２５０） （编号为１～７）。各层根据其物理力学性质差异、强度差异、风化 根据勘察报告揭露，全场区将土层划分为７个工程地质层 程度等，又分为若干个亚层。 收稿日期：２０１３－０５－０２ 作者简介：钟邑桅（１９８０－），男，工程师，注册岩土工程师 ・５２・ 第３９卷第２０期 ２ ０ １ ３年７月 山 西 建 筑 １）大量工程桩为缺陷桩。 ①填土，主要以粉质粘土为主，顶部为杂填土，非均质。土质 松散。 从表２可以看出，大量工程桩为ＨＩ／Ｎ类桩，其中高层Ｂ，ｃ的 Ⅲ／Ⅳ类桩超过５０％。 ①． 淤泥，呈流塑状态，为河道新近沉积土。 表２管桩小应变桩身完整性检测情况 ②．．粉质粘土，呈可塑状态，局部软塑。无摇振反应，稍有光 滑，韧性、干强度中等。 建筑物编号 高层Ａ座 高层Ｂ座 高层Ｃ座 总桩数 ２３９ ２５５ １７３ 已检测 ７６ １２８ ｌ１５ Ｉ／ＩＩ类桩 ５５（７２％】 ６４（５０％） ４７（４１％） Ｅ／Ⅳ类桩 ２ｌ【２７％） ６４（５Ｏ％） ６８（５９％） ②。层淤泥质粘土，土质软弱，呈流塑状。 ③层粉质粘土，呈硬塑状态，平均标贯实测击数为１５．７。 ④层碎石混粉质粘土，中密～密实状态，粉质粘土呈可塑状， 重型圆锥动力触探试验实测值Ⅳ６３ ＝２４．９２。 ２）工程桩试桩变成缺陷桩。 开挖前，高层Ａ，ｃ的个别工程桩试桩的静载荷试验以及小应 ⑥．．层为强风化泥灰岩，其重型圆锥动力触探试验的实测平 变完整性检测均满足设计及规范要求；但在基坑开挖后，该试桩 均值为Ⅳ６３． ＝２８．３，部分钻孔实测Ⅳ６３ 值超过５０，并且存在反弹 的小应变完整性检测不合格，为缺陷桩。 现象。 ⑥． 层岩溶，岩溶呈串珠型，岩溶形态主要以溶洞发育为主， 溶洞规模洞高０．３ ｍ一５．９ ｍ，一般均有粘性土夹溶蚀岩块充填， 充填物承载力特征值 ＝１２０ ｋＰａ，根据工程经验，充填物呈可塑 状态。 ⑥。层为中风化泥灰岩，局部可见溶隙，其饱和单轴抗压强度 为 ＝１８．４８ ＭＰａ；基岩面一般标高在－２３．２５一一２９．５７之间，局 部起伏较大。 ⑦ 层为强风化砂岩，岩芯破碎呈碎块、块状，少量短柱状，锤 击易碎。 ⑦。层为中风化砂岩，岩芯较完整，呈短柱、柱状，质较硬，锤 击不易碎。可见与轴夹角７０。一８５。裂隙，岩芯锤击可沿裂隙面 裂开。 ３预应力管桩工程事故描述 ３．１ 高层建筑桩基设计方案简介 高层Ａ，Ｂ，ｃ均为框架剪力墙结构，高层Ａ地上２４层，高层 Ｂ，ｃ地上ｌ８层；高层Ａ采用桩筏基础，筏板厚度为１．６ ｍ，高层 Ｂ，ｃ采用承台桩基＋防水板的基础形式，承台厚度１．２ ｍ～ １．６ ｍ。三幢高层均采用预应力混凝土管桩ＰＨＣ－５００（１００）Ａ— Ｃ８０，２节桩，桩端入土深度一般为２５．０ ｍ～２６．０ ｍ，以⑥．。层强风 化泥灰岩为持力层，单桩承载力特征值为１ ６００ ｋＮ。工程桩采用 静压法沉桩，以压力值３ ５００ ｋＮ作为停压控制标准；施工过程 中，大量工程桩压不到设计标高，高出设计标高１ ｍ～２．０ ｍ不 等。高层建筑物桩基概况见表１。高层ｃ桩位及承台布置图如 图３所示。 图３高层Ｃ桩位及承台布置图 表１ 高层建筑物桩基概况 建筑物编号 桩型 持力层 桩数 高层Ａ ＰＨＣ Ａ ５００（１００），Ｌ＝２０—２３ ⑥．１ ２３９ 高层Ｂ ＰＨＣ Ａ ５００（１００），Ｌ＝２０—２３ ⑥．１ ２５５ 高层Ｃ ＰＨＣ Ａ ５００（１００），Ｌ＝２０—２３ ⑥．１ １７３ ３．２桩基事故回顾 高层建筑桩基工程发生大量断桩后，对工程桩进行小应变完 整性检测、桩身ＣＣＴＶ可视化检测、工程桩具体偏移数据测量以及 桩身强度检测等大量工作；总结上述工作，本工程桩基事故有如 下一些特点： ３）桩身缺陷位置。 未开挖前地面标高约＋２．８０～＋３．Ｏ，而根据小应变检测以 及沿桩身ＣＣＴＶ可视化检测记录，高层ｃ座的缺陷点标高平均约 是一２．５ ｍ，Ｂ座是一３．５ ｍ，但个别出现一８．０ ｍ一一９．０ ｍ的情 况，所以可以理解为多数桩的断裂位置是出现于②。层淤泥质粘 土层（见图４）。 图４高层Ｃ座Ⅲ，Ⅳ类桩缺陷点标商分布（小应变检测） ４）断桩倾斜方向。 从开挖现场看出，各座塔楼的桩基均有群组型式向同一方向 倾斜的现象（见图５）；其中高层Ｃ开挖深度约１．３ ｍ时，就出现斜 桩现象。 图５高层Ｃ座缺陷桩分布及倾斜方向示意图 ５）桩身质量。 工程桩均采用建华管桩，从现场情况看，桩头基本上没有损 坏；但根据业主委托相关单位做的桩身混凝土压块试验，桩身混 凝土强度等级为Ｃ６０。 ４预应力管桩工程事故原因分析 综合上述工程概况以及场地的地质条件，初步判断事故原因 如下： １）对场地地质条件认识不足。 该场地浅层存在第②。层淤泥质粘土，该层土含水量高达 ４５．８％，承载力允＝７０ ｋＰａ，土质软弱；而其下第③层硬塑粉质粘 土、第④层碎石混粉质粘土、第⑥．．层强风化泥灰岩均为土体强度 较高的土层。简单地概括，该场地地质条件为上软下硬型。 爹 ９１ 荤 膂 钟邑桅：软土地区某预应力混凝土管桩工程事故原因分析 ・５３・ 本工程ＰＨＣ管桩以⑥． 层强风化泥灰岩为持力层，以压桩阻 力作为停压标准，造成大部分工程桩桩顶高出设计标高１．０ ｍ～ ２．５ ｍ。原基础埋深３．０ ｍ～４．０ ｍ左右，因此实际大部分工程桩 桩顶的保护层厚度很小，大吨位的静压桩机在场地内往返，对桩 顶产生较大的负荷。再则，由于浅层杂填土及②。层淤泥质粘土 土质较差，静压桩机及其他大型施工设备反复行走其上，容易造 成该层土产生塑性流动或塑性破坏，对工程桩产生水平挤压的不 利作用。据了解，本工程在静压桩过程中，曾发生因为地基承载 力不足而导致静压桩机陷机的情况。 桩基偏斜后，业主委托检测单位进行小应变桩身完整性检测 图７高层Ｃ开挖方向与工程桩倾斜 及ＣＣＴＶ水下电视检测，证实缺陷桩的桩身缺陷位置位于第②。 层淤泥质粘土中。 ４）桩身强度不足。 根据业主委托相关单位做的桩身混凝土压块试验，桩身混凝 ２）打桩流程及打桩速率不合理。 土强度等级为Ｃ６０。 ３幢高层打桩均沿短边来回推进打桩（如图６所示），打桩速 ５）采用的基础形式不合理。 率最高达ｌ６根／ｄ～ｌ８根／ｄ。由于沿短边打桩以及打桩速率过 除高层Ａ采用整板基础外，高层Ｂ，高层ｃ建筑均采用剪力 快，产生的孔隙水压力来不及消散，扰动了第②。层淤泥质粘土， 墙下承台＋防水底板的基础形式，承台底与防水底板底相差约 造成该土层强度进一步降低，从而产生塑性流动或塑性破坏，加 １．０ ｍ～１．６ ｍ，基础底刚好落在第②。层淤泥质粘土中。这种基 大对工程桩的水平挤压作用。 础形式一方面挖土施工极大不方便，另一方面坑内土体高差较 大，挖机荷载作用下，土体侧向压力较大，对工程桩产生较大的挤 压作用。 ５结语 通过本工程的实践，有如下一些体会： １）在“上软下硬”的土层区域，采用静压式沉桩，应合理选取 持力层以及桩长，避免工程桩压不到设计标高，大量桩头落在土 性较差的软弱土层上。一方面，工程桩桩顶的保护层厚度很小， 大吨位的静压桩机在场地内往返，对桩顶产生较大的负荷。另一 圈６高层Ｃ打桩流程图 方面，由于浅层软弱土层土质较差，静压桩机及其他大型施工设 备反复行走其上，容易造成该层土产生塑性流动或塑性破坏，对 ３）基坑挖土不合理。 基坑开挖深度约３．５ ｍ一４．５ ｍ，按施工组织方案，分２层进 工程桩产生水平挤压的不利作用。 行，当第１层完成后即开始第２层，每层约１．５ ｍ一２．０ ｍ厚，并留 ２）在软土地区，应按照规范¨ 严格控制打桩速率，打桩速率 最后０．２ ｍ人工修土。现场实际开挖从高层ｃ开始向东面高层Ｂ 宜控制在８根／ｄ～１０根／ｄ，并保证每天不少于８ ｈ的休止时间；打 方向开挖；在高层ｃ的实际挖土过程中，多次未按原定分层开挖 桩流程宜沿建筑物长边方向进行。上述措施均能有效减小对软 方案进行开挖，土方未随挖随运，长期堆在基坑边上。边坡开挖 弱土体的扰动，减小软弱土体发生塑性流动或滑动的风险，从而 以及坡上超载，同样造成②。层淤泥质粘土产生塑性流动形成滑 减小对工程桩的水平挤压作用。 动面，从而对工程桩产生水平剪力的不利影响。当高层ｃ基坑挖 ３）在软土地区，基坑开挖应严格按照分层开挖的原则…，挖 至标高约＋１．０ ｍ一＋１．３０ ｍ，即挖深１．３ ｍ一２．０ ｍ，已出现明显 出的土方不得堆放在临时边坡上，避免引起边坡滑动，从而对工 的工程桩倾斜现象，工程桩倾斜的方向与基坑挖土方向相反，也 程桩产生水平方向剪力的不利影响。 证实工程桩倾斜与挖土不合理有关。 ４）在软土地区，不宜采用厚承台＋防水板的基础形式，避免 为了减小挖土对工程桩的影响，高层Ｂ以及高层ｃ严格按照 局部深坑高差过大，边坡发生滑移，从而对工程桩产生水平方向 分层开挖的挖土方案，并采用长臂挖机在坑边进行挖土，尽量减 剪力的不利影响。 小挖土对工程桩的不利影响；但同样出现工程桩倾斜的现象（见 参考文献： 图７）。因此有理由认为，工程桩在基坑开挖前已发生断裂、折断， ［１］ＪＧＪ ９４－２００８，建筑桩基技术规范［ｓ］． 基坑开挖进一步加剧工程桩的倾斜，表现为工程桩倾斜方向的一 ［２］ 谢岩，丁小莉，张忠秀．谈预应力管桩施工常见问题［Ｊ］． 致性以及与挖土方向的相关性。 山西建筑，２０１２，３８（９）：６２－６３． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＰＨＣ ｐｉｌｅ－ｂｒｅａｋｉｎｇ ｉｎ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ａｒｅａ ＺＨＯＮＧ Ｙｉ．ｗｅｉ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｕｒｖｅｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｔｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅｓ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｔｅｓｓｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｒｅ ｐｉｐｅ ｐｉｌｅ ａｔ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ａｒｅａｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ，ｐｉｐｅ ｐｉｌｅ，ａｃｃｉｄｅｎｔ，ｒｅａｓｏｎｓ
