淺談預應力混凝土管樁施工質(zhì)量控制

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由于預應力混凝土管樁可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)、樁材生產(chǎn)速度快而且質(zhì)量易于控制、沉樁施工方便、設計單樁承載力高、能有效節(jié)約建筑材料、降低工程造價等優(yōu)點，目前被廣泛地用于高層建筑、工業(yè)廠房、市政設施、碼頭、煙囪以及各類高塔、碑等工業(yè)與民用建構(gòu)筑物的樁基礎。根據(jù)樁身混凝土設計強度等級可將預應力混凝土管樁分為預應力混凝土管樁（PC樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC樁）；根據(jù)其樁尖的型式又可分為敞口型樁和閉口型樁；根據(jù)樁身配筋情況有A型、AB型和B型樁。預應力混凝土管樁由于其圓柱型形狀和單樁設計承載力較高的特點，沉樁施工采用打入式和靜壓式。本文結(jié)合江蘇常州某電廠試樁施工的情況，淺談錘擊打入式預應力混凝土管樁施工的質(zhì)量控制。

1.工程施工概況:                                                                       

本工程試樁采用高強度預應力混凝土管樁（PHC樁），沉樁方式為錘擊打入式，樁錘選用DELMAG-80型筒式柴油打樁錘，共施打試樁、錨樁等56根，樁長37m，每根樁由三節(jié)樁組成，接樁形式為CO2氣體保護半自動焊接；其中樁身完整的39根，其余17根樁出現(xiàn)不同程度的質(zhì)量問題，其中深層斷裂13根、樁頂破碎2根、沉樁困難無法達到設計標高2根。沉樁錘擊數(shù)3根超過2000擊，最高錘擊數(shù)為T8樁2426擊，其余都在1200—2000擊之間。對于深層斷裂的樁，4根樁的錘擊數(shù)在1000擊以下。

2.地質(zhì)情況：

①1粉質(zhì)粘土：褐黃色，很濕，軟塑，含少量氧化鐵斑紋及有機質(zhì)，表層0.5m為耕植土，下部較軟，逐步過渡到淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，該層厚度一般為1.2～1.5m。

①淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：深灰色，流塑，含有機質(zhì)及少量云母碎屑，夾少量薄層粉土或粉砂，本層厚度1.5～7.0m，一般厚度3.5m左右。

③粉質(zhì)粘土：灰綠色或灰黃色，可塑～硬塑，含鐵錳結(jié)核和少量鈣質(zhì)結(jié)核。層厚2.0～8.8m，除個別地段較厚外，一般層厚2.4～3.5m。

④粉土：灰黃色或黃褐色，稍密～中密，水平層理清晰，夾薄層粉砂或粘性土層厚2.3～13.3m，變化較大。

⑤粉細砂：灰～灰黃色，飽和，中密～密實，夾有1～2層的鈣質(zhì)墻膠結(jié)物，呈砂巖狀，結(jié)構(gòu)致密，強度大，穿越困難，厚度3～10cm直徑大于10cm，分布不連續(xù)。該層還含有姜結(jié)石，粒徑約1～3cm。本層層厚4.0～15.0m，變化較大。

⑥粉質(zhì)粘土夾粉土：粉土為灰黃色，中密～密實，粉質(zhì)粘土為灰黃色，可塑～硬塑，夾有少量粉砂薄層。層厚1.0～4.1m。

⑦粉質(zhì)粘土：黃褐色或深灰色，硬塑，含少量鐵錳結(jié)核及姜結(jié)石，夾少量薄層粉土。層厚6.0～9.0m。

⑧粉砂：灰～灰黃色，飽和，密實，夾少量粉土薄層，該層頂部夾有層狀鈣質(zhì)強膠結(jié)物過姜結(jié)石，粒徑1～3cm。層厚10.0m左右。

3.工程特點：

本工程設計樁長37米，設計選定樁尖持力層為⑧粉砂層，施工時樁除了要穿越4.0～15.0m的⑤粉細砂層外，還要穿過⑥、⑦層硬塑土層，⑦層土中還含有少量鐵錳結(jié)核及姜結(jié)石，再進入⑧層粉砂層一定的深度，沉樁有一定的難度。特別是⑤粉細砂層是含有致密砂巖狀的鈣質(zhì)強膠結(jié)構(gòu)，厚度3～10cm左右，直徑大于10cm，且分布無規(guī)律，穿越此土層時遇到此類物質(zhì)，導致錘擊數(shù)過高，容易造成斷樁、沉樁不到設計高程等質(zhì)量問題。

4.預應力管樁的施工質(zhì)量問題分析

結(jié)合工程該工程試樁施工以及其他工程項目預應力管樁施工中出現(xiàn)的情況，來簡單探討一下管樁沉樁施工的質(zhì)量控制，并針對出現(xiàn)問題應采取的措施。

4.1樁頭破碎

4.1.1樁的制作質(zhì)量差導致問題發(fā)生

打樁前樁材雖進行了進場驗收，但是由于施工現(xiàn)場僅能根據(jù)施工規(guī)范對成品樁進行外觀質(zhì)量檢查，結(jié)合生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品合格證判定成品樁材的質(zhì)量。樁材內(nèi)在質(zhì)量問題施工現(xiàn)場是很難檢查的。比如：管樁制作時樁頭嚴重跑漿，形成空洞；樁身混凝土強度不夠；預應力主筋的墩頭高出樁端面等。針對此類問題，應在加強樁材外觀檢查的基礎上，重點檢查預應力主筋的墩頭是否高出樁端面以及樁法蘭盤附近是否出現(xiàn)空洞，對于樁法蘭盤附近是否出現(xiàn)空洞可根據(jù)敲擊聲音判斷。

4.1.2超應力作用使得樁頭破碎

打樁過程中樁頂受到適當均勻的錘擊力是順利沉樁的關(guān)鍵，正常施工時樁頂應全面積均勻地承受錘擊，在樁頂局部面積受力或承受超允許數(shù)量錘擊的狀態(tài)下，形成超應力作用于樁頂引起樁頭破壞。引起樁頂承受超應力作用主要有以下三個方面的原因：①偏心或局部受力形成超應力作用。a樁頂不平；b施打時樁錘、樁帽、樁身中心線不在同一直線上；c 樁帽尺寸不合理或緩沖措施不完善；d打樁時樁身垂直度偏差超規(guī)范等易形成樁頂超應力作用；②超負荷形成超應力作用。a打樁錘選型不當，錘擊力遠大于樁材的承受力；b遇到堅硬障礙物時持續(xù)高檔位猛打；c 接樁施工或機械故障使得樁在厚粘土層中停滯過久，引起樁周摩阻力加大，為克服此摩阻力而使用高錘擊能量打樁；d地質(zhì)勘察資料不準或欠缺引起設計失誤，為達到失誤的設計目的而強行大能量沉樁等導致超負荷形成超應力作用；③樁材發(fā)生疲勞破壞。樁錘選型不當，錘擊力不足以克服樁的入土阻力，在大數(shù)量錘擊作用下，樁頭區(qū)混凝土發(fā)生疲勞破壞，這也印證了規(guī)范中對PHC樁錘擊數(shù)限制的條文內(nèi)容；施工中過分強調(diào)標高控制或貫入度控制也容易引起沉樁錘擊數(shù)過大使樁材發(fā)生疲勞破壞。

4.1.3錘擊力緩沖不到位形成樁頂破碎

施工中打樁錘的錘擊力緩沖問題必須予以高度重視，切實作好樁錘與樁帽之間、樁帽與樁頂之間的緩沖工作，作到措施得力、及時更換緩沖墊等，否則將可能導致樁頭破碎的質(zhì)量問題發(fā)生。

4.2樁身破損斷裂或出現(xiàn)縱向裂紋

4.2.1樁材在制作過程中所存在的質(zhì)量缺陷是導致打樁過程中出現(xiàn)樁身破損斷裂或出現(xiàn)縱向裂紋的主要原因。樁材質(zhì)量缺陷表現(xiàn)在：①樁外形尺寸偏差超允許值，主要有樁身矢曲、樁法蘭傾斜、預應力主鋼筋墩頭神出法蘭盤外、樁管臂厚出現(xiàn)負公差超偏以及鋼筋外露等；②樁材內(nèi)在質(zhì)量缺陷則表現(xiàn)在混凝土強度不滿足設計、高壓蒸養(yǎng)等生產(chǎn)工藝欠佳和鋼材質(zhì)量存在質(zhì)量缺陷。樁材外在的質(zhì)量缺陷可以通過檢驗來發(fā)現(xiàn)，而內(nèi)在的質(zhì)量缺陷在現(xiàn)場則很難被檢查出來，某些斷樁或出現(xiàn)縱裂等質(zhì)量問題往往是由內(nèi)在質(zhì)量缺陷所引發(fā)的。杜絕和減少質(zhì)量缺陷的有效辦法是選擇質(zhì)量穩(wěn)定、信譽良好的樁材生產(chǎn)廠家。

4.2.2打樁施工不當引起的斷樁或縱裂

4.2.2.1沉樁過程中若樁身傾斜過大，在樁承受錘擊狀態(tài)下，地面以上樁身因缺乏側(cè)向約束易出現(xiàn)樁身豎向失穩(wěn)而導致斷樁；

4.2.2.2預應力混凝土管樁設計一般采用電焊接樁，電焊接樁施工質(zhì)量的好壞對樁身是否斷裂有直接的影響，有條件的情況下應優(yōu)先選用自動焊或半自動焊，使接樁質(zhì)量更有保證；

4.2.2.3樁材在裝卸、搬運過程不規(guī)范操作導致樁材在錘擊前即出現(xiàn)裂紋，此裂紋在錘擊作用下出現(xiàn)擴大并最終導致沉樁過程中出現(xiàn)斷樁或樁身縱向開裂；

4.2.2.5多節(jié)樁接樁施工中，由于樁身不垂直、接樁不直，樁中心線成折線形，錘擊作用下可能斷樁；

4.2.2.6打樁過程中樁錘、樁身（或樁錘、送樁器、樁身）中心線不在一條線上，偏擊導致斷樁、樁身縱向開裂或樁頭破碎等質(zhì)量問題；

4.2.2.7打樁施工不規(guī)范操作，在沉樁過程中遇到不明障礙物或致密土層時，以及由于接樁施工、機械故障等沉樁中斷時間過長形成樁周阻力加大時，持續(xù)使用大能量錘擊沉樁，導致斷樁發(fā)生；

4.2.2.8不合理的打樁施工路線、施工順序造成后施工的樁沉樁困難，強行大能量沉樁導致斷樁或樁頂破壞，布樁較密集時此問題尤其明顯。

4.2.3地質(zhì)及設計原因造成沉樁質(zhì)量問題

由于地質(zhì)勘察的勘探孔不可能做到與樁設計同數(shù)量、同位置，這樣就有可能出現(xiàn)地質(zhì)勘察資料與實際地質(zhì)情況不完全一致的情況，有可能出現(xiàn)樁尖實際已進入持力層并符合設計，而地質(zhì)資料卻表明樁尖還未進入設計持力層的問題。此時若設計、監(jiān)理等有關(guān)人員仍堅持原設計，則有可能出現(xiàn)樁因錘擊過大而導致樁身混凝土出現(xiàn)疲勞破壞而斷樁。

施工規(guī)范規(guī)定打樁停錘控制標準一般采取雙控的原則，施工過程中應靈活掌握，若過分強調(diào)設計指標必須達到，則可能造成樁承受超量錘擊而出現(xiàn)斷樁等，當然為保證工程質(zhì)量，對沉樁過程中出現(xiàn)的樁暫時打不下去的“假凝”現(xiàn)象應予以高度重視。

4.2.4開口樁樁尖沉樁太快造成樁出現(xiàn)縱向裂紋

對于敞口型樁主要是由于沉樁時樁管內(nèi)的空氣受到擠壓而將樁漲裂（預應力混凝土管樁環(huán)向抗拉性能很差，極易在受拉時被拉裂而出現(xiàn)裂縫）。在高地下水位區(qū)預引孔開口樁沉樁施工時，樁管內(nèi)不但有空氣，還有水及部分泥巴共同受壓，這種情況將會更嚴重。針對此問題我公司普遍采取在樁帽上開設透氣孔、控制樁身沉樁速度的辦法來解決，實踐證明該辦法是切實可行的。在設計認可的情況下改敞口型樁為閉口型樁樁身出現(xiàn)縱裂現(xiàn)象會明顯改觀。

4.3沉樁達不到設計控制要求

4.3.1勘察設計方面的原因，勘察資料太粗或有誤，與實際地質(zhì)情況發(fā)生較大的出入，使得樁尖實際已經(jīng)進入持力層，而從勘察資料方面反映沉樁還不到設計標高；

4.3.2樁錘陳舊、長時間連續(xù)作業(yè)錘體發(fā)熱或樁帽緩沖層過厚，造成錘擊力不足，另外樁錘選型不合理，進場的打樁錘太小，造成錘擊力不足。打樁施工中錘擊力不足是導致沉樁達不到設計控制標高要求的直接原因；以及由于機械故障引起打樁中途停頓時間過長，故障排除后已無法繼續(xù)施工等；

4.3.3現(xiàn)場施工人員誤將沉樁時遇到堅硬的障礙物或厚度較大的硬隔層、樁尖遇到密實的粉土或粉細砂層等打樁過程產(chǎn)生“假凝”現(xiàn)象理解為已經(jīng)底達設計要求而提前停止錘擊，造成沉樁不符合要求；

4.3.4樁頭被擊碎或樁身被打斷，無法繼續(xù)施打從而誘發(fā)沉樁達不到設計控制要求；

4.3.5布樁密集或打樁順序不當，采取或無意中形成封閉式打樁路線，使后打的樁無法達到設計深度，并使先打的樁上浮，嚴重時還造成斷樁質(zhì)量問題發(fā)生。

4.5樁頂偏位

4.5.1施工人為因素造成的測量放線有誤，或測量控制點未進行定期校核、樁尖插樁施工時對中工作不認真，在剛開始施工時就埋下樁頂偏位的質(zhì)量隱患；

4.5.2不合理的打樁順序不當施工順序和施工路線，使得先施工的樁位被擠動，特別是在軟土層中， 先施工的短小樁更容易跑位；

4.5.3片面追求工期，一味加快沉樁施工速度，打樁速率過大引起打樁區(qū)土體應力以及孔隙水壓力劇增，此土體應力以及孔隙水壓力推動樁及樁間土發(fā)生移位；

4.5.4不規(guī)范的基坑土方開挖，使得樁間土的應力和孔隙水壓力不平衡地驟減，樁間土推動樁發(fā)生位移、浮動等，嚴重時還可能導致斷樁問題發(fā)生；

5 施工質(zhì)量控制措施

5.1施工現(xiàn)場應建立健全完善高效的工程質(zhì)量保證體系和質(zhì)量保證措施，加強施工人員的業(yè)務素質(zhì)培養(yǎng)，教育作業(yè)人員樹立嚴格的質(zhì)量觀念；

5.2嚴格執(zhí)行樁進場驗收制度，驗收執(zhí)行施工規(guī)范，堅持不合格的樁不用?，F(xiàn)場驗樁不但查驗樁的出廠合格證，還應由制樁廠家出具樁身混凝土抗壓強度報告，以及鋼筋、水泥、砂石料復試報告等質(zhì)保資料，盡量選擇質(zhì)保體系完整、質(zhì)量穩(wěn)定的樁材廠家供貨；

5.3根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告、樁的規(guī)格以及樁基設計條件，選擇合理的施工機械（包括打樁機、打樁錘及喂樁機械），樁錘與樁帽、樁帽（送樁器）與樁之間保持良好的彈性接觸；

5.4樁吊運過程中除堅持輕裝輕卸、慢速行駛外，還應注意吊樁的索具長度，保持樁身與鋼絲繩的夾角不小于45°；

5.5 插樁時應調(diào)校樁架及樁身垂直度，對于一般土質(zhì)而言樁尖入土1/4-1/3樁長后不宜再強行調(diào)校樁身垂直度，否則可能發(fā)生斷樁；若樁身傾斜過大必須校正時，應在拔出樁尖用碎石或河砂填滿樁孔后重新插樁；

5.6電焊接樁應采用試樁確定時的施工參數(shù)（施焊電流及施焊層數(shù)，樁錘選型亦然），焊接完成后，宜將焊縫冷卻10-15分鐘到自然溫度后再打樁，以免焊完既打造成焊縫遇水發(fā)生“淬火”現(xiàn)象；

5.7送樁施工前應先在樁頂加紙墊等緩沖設施，然后再套送樁器送樁。送樁時應觀察樁頂及送樁器是否發(fā)生抖動，若抖動則應及時調(diào)整打樁機以使樁頂、送樁器不發(fā)生抖動為原則，確保送樁順利進行；

5.8樁身出現(xiàn)輕微縱向裂縫時，可采取在樁身加鋼板箍以繼續(xù)沉樁。橫向裂縫則有可能導致斷樁，建議出現(xiàn)裂縫時樁材不用；

5.9 關(guān)于大面積軟土區(qū)沉樁出現(xiàn)樁體隆起、樁身傾斜及樁拉斷等問題，可采用合理的沉樁工藝、打樁路線、限制沉樁速率以及采用樁位預引孔、打樁區(qū)設置釋放孔輔助方法沉樁等辦法來解決，實踐證明上述方法是必要可行的；

5.10預應力混凝土開口管樁打樁施工時，為防止樁管內(nèi)氣體、水及泥巴（預引孔施工時）因壓縮而將樁漲裂，可在樁帽上開設透氣/水孔，透氣/水孔的面積不宜小于樁內(nèi)截面面積的2倍，以使樁管內(nèi)的氣體或水、泥巴在沉樁時能及時順利地排出；也可將預引樁孔中的水抽干后再打樁或改開口型樁為閉口型樁，同時控制沉樁速度。

5 建議與設想

對于軟土區(qū)大面積密集型樁基，建議設計部門采用長而稀的設計布樁原則，充分發(fā)揮預應力混凝土管樁本身強度高的特點，盡量采用端承樁或端承摩擦樁。根據(jù)我們的施工實踐經(jīng)驗，稀疏的布樁有利于工程質(zhì)量控制。同時希望建設單位考慮合理的施工工期，不可過于壓縮建設工期。