［摘要］ 打入樁的質(zhì)量受設(shè)計(jì)、地質(zhì)、施工等因素影響，結(jié)合工程實(shí)例，分析管樁施工容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題。
［關(guān)鍵詞］ 預(yù)應(yīng)力管樁；貫入度控制；沖擊力；樁頭破碎；樁的強(qiáng)度
［中圖分類號］ TU473.1+3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ B［文章編號］ 1672!9943（2006）06!0092!03
1 工程概況
某工程設(shè)計(jì)樁為端承摩擦樁，樁型選用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁PC- 500 (100)A- C60- 21，無樁尖。設(shè)計(jì)單樁極限承載力1 820 kN。施工采用錘擊法沉樁，錘型有DD40、DD63 導(dǎo)桿柴油錘及D50 筒式柴油錘，DD40、DD63 導(dǎo)桿柴油錘落距為1.8~2.3 m，D50 筒式錘為1.6~2.0 m，設(shè)計(jì)以標(biāo)高控制為主，貫入度為輔，貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)為D50 筒式柴油錘為30~50 mm/10 擊、D63 導(dǎo)桿柴油錘為20~30 mm/10 擊、D40 導(dǎo)桿柴油錘為10~20 mm/10 擊，實(shí)際施工中最后收錘貫入度為10～350 mm/10 擊，場內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，地層綜合性質(zhì)如表1 所示。
場地土類型為中軟場地土，綜合判定場地液化等級為輕微，場內(nèi)（1）~（7）層及其以上土層分布穩(wěn)定，工程性質(zhì)較差，壓縮性高~中等，承載力低~中等，層（8）粉土分布極不穩(wěn)定，下部較密實(shí)為粉砂，局部顆粒較粗，靜力觸探難鉆進(jìn)。
2 施工情況介紹
本工程工期緊，中標(biāo)后立即組織施工，未能對施工工藝、沉樁可能性、承載力進(jìn)行驗(yàn)算。本工程共沉樁1 796 根，其中有1 600 根沉樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高，最后收錘貫入度為6～35 cm/10 擊，大多數(shù)為20cm/10 擊左右，其它196 根未能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高（因分布較為集中、地層硬，安排兩臺(tái)DD63 導(dǎo)桿柴油錘和三臺(tái)D50 筒式柴油錘施打），最后收錘貫入度為1～5 cm/10 擊，其中130 根樁頭破碎（D50 筒式柴油錘施打），66 根樁頭未碎（DD63 導(dǎo)桿柴油錘施打），但因貫入度較小停止施打。未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁樁底基本上都位于（8）層粉土或（11）- 1 砂夾粘土。施工中DD63 導(dǎo)桿柴油錘停止沉樁控制按2～3 cm/10 擊，D50 筒式柴油錘停止沉樁控制按3～5 cm/10 擊。
工程完工后靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表明，貫入度大于5 cm/10 擊達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁極限承載力滿足設(shè)計(jì)要求，而貫入度小于5 cm/10 擊未能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁，承載力并不一定能滿足設(shè)計(jì)要求。部分樁沉樁情況如表2 所示。
3 承載力不足分析
根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)及樁基規(guī)范指導(dǎo)參考說明，采用D50 筒式柴油錘打樁，最后貫入度3～5 cm/10 擊的單樁極限承載力約為3 000～5 000 kN,本工程不一定能滿足1 820 kN,對此有如下分析：
?。?）主要原因?yàn)闃堕L不夠。本工程樁頂荷載主要由側(cè)阻力承受，貫入度的靈敏度較低，在密實(shí)的粉土和砂層中打樁，剛收錘實(shí)貫入度很小，出現(xiàn)假凝現(xiàn)象，此時(shí)繼續(xù)施打造成樁頭破碎后拒錘，此時(shí)收錘貫入度表面上滿足要求，如過一段時(shí)間再打，由于砂粒的松弛時(shí)效影響，貫入度又變大了，可以繼續(xù)沉樁?，F(xiàn)根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94- 94提供的5.2.8 公式根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系驗(yàn)算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk, Quk=Qsk+Qpk=uΣqsik·Li+qpk·Ap。式中，Qsk 為單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Qpk 為單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；u 為樁身周長；qsik 為單樁第i 層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Li 為樁穿越第i 層土的厚度；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap 為樁端面積。預(yù)制樁各主要土層樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)如表3 所示。
因工勘未給（12）層土的計(jì)算參數(shù)，只對2#、4#、5# 樁進(jìn)行了驗(yàn)算，結(jié)果如下：2# 單樁極限承載力2 183 kN,4# 單樁極限承載力1 695 kN，5# 單樁極限承載力1 724 kN, 計(jì)算結(jié)果比靜載試驗(yàn)結(jié)果相近，略大一些。
?。?）無樁尖，打樁時(shí)土進(jìn)入樁內(nèi)約1/3～1/2，樁的閉塞效應(yīng)差，地表水沿管壁內(nèi)側(cè)滲入到樁端，對樁端土有一定的濕化軟化作用，使端阻力降低。
?。?）地表范圍以下約8 倍樁徑長的土層，因打樁土引起側(cè)向晃動(dòng)，樁土間形成間隙，地表水沿間隙滲入，使側(cè)阻力基本喪失，再向下（8～16）倍樁徑長范圍內(nèi)土層樁側(cè)阻力有所降低。
（4）施工順序不當(dāng)和因貫入度小常時(shí)間施打造成先打樁出現(xiàn)上浮，端阻力喪失或降低。
（5）樁的恢復(fù)期不足或本樁成樁時(shí)間已夠但臨近樁后施工對其造成擾動(dòng)。
4 樁頭及樁身破壞原因分析
本工程承載力不足的主要原因?yàn)闃堕L不夠，而造成樁長不夠的主要原因又為樁頭破碎，下面對樁頭破碎的原因進(jìn)行分析。
?。?）沖擊力分析。
PC- 500 (100)A- C60 管樁的樁身材料軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=27.5（N/mm2），樁身混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力δpc 為4.07 MPa，樁錘擊時(shí)的壓應(yīng)力應(yīng)小于樁身材料的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，錘擊拉應(yīng)力應(yīng)小于有效預(yù)壓應(yīng)力。D50 筒式柴油錘的沖擊力為5 000 kN,錘擊能量利用率約為80%，約為4 000 kN 樁頂?shù)腻N擊壓應(yīng)力則為31.8 MPa，錘擊拉應(yīng)力δt 為(0.25～0.33)δp,取中間值，則為9.23 MPa。
樁錘擊時(shí)的壓應(yīng)力31.8 MPa 大于樁身，材料的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值27.5 MPa，錘擊拉應(yīng)力9.23 MPa大于有預(yù)壓力4.07 MPa 兩個(gè)條件都超過規(guī)定。因該區(qū)上部土層為軟土，當(dāng)在軟土中打樁時(shí)，樁端阻力不大，樁頂壓縮波向下傳遞達(dá)樁底端，以張力波向上反射，于樁下部壓縮波于張力波迭加，故樁身錘擊應(yīng)力不大，不容易損壞。當(dāng)樁底端遇到密實(shí)的持力層時(shí)，樁端阻力增大，壓縮應(yīng)力波由樁頂向下傳遞到樁底端后，反射的應(yīng)力波仍為壓縮波，反射的壓縮波向上傳遞達(dá)樁頂，使錘上跳，當(dāng)錘與樁頂脫開后，壓縮波又反射為張力波，會(huì)使樁頂發(fā)生張力破壞，張力波向下傳遞到樁底端，會(huì)使樁反彈上抬或使樁底端與持力層間的接觸變松。預(yù)應(yīng)力管樁到達(dá)持力層是一個(gè)能量積聚的過程，樁錘打一下管樁，樁就向下貫入一下，也就將樁尖四周和樁底的土擠壓一下，如此不斷的錘擊，不斷貫入，不斷壓實(shí)，最后到達(dá)持力層，滿足承載力要求，在錘擊過程中，大部分的錘擊能量是用來克服樁周摩擦阻力和壓縮樁底土層，只有小部分錘擊能量使樁身產(chǎn)生彈塑性壓縮，因此樁身完整不易破損。如突然遇到密實(shí)的持力層，上部樁四周又都是摩擦力很小的松軟層，少了緩沖層，強(qiáng)大的打樁沖擊力會(huì)全部傳向樁尖，并由樁底處再以壓力波的形式反射回來，使樁身混凝土容易破壞。根據(jù)一些試驗(yàn)結(jié)果表明，28 d 強(qiáng)度的混凝土，當(dāng)錘擊壓應(yīng)力為混凝土強(qiáng)度的75%錘擊800 次就破壞，當(dāng)錘擊壓應(yīng)力為45%～57%時(shí)，錘擊2 000 次就破壞。一般要求錘擊壓應(yīng)力不大于混凝土強(qiáng)度的50%，才可以施工。注意：在本工程施工過程中，出現(xiàn)幾根樁在施打過程中，當(dāng)貫入度比較小時(shí)但突然增大下沉，當(dāng)時(shí)估計(jì)是樁身破碎，后經(jīng)低應(yīng)變檢測證實(shí)為樁身混凝土破碎，這也從側(cè)面證實(shí)了錘擊力偏大，混凝土強(qiáng)度偏低。
（2）設(shè)計(jì)選用樁型不當(dāng)。
設(shè)計(jì)持力層為（8）層粉土、（11）- 1 層粘土，設(shè)計(jì)承載力1 820 kN，單樁樁身強(qiáng)度豎向承載力設(shè)計(jì)取值1 820 kN，小于單樁樁身強(qiáng)度豎向承載力設(shè)計(jì)值Rp，即Rp=0.75（fc- δpc）Ap=2 210 kN，符合規(guī)范規(guī)定。而并未考慮到穿透該層硬夾層的施工條件。圖集及規(guī)范建議對需穿透硬夾層的樁，宜選用強(qiáng)度較高的PHC（B）或PHC（AB）型樁且?guī)в虚_口的鋼樁尖。
?。?）混凝土的齡期。
該工程樁采用常壓蒸養(yǎng)，并未使用高壓蒸養(yǎng)。工期緊張，樁供應(yīng)不足，樁送到工地即進(jìn)行施打，強(qiáng)度不一定能滿足，強(qiáng)度滿足了齡期不足，對抗裂性有影響，容易發(fā)生脆性斷裂，經(jīng)長時(shí)間錘擊或錘擊拉應(yīng)力稍大，便會(huì)產(chǎn)生裂縫，造成樁身被打爛。
?。?）樁偏擊造成應(yīng)力集中，又分以下幾種情況：
預(yù)應(yīng)力主筋的墩頭高出樁端面；樁端平整度不符合要求及端板傾斜；樁帽過大，錘擊時(shí)樁在樁帽內(nèi)晃動(dòng)造成偏心錘擊；在施工過程中，用經(jīng)緯儀進(jìn)行校正垂直度，隨打隨調(diào)保證垂直度，表面上符合要求，但不一定能保證不是偏心錘擊，如發(fā)現(xiàn)樁帽有前后或左右顫抖（很微?。?，提起樁帽便發(fā)現(xiàn)樁身已傾斜，只是因樁帽的固定作用樁被強(qiáng)行調(diào)直，此時(shí)樁就是偏心錘擊。如果把機(jī)架調(diào)為和樁順勢平行，就不會(huì)偏擊。
（5）樁墊厚度不夠或樁墊使用時(shí)間長了未及時(shí)更換，造成厚度不均偏心錘擊。
?。?）錘擊時(shí)間過長，總錘擊數(shù)高或每米錘擊數(shù)過多。
?。?）管樁制作時(shí)，樁頭跑漿形成空洞。
5 結(jié)語
綜上所述，在預(yù)應(yīng)力管樁施工之前，應(yīng)對巖土工程勘察報(bào)告進(jìn)行認(rèn)真分析，驗(yàn)算樁基承載力，并對施工工藝、沉樁的可能性進(jìn)行分析。在施工過程中，要認(rèn)真分析各種施工情況，不要被一些經(jīng)驗(yàn)假象蒙蔽，以免對工程的質(zhì)量、進(jìn)度、安全帶來一定的影響。
