［摘要］ 打入樁的質量受設計、地質、施工等因素影響，結合工程實例，分析管樁施工容易出現的質量問題。
［關鍵詞］ 預應力管樁；貫入度控制；沖擊力；樁頭破碎；樁的強度
［中圖分類號］ TU473.1+3 ［文獻標識碼］ B［文章編號］ 1672!9943（2006）06!0092!03
1 工程概況
某工程設計樁為端承摩擦樁，樁型選用先張法預應力混凝土管樁PC- 500 (100)A- C60- 21，無樁尖。設計單樁極限承載力1 820 kN。施工采用錘擊法沉樁，錘型有DD40、DD63 導桿柴油錘及D50 筒式柴油錘，DD40、DD63 導桿柴油錘落距為1.8~2.3 m，D50 筒式錘為1.6~2.0 m，設計以標高控制為主，貫入度為輔，貫入度控制標準為D50 筒式柴油錘為30~50 mm/10 擊、D63 導桿柴油錘為20~30 mm/10 擊、D40 導桿柴油錘為10~20 mm/10 擊，實際施工中最后收錘貫入度為10～350 mm/10 擊，場內地質條件復雜，地層綜合性質如表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（1）~（7）層及其以上土層分布穩定，工程性質較差，壓縮性高~中等，承載力低~中等，層（8）粉土分布極不穩定，下部較密實為粉砂，局部顆粒較粗，靜力觸探難鉆進。
2 施工情況介紹
本工程工期緊，中標后立即組織施工，未能對施工工藝、沉樁可能性、承載力進行驗算。本工程共沉樁1 796 根，其中有1 600 根沉樁至設計標高，最后收錘貫入度為6～35 cm/10 擊，大多數為20cm/10 擊左右，其它196 根未能達到設計標高（因分布較為集中、地層硬，安排兩臺DD63 導桿柴油錘和三臺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 導桿柴油錘施打），但因貫入度較小停止施打。未達到設計標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結果表明，貫入度大于5 cm/10 擊達到設計標高的樁極限承載力滿足設計要求，而貫入度小于5 cm/10 擊未能達到設計標高的樁，承載力并不一定能滿足設計要求。部分樁沉樁情況如表2 所示。
3 承載力不足分析
根據以往施工經驗及樁基規范指導參考說明，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：
（1）主要原因為樁長不夠。本工程樁頂荷載主要由側阻力承受，貫入度的靈敏度較低，在密實的粉土和砂層中打樁，剛收錘實貫入度很小，出現假凝現象，此時繼續施打造成樁頭破碎后拒錘，此時收錘貫入度表面上滿足要求，如過一段時間再打，由于砂粒的松弛時效影響，貫入度又變大了，可以繼續沉樁。現根據《建筑樁基技術規范》JGJ94- 94提供的5.2.8 公式根據土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系驗算單樁豎向極限承載力標準值Quk, Quk=Qsk+Qpk=uΣqsik·Li+qpk·Ap。式中，Qsk 為單樁總極限側阻力標準值；Qpk 為單樁總極限端阻力標準值；u 為樁身周長；qsik 為單樁第i 層土的極限側阻力標準值；Li 為樁穿越第i 層土的厚度；qpk為極限端阻力標準值；Ap 為樁端面積。預制樁各主要土層樁基礎設計參數如表3 所示。
因工勘未給（12）層土的計算參數，只對2#、4#、5# 樁進行了驗算，結果如下：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, 計算結果比靜載試驗結果相近，略大一些。
（2）無樁尖，打樁時土進入樁內約1/3～1/2，樁的閉塞效應差，地表水沿管壁內側滲入到樁端，對樁端土有一定的濕化軟化作用，使端阻力降低。
（3）地表范圍以下約8 倍樁徑長的土層，因打樁土引起側向晃動，樁土間形成間隙，地表水沿間隙滲入，使側阻力基本喪失，再向下（8～16）倍樁徑長范圍內土層樁側阻力有所降低。
（4）施工順序不當和因貫入度小常時間施打造成先打樁出現上浮，端阻力喪失或降低。
（5）樁的恢復期不足或本樁成樁時間已夠但臨近樁后施工對其造成擾動。
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為樁長不夠，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行分析。
（1）沖擊力分析。
PC- 500 (100)A- C60 管樁的樁身材料軸心抗壓強度設計值fc=27.5（N/mm2），樁身混凝土的有效預壓應力δpc 為4.07 MPa，樁錘擊時的壓應力應小于樁身材料的軸心抗壓強度設計值，錘擊拉應力應小于有效預壓應力。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 樁頂的錘擊壓應力則為31.8 MPa，錘擊拉應力δt 為(0.25～0.33)δp,取中間值，則為9.23 MPa。
樁錘擊時的壓應力31.8 MPa 大于樁身，材料的軸心抗壓強度設計值27.5 MPa，錘擊拉應力9.23 MPa大于有預壓力4.07 MPa 兩個條件都超過規定。因該區上部土層為軟土，當在軟土中打樁時，樁端阻力不大，樁頂壓縮波向下傳遞達樁底端，以張力波向上反射，于樁下部壓縮波于張力波迭加，故樁身錘擊應力不大，不容易損壞。當樁底端遇到密實的持力層時，樁端阻力增大，壓縮應力波由樁頂向下傳遞到樁底端后，反射的應力波仍為壓縮波，反射的壓縮波向上傳遞達樁頂，使錘上跳，當錘與樁頂脫開后，壓縮波又反射為張力波，會使樁頂發生張力破壞，張力波向下傳遞到樁底端，會使樁反彈上抬或使樁底端與持力層間的接觸變松。預應力管樁到達持力層是一個能量積聚的過程，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，最后到達持力層，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生彈塑性壓縮，因此樁身完整不易破損。如突然遇到密實的持力層，上部樁四周又都是摩擦力很小的松軟層，少了緩沖層，強大的打樁沖擊力會全部傳向樁尖，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。根據一些試驗結果表明，28 d 強度的混凝土，當錘擊壓應力為混凝土強度的75%錘擊800 次就破壞，當錘擊壓應力為45%～57%時，錘擊2 000 次就破壞。一般要求錘擊壓應力不大于混凝土強度的50%，才可以施工。注意：在本工程施工過程中，出現幾根樁在施打過程中，當貫入度比較小時但突然增大下沉，當時估計是樁身破碎，后經低應變檢測證實為樁身混凝土破碎，這也從側面證實了錘擊力偏大，混凝土強度偏低。
（2）設計選用樁型不當。
設計持力層為（8）層粉土、（11）- 1 層粘土，設計承載力1 820 kN，單樁樁身強度豎向承載力設計取值1 820 kN，小于單樁樁身強度豎向承載力設計值Rp，即Rp=0.75（fc- δpc）Ap=2 210 kN，符合規范規定。而并未考慮到穿透該層硬夾層的施工條件。圖集及規范建議對需穿透硬夾層的樁，宜選用強度較高的PHC（B）或PHC（AB）型樁且帶有開口的鋼樁尖。
（3）混凝土的齡期。
該工程樁采用常壓蒸養，并未使用高壓蒸養。工期緊張，樁供應不足，樁送到工地即進行施打，強度不一定能滿足，強度滿足了齡期不足，對抗裂性有影響，容易發生脆性斷裂，經長時間錘擊或錘擊拉應力稍大，便會產生裂縫，造成樁身被打爛。
（4）樁偏擊造成應力集中，又分以下幾種情況：
預應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，錘擊時樁在樁帽內晃動造成偏心錘擊；在施工過程中，用經緯儀進行校正垂直度，隨打隨調保證垂直度，表面上符合要求，但不一定能保證不是偏心錘擊，如發現樁帽有前后或左右顫抖（很微小），提起樁帽便發現樁身已傾斜，只是因樁帽的固定作用樁被強行調直，此時樁就是偏心錘擊。如果把機架調為和樁順勢平行，就不會偏擊。
（5）樁墊厚度不夠或樁墊使用時間長了未及時更換，造成厚度不均偏心錘擊。
（6）錘擊時間過長，總錘擊數高或每米錘擊數過多。
（7）管樁制作時，樁頭跑漿形成空洞。
5 結語
綜上所述，在預應力管樁施工之前，應對巖土工程勘察報告進行認真分析，驗算樁基承載力，并對施工工藝、沉樁的可能性進行分析。在施工過程中，要認真分析各種施工情況，不要被一些經驗假象蒙蔽，以免對工程的質量、進度、安全帶來一定的影響。
