預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制樁樁頭爆樁原因分析及質(zhì)量控制

劉洋LIU Yang

（中交一航局第四工程有限公司，南昌330004）

0 引言

近年來，隨著施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑工程領(lǐng)域，逐步采用了預(yù)應(yīng)力混凝土樁（PHZ）、高強(qiáng)混凝土管樁（PHC），該施工工藝具有良好的抗拉性能和極高的承載力，并在整個(gè)工程行業(yè)應(yīng)用過程中取得比較好的效果。在施工中，雖然其過程比較簡(jiǎn)單，但卻存在著比較多施工問題。在眾多事故問題中，最最難分析和解決的就是樁頭爆裂問題。在當(dāng)今建筑施工設(shè)備不斷發(fā)展的背景下，在打樁過程持續(xù)增加錘頭重量，液壓破碎錘應(yīng)用技術(shù)的出現(xiàn)，增加了混凝土樁頭損壞的概率。因此，錘擊施工的控制對(duì)下個(gè)建造工程質(zhì)量起著重要作用。

1 工程案例

1.1 施工背景

根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)情況，該工程圖書館、博物館及商業(yè)街抗拔樁采用了預(yù)制鋼筋混凝土實(shí)心方樁，設(shè)計(jì)樁型為：JZHb-245-9.5,12B，錘擊焊接樁、B組、樁長(zhǎng)21.5m、截面450mm×450mm，總樁數(shù)1085根，共計(jì)23327.5m。樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，采用鋼帽“甲”，接頭連接方式為B，樁基持力層為第5-1層粉質(zhì)粘土，單樁承載力設(shè)計(jì)值抗拔700kN、承壓1300kN。樁頂樁帽松散、彎曲，呈翹曲狀破壞；末節(jié)樁樁頂樁帽以上混凝土粉碎狀破壞，樁帽以下150~200mm范圍混凝土呈塊狀破碎；末節(jié)樁樁頂150~200mm范圍縱向受力鋼筋彎折，箍筋拉裂，呈松散狀破壞。見圖1。

圖1 錘擊樁樁頂破壞主要形式

1.2 補(bǔ)樁流程

項(xiàng)目部似采取補(bǔ)樁加固處理的方式：將爆樁的明細(xì)及編號(hào)圖（電子檔）上報(bào)監(jiān)理部、項(xiàng)目管理部、指揮部，項(xiàng)目管理和設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，并將爆樁資料移交設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)單位審核驗(yàn)算后出具詳細(xì)的補(bǔ)樁施工圖，如圖2所示。

圖2 補(bǔ)樁施工工序圖

2 預(yù)制混凝土樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 加強(qiáng)樁身強(qiáng)度

為避免樁身整體強(qiáng)度不足的問題，技術(shù)管理人員應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)工程驗(yàn)收質(zhì)量，采用回彈儀對(duì)預(yù)制樁結(jié)構(gòu)，特別在樁頭部分進(jìn)行科學(xué)的檢測(cè)。由于工藝和預(yù)制樁的選擇，可能導(dǎo)致樁基施工的容錯(cuò)率有高有低，因此，必須及時(shí)咨詢廠家并提高混凝土質(zhì)量?jī)?nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，以保證施工結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2.2 控制好樁頭混凝土強(qiáng)度

考慮到存在混凝土樁頭強(qiáng)度不足的問題，管理人員加強(qiáng)對(duì)樁頭混凝土強(qiáng)度的質(zhì)量驗(yàn)收，確?？沽?qiáng)不符合工程質(zhì)量要求的預(yù)制樁禁止進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)還要加強(qiáng)對(duì)混凝土預(yù)制樁廠家進(jìn)行監(jiān)控，嚴(yán)格控制生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)過程。保證混凝土樁的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3 對(duì)混凝土樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)控制

雖然規(guī)范要求在混凝土結(jié)構(gòu)要求，要在養(yǎng)護(hù)完成24小時(shí)后才能使用混凝土預(yù)制樁，但由于液壓錘的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量比較大，而樁頭的混凝土質(zhì)量較脆，難以控制對(duì)混凝土預(yù)制樁質(zhì)量控制。因此通常建議施工單位，在7齡自然固化完成后，在使用結(jié)構(gòu)前保持混凝土樁的環(huán)境溫度保持不變。另外要注意，生產(chǎn)廠家產(chǎn)品生產(chǎn)日期，是預(yù)制樁施工成型的日期，如進(jìn)行蒸后養(yǎng)護(hù)后，其使用日期要推遲一天。

2.4 控制好樁頭的混凝土粘結(jié)強(qiáng)度

考慮到樁頭鋼筋混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度不足，技術(shù)人員必須加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)的監(jiān)管，并在到貨時(shí)加長(zhǎng)滑輪內(nèi)圈的結(jié)構(gòu)鋼筋。安裝過程必須要滿足密集區(qū)域50mm分布要求。安裝環(huán)形鋼筋時(shí)，須與末端分開。以保證柱頭間的距離達(dá)到50mm，如果存在松動(dòng)現(xiàn)象，要及時(shí)將邊緣鋼筋綁扎固定好。

2.5 必須要控制好樁頭模板，防止?jié)B漏問題

要有效預(yù)防樁頭滲漏，避免引起的樁結(jié)構(gòu)頭強(qiáng)度不足，施工時(shí)模板的滲漏深度不能超過5mm，滲漏長(zhǎng)度有超過300mm，累計(jì)長(zhǎng)度不得超過工程施工要求。確證澆筑模板時(shí)，大于堆疊長(zhǎng)度的10%。確保漏漿重疊長(zhǎng)度小于100mm，如果超過，必須采取采取措施及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。施工時(shí)，鋼板厚度不應(yīng)小于1.5mm，并在使用前進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)。

3 由于混凝土樁頭傾斜，造成的樁頭斷裂問題

3.1 問題原因分析

①端板平面與堆垛軸線的方向不垂直。出現(xiàn)該質(zhì)量問題的原因，是由于張緊螺釘未擰緊或螺釘彎曲所致。如果施工的是方樁，則是由于張緊器安裝傾斜，或是施工的模具變形造成的。

②混凝土樁頭有翻倒不正的鋼筋，造成混凝土突出出現(xiàn)端板平面。造成此類問題的原因：是施工人員在滿足安裝要求之前，必須檢查端板深度。但由于機(jī)器老化等因素影響，造成鋼筋箍筋的頭部有變形和突起。端板接觸不良，制度廠對(duì)短頭板形狀進(jìn)行改進(jìn)，影響了結(jié)構(gòu)低變形檢測(cè)。造成結(jié)構(gòu)中心是空心混凝土。更由于生產(chǎn)過程控制不來，導(dǎo)致混凝土樁頭傾斜。

②樁的承載力取決于混凝土強(qiáng)度和樁結(jié)構(gòu)的截面積大小。如混凝土不密實(shí)，存在空心、材料沉降小等原因，導(dǎo)致施工中砂漿滲漏，造成實(shí)際壁厚不足。因此樁基施工時(shí)，造成截面積不足，錘擊壓力的增大，造成樁頭傾斜損壞。

3.2 質(zhì)量控制要點(diǎn)

①考慮到存在端板平面與樁軸線方向的不垂直，施工企業(yè)應(yīng)購(gòu)買先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備，配合直尺成直角，進(jìn)行全面的端板工程質(zhì)量檢驗(yàn)。保證結(jié)構(gòu)的傾斜度滿足工程設(shè)計(jì)和施工要求必要時(shí)增加襯墊以減少偏心力的產(chǎn)生。

②考慮到樁頭存在傾斜、混凝土結(jié)構(gòu)突出以及平整度差的問題，因此要加強(qiáng)對(duì)混凝土樁生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)控制，如果混凝土樁不能拆樁，則必須通過折斷解決。

②混凝土施工時(shí)配方必須可靠和穩(wěn)定，當(dāng)混凝土配制后，放置的時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致性能弱化則要進(jìn)行報(bào)廢處理。澆筑時(shí)要保證墊圈絕對(duì)密封且無泄漏問題。確保套箍柔韌性和厚度符合工程施工要求。在組裝模板時(shí)要保持清潔，并在送料、合模過程中注意結(jié)構(gòu)的修復(fù)。

4 由于施工質(zhì)量控制不善，導(dǎo)致樁頭斷裂事故分析

4.1 樁頭爆裂問題原因分析

在液壓錘進(jìn)行打樁作業(yè)過程中，可能會(huì)造成樁頭混凝土下落或部分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生爆裂。當(dāng)液壓錘擊打樁頭時(shí)，原本施工結(jié)構(gòu)時(shí)存在的偏心問題或應(yīng)力會(huì)瞬間加劇。樁頭疲勞損壞的原因，是施工中受到不同程度的應(yīng)力交替作用。其受力特點(diǎn)是定點(diǎn)受力或其中一側(cè)大于壓應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致樁頭損壞。如錘頭繼續(xù)敲擊，會(huì)直接導(dǎo)致樁頭結(jié)構(gòu)將完全爆開。如在拉拔作業(yè)中，樁體垂直問題使拉應(yīng)力過大，產(chǎn)生了橫向了裂縫，造成斷樁問題。

4.2 質(zhì)量控制要點(diǎn)

①混凝土樁生產(chǎn)企業(yè)，在生產(chǎn)過程中，須嚴(yán)格遵守國(guó)家工程規(guī)范要求和圖集設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行制作，確?；炷翗督Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保樁帽混凝土質(zhì)量符合規(guī)范要求。

②當(dāng)混凝土樁進(jìn)場(chǎng)使用前，技術(shù)管理人員將嚴(yán)格驗(yàn)收樁身質(zhì)量，首先要確保外觀質(zhì)量合格，同時(shí)采取回彈儀和取芯檢測(cè)等措施。以保證混凝土的強(qiáng)度合格，特別是樁頭部分的混凝土強(qiáng)度必須滿足工程設(shè)計(jì)要求。如果發(fā)現(xiàn)不符合圖集規(guī)范的樁體，嚴(yán)禁使用并應(yīng)立即拆除。

②技術(shù)人員要在認(rèn)真查閱和了解地質(zhì)報(bào)告的前提下，確定單樁承載力的特征值，選擇合適預(yù)制樁類型和機(jī)械型號(hào)。如在施工中出現(xiàn)異常，施工單位必須將結(jié)果及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)單位進(jìn)行重新計(jì)算，并在工程開工前制定科學(xué)的施工解決方案。

④施工前技術(shù)人員要采取相關(guān)的樁頭保護(hù)環(huán)措施，以保證樁頭足夠的纏繞力，防止出現(xiàn)混凝土爆裂質(zhì)量事故。為增加穩(wěn)樁階段錘減震效果，施工人員應(yīng)在樁帽上安裝減震襯里。

⑤加強(qiáng)垂直度的控制，在混凝土樁施工過程中非常重要。垂直度是管理偏心力和降低斷樁的重要指標(biāo)。為保證打過程的樁垂直度，技術(shù)人員先要校正打樁機(jī)的垂直度，之后待混凝土樁穩(wěn)定后，再進(jìn)行校正樁的垂直度情況。

⑥控制好樁的類型選擇，避免樁體過小造成壓樁問題，同時(shí)也防止非垂直樁，其整體過大而下沉。要加強(qiáng)樁體制造過程的監(jiān)督，特別是注意方形堆疊問題。如果出現(xiàn)砂漿面層過厚，很容易造成偏心力最終導(dǎo)致樁頭爆破。因此，必須嚴(yán)格要求生產(chǎn)廠家嚴(yán)格控制砂漿和保護(hù)層的厚度。

⑦在樁體長(zhǎng)度的選擇上，如要使用組合樁，施工人員應(yīng)盡量固定短樁，由于短樁穩(wěn)定性較好，從而使斷樁的可能性降到最低。

⑧施工中給料機(jī)的選擇也非常重要。對(duì)于施工方樁和管樁而言，使用與樁型相同的送樁機(jī)。禁止混合使用不同規(guī)格的送樁機(jī)。在給料機(jī)與樁體頭部接觸的地方，有錐形的防滑定位裝置，避免堆棧期間進(jìn)料動(dòng)作，使樁頭產(chǎn)生偏心。導(dǎo)致樁體的受力不均而爆裂。送樁機(jī)和樁頭間還應(yīng)放置襯墊，以達(dá)到良好的減震目的和效果。

⑨在進(jìn)行打樁作業(yè)過程中，施工人員必須要明確穿越硬土層時(shí)，會(huì)發(fā)生貫入量過小的現(xiàn)象，此時(shí)要立即停止施工。技術(shù)人員要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在懸樁施工之前，使用螺旋鉆完成導(dǎo)孔施工。

5 樁身側(cè)移或漂浮造成的樁頭質(zhì)量問題

5.1 原因分析

造成管樁側(cè)移或漂浮的原因。首先是樁入地后，可能遇到大障礙物，樁端壓向一側(cè)。由于垂直度發(fā)生變化導(dǎo)致樁體發(fā)生彎曲。其次是施工樁數(shù)比較多，由于土飽和致密，造成樁間距變小。當(dāng)樁體下沉?xí)r，土被收緊至堅(jiān)固極限，造成擠壓力增加使相鄰樁浮起。另外是在軟土施工中。在建造密樁時(shí)，由于樁沉降引起孔隙水壓力增加，將相鄰樁體推向一側(cè)，而產(chǎn)生位移現(xiàn)象。

5.2 預(yù)防性措施

防止管樁側(cè)移或漂浮的措施包括：施工前清除樁位下方的全部障礙物，同時(shí)仔細(xì)檢查樁身構(gòu)件。如發(fā)現(xiàn)樁身彎曲，或樁尖不在樁縱軸線上，必須及時(shí)進(jìn)修正。在穩(wěn)固樁身中，若樁身不垂直，施工人員應(yīng)及時(shí)修正。在進(jìn)行連接樁操作時(shí)，保持樁與底樁在同一軸線上，同時(shí)接頭作業(yè)按規(guī)定操作。當(dāng)遇到沙坑、盲溝等情況時(shí)，必須采取必要的排水措施。在塌樁期間不能進(jìn)行挖基坑作用。待沉樁完成后，再間隔開挖。其間隔時(shí)間取決于地質(zhì)條件、開挖的深度以及孔隙度等。

5.3 具體的樁體施工處理方法

為了避免使樁基浮起來，施工人員要在樁基完成后，擰緊樁身1至2次。同時(shí)，在全部樁基完成后，應(yīng)在其固定后再進(jìn)行開挖作業(yè)施工。并且要根據(jù)地基質(zhì)量要求，其固定時(shí)間為7-21天不等。對(duì)于可能發(fā)生的樁基側(cè)移問題，待樁基施工完成后，應(yīng)進(jìn)靜載試驗(yàn)和應(yīng)力試驗(yàn)，檢查樁基施工是否符合要求。如施工質(zhì)量不合格，必須及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

6 管樁的終壓與單疊承載能力存在差異造成樁頭質(zhì)量問題

6.1 原因分析

當(dāng)管樁在靜壓作用下沉入土層，周圍地面會(huì)受到壓縮變質(zhì)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間后，土壤孔隙水壓會(huì)增加，形成再生區(qū)。造成樁周間距、以及抗剪強(qiáng)迅速降低，造成樁身下沉，樁壓阻力來自穿入樁帽時(shí)的土體阻力。壓樁抗力并不一定會(huì)隨樁深而增加，而是因土體松軟或是間距而波動(dòng)。當(dāng)停止壓樁后，隨著時(shí)間流逝，土體的觸變性和孔隙水壓力消散，造成土體固結(jié)以及抗剪強(qiáng)度降低。因此，靜壓樁的壓力和承載能力是不同的。在施工過程中，地質(zhì)情況不同。如砂層滲透系數(shù)高，孔隙中水壓迅速消散。樁抗壓強(qiáng)度與樁頭土質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。樁體上升是因樁側(cè)和樁底應(yīng)力共同作用的結(jié)果。當(dāng)背襯層為砂土壤時(shí)，擠壓砂粒間的摩擦力，其提供的反作用力，形成動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。當(dāng)施工停止后，砂粒結(jié)構(gòu)會(huì)重新進(jìn)行排列，降低了樁側(cè)阻力，此時(shí)承載力應(yīng)小于壓力。對(duì)于小于10m的短樁而言，其承載力減少量更大。另外，在打樁中會(huì)出現(xiàn)偽固結(jié)現(xiàn)象，過段時(shí)間后會(huì)自動(dòng)恢復(fù)行駛。當(dāng)樁周土為粘土?xí)r，此時(shí)的短樁承載力也不會(huì)超過極限壓力。

6.2 處理方法

工程人員要在設(shè)計(jì)、施工和質(zhì)量檢查過程中達(dá)成共識(shí)：明確極限樁壓和極限承載力的不同，但同時(shí)其又有一定的聯(lián)系。以下關(guān)系根據(jù)多個(gè)工程實(shí)例提出。在沙質(zhì)土中L<15m，R=（0.5～0.7）N；在粘性土壤施工時(shí)：L<15m，R=（0.6～0.8）N；L為樁長(zhǎng)，R為靜壓極限承載力，N為靜壓值。

7 混凝土樁施工質(zhì)量控制措施

在錘擊管樁之前，施工人員應(yīng)將場(chǎng)地平整。并進(jìn)行全面地質(zhì)測(cè)量和沉降研究。其主要質(zhì)量控制內(nèi)容包括，打樁前的質(zhì)量檢驗(yàn)、過程控制以及嚴(yán)格控制開挖和打入樁工作的質(zhì)量驗(yàn)收。只有認(rèn)真執(zhí)行工程質(zhì)量控制，才能保證項(xiàng)目的有效實(shí)施，防止樁爆問題發(fā)生。技術(shù)人員在鉆孔前，應(yīng)詳細(xì)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)勘察，核實(shí)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)是否一致，施工順序的合理性以及錘頭的選擇是否滿足工程要求。管樁進(jìn)場(chǎng)后，要檢查相關(guān)的質(zhì)量保證資料是否齊全，以及是否符合質(zhì)量要求。其次，檢查外觀，檢查結(jié)構(gòu)否有存在破損、裂縫以及檢查混凝土結(jié)構(gòu)是否存在空洞現(xiàn)象。必要時(shí)可以穿刺管樁結(jié)構(gòu)，檢查其鋼筋質(zhì)量。在施工中，施工人員要應(yīng)嚴(yán)格控制樁身垂直度、樁尖間隙和連接質(zhì)量。禁止讓樁基夾住樁體。此外，樁身、樁頭要保證其垂直性，同時(shí)要選擇合適彈力墊。針對(duì)因砂層結(jié)構(gòu)密實(shí)而產(chǎn)生的爆樁現(xiàn)象，施工人員可采用抽土法或噴氣法等措施。送樁期間不能開挖基坑。待沉樁工作完成后，根據(jù)場(chǎng)地條件、深度和施工面積，在科學(xué)的間隔時(shí)間再后進(jìn)行開挖。以保證樁的密度以及孔隙壓力的均勻分布。施工完成后，從兩個(gè)方向控制基坑開挖和打樁工作?；娱_挖中，合理組織順序，防止樁身塌落?？紤]到開挖作業(yè)，對(duì)樁基可能產(chǎn)生影響，因此要根據(jù)情況使用沙坑或盲溝等防護(hù)措施。并在施工完成后，對(duì)樁位和其垂直度進(jìn)行驗(yàn)證。

8 結(jié)束語

在施工過程中爆樁問題的不斷提高，其原因是樁頭爆破問題，而樁頭爆破的原因很多，如樁身問題、施工技術(shù)等。但在實(shí)際出現(xiàn)爆樁質(zhì)量事故很難明確區(qū)分，基于此，本文針對(duì)常見爆樁質(zhì)量問題進(jìn)行了深入探討，希望能在此全面分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，為同類工程項(xiàng)目的施工提供一定的參考。同時(shí)，也要加強(qiáng)對(duì)預(yù)制樁生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)等過程進(jìn)行全面的監(jiān)管，以保證混凝土樁的生產(chǎn)品質(zhì)，促進(jìn)工程項(xiàng)目高效完成。