靜壓預應力樁施工常見問題及處理措施

趙 劍

（廈門聯發工程管理有限公司，福建 廈門 361000）

靜壓預應力樁具有單樁承載力度大、噪聲較低、成樁質量可靠和施工速度快等優點，深受建設單位及設計人員的青睞，并廣泛應用于實際施工中。但是，由工廠生產的預制樁，需要借助靜壓樁機壓入土層。所以，在靜壓預應力樁施工中必然會出現擠土效應。根據擠土情況的不同可以將靜壓預應力樁分為擠土樁與部分擠土樁。在靜壓預應力樁的施工過程中，當施工速度過快時，土應力釋放不完全就會在沿樁分布軸線處產生深層土體位移，導致周邊道路隆起或沉降，破壞地下管線。所以，在靜壓預應力樁施工時必須加強施工過程的管理和控制。

1 靜壓預應力樁沉樁機理

靜壓預應力樁沉樁施工時，樁尖插入土層后土層初始預應力狀態被破壞，并且伴著樁的深入其壓力不斷增大。當樁尖土體承受的應力高于抗剪強度時，土體快速變形且極限狀態被破壞，土體發生塑性流動進而被擠密、下拖。同時，地表黏性土層凸起，砂性土下沉。受上層土層壓力的影響，下部土體向樁周圍水平位置擠壓，破壞樁臨近位置的土層結構，并且帶動周邊土體產生擾動。樁身受土體反向抗力、樁尖阻力與周圍摩擦力作用，當樁頂靜壓力超過下沉阻力時，樁會繼續下沉[1]。

2 靜壓預應力樁施工常見問題及處理措施

2.1 樁身斷裂

在沉樁的過程中，樁身如果突然發生傾斜錯位，而尖端部位土質未出現特殊變化，則會在貫入度大幅增加的前提下出現樁身回彈繼而導致斷裂。由此可知，樁身斷裂的原因主要有以下4個方面：1）樁身質量方面存在缺陷，在這種狀況下，通常表現在外部缺陷和內部缺陷2個方面。其中，外部缺陷主要包括尺寸、端頭板、管壁厚度不規范、不平直以及不符合要求規范等；導致內部缺陷的主要原因是樁身混凝土密度不夠、風化碎石含量較多、強度不達標以及養護周期時間不夠等。例如，根據筆者多年來對工程施工中出現的爆樁的破碎混凝土的觀察和檢驗得知，其中普遍存在蜂窩、砼不密實及空洞等質量問題，并且由于養護周期時間不夠而出現爆樁的問題也比較常見。2）施工不當導致樁身斷裂。實際施工的過程中，由于未能按照施工規范及設計要求嚴格操作，而導致的爆樁現象極易出現。例如，在沉樁的過程中，樁身垂直度偏差過大，尤其當對于第1節樁身垂直度的控制出現問題時，容易導致第2、3節出現偏斜；壓樁時，樁身偏心受力過大，極易導致樁身發生大彎曲，使其因無法承受集中的荷載作用而斷裂；同時，端部錯口偏差與設計規范要求相差較大，使得接樁間隙較大且不均勻，這種狀況下，壓樁時，也會造成樁身偏心受力不均而爆樁斷裂；另外，當送樁器與樁端頭接觸不良時，也會引起應力集中的狀況，隨之引發樁端爆裂的狀況發生。3） 樁體預制水泥標號不符合設計要求。當砂石中含泥量過大或者碎石量較大時，樁身因局部強度弱化而出現斷裂。4）樁體在調運、堆放等過程中處置不當而出現裂痕或斷裂。

基于此，為了有效防止樁身出現斷裂的情況，須做好以下3個方面的工作：1）對于密實度高、層厚大的砂層，應該依據施工現場的實際狀況，采取錘擊、封閉樁尖、增加樁機噸位、原位引孔等預防措施。2）在施工前對地下的障礙物進行全面的清除。3）合理設置樁體的細長比（≤30）。除此之外，重要的是嚴格管控沉樁施工過程，其中有3點需要注意：1）及時糾正傾斜的沉樁，且不宜用移動樁架。2）在接樁時必須保證上下2節樁身處于同一軸線上。3）水泥樁在堆放和吊運等過程中須嚴格按照規范要求進行操作，具體需要注意以下4個方面：1）加強施工人員的安全教育，提升其質量意識和責任意識，可以采取臨時培訓的方式進行。2）確保施工過程中的垂直度、端部錯口、樁端間隙、焊接質量等關鍵節點的檢查，嚴格按照設計要求和規范標準進行。3）對于操作人員、質量檢查人員也需要做好相互之間檢查、自我檢查及監督檢查的工作。4）在預制樁的過程中，須在增壓達到強度要求后，將其放置在自然條件下養護45 d左右，確保養護時間周期的充足，以便于進一步增強樁體強度[2]。

2.2 沉樁達不到設計要求

沉樁的施工質量是由最終貫入度和最終標高來決定的。在具體的施工過程中，是以控制這兩項的標準為主要參考來設計沉樁的，有時難以達到設計的最終控制要求。主要原因包括以下4點：1）勘探點較少，缺乏有效勘探信息。2）在持力層或者樁尖標高上，設計要求過于嚴苛，樁身砼強度過高。3）樁機配重不合適，難以達到沉樁設計要求。4）樁身斷裂難以繼續沉入。

基于上述原因，要保證沉樁達到設計要求，首先必須要探明工程項目的地質條件；其次要合理選擇持力層與樁尖標高；最后要對沉樁的全過程進行及時的監督檢查，防止樁身斷裂[2]。

2.3 樁體位移

樁身在下沉的過程中會因沉樁之間的應力作用而發生橫向位移或回彈的現象。這一現象出現的主要原因包括：樁數過多，土壤被極限擠壓而壓縮樁體之間的間距，進而擠出相鄰的樁體；因軟土土質，導致沉樁時因土壤的空隙壓力發生相鄰樁體的位移；樁位放線不準、偏差，或因施工出現樁位偏移或消失等，或墻、柱軸線的標志與樁位標志出現混淆等，導致樁位嚴重錯位；行車路線選擇不合理及土方開挖過程的錯誤操作。

基于上述原因，為了防止和杜絕樁身錯位和位移，須做好以下工作：沉樁施工中不得同時開挖基坑，必須在施工完畢后2周時間后才能開挖；在開挖基坑時不僅要設置排水措施，還要留置邊坡，并且不得在坑邊堆放土方，須分層開發深基坑。另外，嚴格按照設計圖紙進行樁位放線，既要設置好顯著的標志，又要進行全面檢查，并且對行車路線進行合理選擇。

2.4 樁身傾斜

樁身在下沉的過程中會發生嚴重的傾斜，主要原因在于場地不平且有大坡度或者樁機的機體傾斜及其送樁器、樁帽及樁體不再同一直線。針對這一情況，首先要充分平整場地，同時要在樁機行走路線上加上墊木等材料，以保持樁機機體底盤水平。

3 靜壓預應力樁工程應用

3.1 項目概況

廈門軟件職業技術學院圖書館綜合樓位于集美區孫坂南路1199號，總建筑面積為37 500.22 m2，其中，地上建筑面積26 000 m2，地下建筑面積 11 500.22 m2。層數為地上12層，地下1層，建筑高度52.35 m，單跨最大跨度25.6 m。整個工程造價1.38億元，工期671日歷天。

主樓4樓～12層為辦公室，耐火等級為1級，裙樓1層為閱覽室、書庫、多功能廳，耐火等級為1級；2層為閱覽室、報告廳、辦公室，3層為辦公室，地下室為車庫，局部為設備用房。設計防火分類及耐火等級：設計防火分類：均為2類高層公共建筑；設計耐火等級：耐火等級為1級。上部結構體系：塔樓為框架-剪力墻結構；多功能廳、圖書館為框架結構。建筑抗震設防類別均為丙類，建筑結構安全等級為2級，所在地區的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.15 g，設計地震分組：第2組。

圖1 施工程序示意圖

3.2 靜壓預應力樁施工方法及技術要求

該工程基樁均采用靜力壓樁工藝施工，施工過程中如果在粗砂層及礫砂層沉樁困難時，采用工程鉆機引孔方式進行處理。

3.2.1 施工準備

在靜壓預應力樁施工前，施工單位要對工程地質資料、設計圖紙和相關要求進行了解，對施工現場進行查看，了解施工現場的實際情況與土質情況，對應力樁的平面分布情況進行確定，掌握壓樁流程和樁機行走路線。

在進行靜壓預應力樁樁位放樣時，需要以甲方和測量單位提供的單體座標、控制點為基礎，通過全站儀和國家計量局認可的50 m鋼卷尺配合操作進行放樣。放樣過程中要按照圖紙要求做好軸線標志，設置4個角落和通長軸控制點。放樣結束后，還要經過監理單位進行檢查才可以使用。

在應力樁施工前還要對施工所用到的材料供應情況進行確定，安排好材料存放位置。

3.2.2 靜力壓樁基施工程序及要求

靜力壓樁基施工程序具體如下：施工場地平整夯實——進行測量、放線與復核——樁機就位——掛吊繩——起吊——樁尖入土——矯正——初壓——垂直度檢查——壓樁——矯正——記錄——接樁——再壓——送樁——拔出送樁管——移機。

3.2.3 壓樁操作

在進行吊裝操作時，樁機應該達到施工樁位置，做好吊裝準備；在起吊過程中，操作工人要將樁和樁位對準之后，樁機再進行放樁操作。放樁過程要緩慢，當樁端位置和地面之間的距離在10 cm左右時，確保樁中心和樁位置一致之后就可以進行打樁操作。

打樁操作過程中，第1節樁質量的好壞直接影響到后期整個樁質量的好壞，所以第1節樁打樁操作時要做好定位與校準工作，在樁機的正面與側面設置吊線錘，確保下樁垂直度。該項目要求樁身垂直度偏差要小于樁長5%%。

如果樁的垂直偏差較大，那么就需要拔出已經打入的部分，然后進行重新操作。對樁機臺水平進行調整，確保樁身垂直，做好偏差記錄，為下次的調整提供數據支持，然后再重新操作。在打樁過程中要時刻關注樁身的變化，當出現異常時要對其原因進行分析，制定校準方案，確定無誤之后，再進行施壓操作。

在打樁操作時如果發現壓樁力突變、樁身移位、涌水地表嚴重凸起等問題時要馬上暫停施工操作，分析造成上述問題的原因，處理問題之后才能繼續操作[3]。

沉樁時根據地勘報告合理配樁，盡量減少連接接頭的數量，各樁的連接接頭應該相互錯開；在進行送樁操作時，要確保送樁軸線和樁軸線在同一水平，并且應該通過鋼質送樁器進行操作。

在打樁操作時，如果出現因障礙物、地質等問題造成樁位偏移的情況，需要和相關單位進行確認，不能強行進行糾偏操作。在打樁過程中要做好打樁操作記錄。樁基操作人員在操作過程中感覺有異常時需要先暫停打樁操作，和現場負責人、監理人員等進行確認并且確定無誤之后，才能進行打樁操作，防止石頭等將樁尖損壞。

按照設計要求，管樁終壓操作時，壓力在4 200 kN～4 800 kN穩定2 min后卸載，重復上述操作3次，如果管樁累計沉降量在10 mm以內，那么就可以終壓。另外，在進行壓樁操作時，多樁承臺需要按照由中間向外的順序進行壓樁操作。

3.2.4 焊接操作

抗壓樁接樁采用端板焊接接頭，單樁接頭不應超過2個，管樁端頭板厚度不應小于16 mm，并且保證自樁頂向下8.0 m范圍內無接頭。焊接工藝應該符合如下規定：

在進行焊接操作時，上下端板表面應該進行除污除銹操作，并且在對接坡口有金屬光澤后才可以進行焊接。

在焊接操作時要按照分層焊接原則進行對稱均勻連續的焊接操作，要保障根部焊透并且焊接部分沒有夾渣、焊瘤以及凹痕等問題；表面加強焊縫堆高必須控制在1 mm以下；焊接完成之后還要對焊接工藝進行外觀檢查，如果存在焊接缺陷還需要進行返工修正操作，但是1道焊縫返修次數最多為2次；焊接操作結束以后，需要讓焊縫自然冷卻至少5 min，然后才能進行施壓操作；在一些惡劣的天氣條件下，例如刮風下雨時，還要做好放風與防雨措施。

3.2.5 機械連接工藝

該項目中抗拔樁接樁使用的是機械嚙合式接頭，在施工操作中不能隨便更換，連接后仍然應該按照抗壓樁接樁的要求進行焊接。機械連接工藝操作要點及要求如下：

結合管樁樁身成型工藝，將預應力筋進行張拉之后錨固在端頭板錨固定孔中，管樁樁身強度沒有達到設計值以前需要通過固定卡具定位端頭板。端頭板定位一定要準確，防止預應力筋張拉時發生反彈現象。

在進行銷和端板鏈接時，下節樁沉樁操作中外露部分應該預留1m左右的位置為后期的接樁操作提供便利。在將連接銷鎖鏈接到下節樁端板之前需要先對預留鎖接口進行清理，鏈接配件、接孔、鏈接盒內側都要涂刷防水膠，然后通過扳手將其鎖緊。

在進行樁鏈接時，需要將上節樁吊起，將所有連接銷和上節端頭板連接銷方孔對齊，確定好位置之后才可以進行加壓送樁操作。上下接樁的端頭板借借助地鎖嚙合鏈接在一起

機械快速接頭工藝工作效率高、質量好，并且安全性強。不過，其適用條件要求較高。在發生以下5種情況時還需要對樁的抗彎性進行試驗，做一些必要的補焊操作，確?；鶚冻休d能力：1）快速接頭配件材料或形式改變。2）管樁的規格、型號等參數不能滿足工藝要求。3）接頭配件加工工藝改變。4）接頭配件加工廠家不同。5）樁基施工質量要求較高，抗彎性、抗拔性不符合設計要求的。

在使用機械快速接頭工藝時應該注意以下4點：1）接頭配件使用的材料、處理方式、鍍層等質量都要達到國家與行業標準。2）在使用機械快速接頭工藝時，配件按照用途的不同可以考慮采用不同的材料。該項目中端頭板與裝套箍采用的是Q 235碳素鋼、壓力彈簧采用的是65 Mn鋼、接銷采用的是45號鋼。3）樁型和樁徑結合工程實際進行確定。4）鏈接配件需要涂刷防水膠，上下接樁鎖連接銷外露部分高度應該相同，嚙齒方向向內。

3.3 回填送樁孔洞

打樁結束后，立即用石渣或沙土等將送樁的空孔填密實，預防樁機施工中發生陷機現象而出現安全事故。

3.4 截樁頭施工方法

管樁截樁操作時必須采用截樁器，先通過鋸樁機進行截斷操作，然后切割主筋。在操作過程中不能使用大錘進行敲擊，截樁完成之后還要對樁頂進行處理和修平。

該工程采用預制專用截樁頭施工。

4 高強砼預應力管樁質量驗收

高強砼預應力管樁質量檢驗包括樁身垂直度檢驗、樁頂標高檢驗與樁身檢驗。項目的上述檢驗結果必須滿足行業相關施工質量驗收標準與技術規范要求。

高強砼預應力管樁質量的檢驗與抽檢以基樁檢測技術規范為基礎來進行。在樁基施工結束之后，由單位、建設單位、設計單位和質檢部門等對樁基進行檢測的工作。樁基檢測通常包括單樁豎向抗靜壓試驗、豎向抗拔靜壓載試驗、水平靜載試驗等3種。按照要求，要提高基樁檢測結果的可靠性需要使用至少2種檢測方法。該項目采用的是低應變法和高應變法結合的方式。低應變法主要用于混凝土樁樁身完整性檢測，采樣的時間間隔與頻率結合樁身的實際情況進行選擇。高應變法主要用于基樁的豎向抗壓承載力與樁身的完整性檢測。在使用高應變法進行檢測時所使用的錘擊設備要有穩定的導向裝置，高寬比要大于1，并且檢測時錘的重量和單樁豎向抗壓承載力特征值的比值要大于0.02。靜載試驗前應該進行現場場地標高測定并且報知設計單位，然后由設計、施工、監理以及建設單位通過現場會議根據場地標高來確定靜載試驗取值，并且不得小于2倍單樁豎向承載力特征值[3]。

在進行樁基驗收時除了做好工程質量驗收工作外，還要重視驗收資料的歸檔與檢驗，具體包括地質勘查報告、施工圖紙、會審紀要、設計變更書、施工組織設計方案、施工記錄、檢測記錄與報告等。

5 結語

隨著我國建筑工程行業的發展，靜壓預應力樁逐漸被應用于各類建設項目中。靜壓預應力樁具有施工速度快、投資少、無噪聲等特點，但是其具有靠近原有建筑物樁基礎、施工難度大和單樁承載力低等缺點。所以，建設單位在使用靜壓預應力樁技術時必須加強對施工過程的管理。