預應力混凝土預制樁樁頭爆樁原因分析及質量控制

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，隨著施工技術的不斷進步，建筑工程領域，逐步采用了預應力混凝土樁（PHZ）、高強混凝土管樁（PHC），該施工工藝具有良好的抗拉性能和極高的承載力，并在整個工程行業應用過程中取得比較好的效果。在施工中，雖然其過程比較簡單，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。在當今建筑施工設備不斷發展的背景下，在打樁過程持續增加錘頭重量，液壓破碎錘應用技術的出現，增加了混凝土樁頭損壞的概率。因此，錘擊施工的控制對下個建造工程質量起著重要作用。

1 工程案例

1.1 施工背景

根據場地地質情況，該工程圖書館、博物館及商業街抗拔樁采用了預制鋼筋混凝土實心方樁，設計樁型為：JZHb-245-9.5,12B，錘擊焊接樁、B組、樁長21.5m、截面450mm×450mm，總樁數1085根，共計23327.5m。樁混凝土強度等級為C30，采用鋼帽“甲”，接頭連接方式為B，樁基持力層為第5-1層粉質粘土，單樁承載力設計值抗拔700kN、承壓1300kN。樁頂樁帽松散、彎曲，呈翹曲狀破壞；末節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 補樁流程

項目部似采取補樁加固處理的方式：將爆樁的明細及編號圖（電子檔）上報監理部、項目管理部、指揮部，項目管理和設計單位聯系，并將爆樁資料移交設計單位，設計單位審核驗算后出具詳細的補樁施工圖，如圖2所示。

圖2 補樁施工工序圖

2 預制混凝土樁施工質量控制要點

2.1 加強樁身強度

為避免樁身整體強度不足的問題，技術管理人員應加強現場工程驗收質量，采用回彈儀對預制樁結構，特別在樁頭部分進行科學的檢測。由于工藝和預制樁的選擇，可能導致樁基施工的容錯率有高有低，因此，必須及時咨詢廠家并提高混凝土質量內控標準，以保證施工結構強度。

2.2 控制好樁頭混凝土強度

考慮到存在混凝土樁頭強度不足的問題，管理人員加強對樁頭混凝土強度的質量驗收，確保抗力強不符合工程質量要求的預制樁禁止進入施工現場。同時還要加強對混凝土預制樁廠家進行監控，嚴格控制生產廠家的生產過程。保證混凝土樁的穩定性和可靠性。

2.3 對混凝土樁結構進行養護控制

雖然規范要求在混凝土結構要求，要在養護完成24小時后才能使用混凝土預制樁，但由于液壓錘的結構及質量比較大，而樁頭的混凝土質量較脆，難以控制對混凝土預制樁質量控制。因此通常建議施工單位，在7齡自然固化完成后，在使用結構前保持混凝土樁的環境溫度保持不變。另外要注意，生產廠家產品生產日期，是預制樁施工成型的日期，如進行蒸后養護后，其使用日期要推遲一天。

2.4 控制好樁頭的混凝土粘結強度

考慮到樁頭鋼筋混凝土的粘結強度不足，技術人員必須加強對生產的監管，并在到貨時加長滑輪內圈的結構鋼筋。安裝過程必須要滿足密集區域50mm分布要求。安裝環形鋼筋時，須與末端分開。以保證柱頭間的距離達到50mm，如果存在松動現象，要及時將邊緣鋼筋綁扎固定好。

2.5 必須要控制好樁頭模板，防止滲漏問題

要有效預防樁頭滲漏，避免引起的樁結構頭強度不足，施工時模板的滲漏深度不能超過5mm，滲漏長度有超過300mm，累計長度不得超過工程施工要求。確證澆筑模板時，大于堆疊長度的10%。確保漏漿重疊長度小于100mm，如果超過，必須采取采取措施及時進行修補。施工時，鋼板厚度不應小于1.5mm，并在使用前進行強度檢驗。

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。出現該質量問題的原因，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，制度廠對短頭板形狀進行改進，影響了結構低變形檢測。造成結構中心是空心混凝土。更由于生產過程控制不來，導致混凝土樁頭傾斜。

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

3.2 質量控制要點

①考慮到存在端板平面與樁軸線方向的不垂直，施工企業應購買先進的試驗設備，配合直尺成直角，進行全面的端板工程質量檢驗。保證結構的傾斜度滿足工程設計和施工要求必要時增加襯墊以減少偏心力的產生。

②考慮到樁頭存在傾斜、混凝土結構突出以及平整度差的問題，因此要加強對混凝土樁生產廠家的生產控制，如果混凝土樁不能拆樁，則必須通過折斷解決。

②混凝土施工時配方必須可靠和穩定，當混凝土配制后，放置的時間過長導致性能弱化則要進行報廢處理。澆筑時要保證墊圈絕對密封且無泄漏問題。確保套箍柔韌性和厚度符合工程施工要求。在組裝模板時要保持清潔，并在送料、合模過程中注意結構的修復。

4 由于施工質量控制不善，導致樁頭斷裂事故分析

4.1 樁頭爆裂問題原因分析

在液壓錘進行打樁作業過程中，可能會造成樁頭混凝土下落或部分結構產生爆裂。當液壓錘擊打樁頭時，原本施工結構時存在的偏心問題或應力會瞬間加劇。樁頭疲勞損壞的原因，是施工中受到不同程度的應力交替作用。其受力特點是定點受力或其中一側大于壓應力，會導致樁頭損壞。如錘頭繼續敲擊，會直接導致樁頭結構將完全爆開。如在拉拔作業中，樁體垂直問題使拉應力過大，產生了橫向了裂縫，造成斷樁問題。

4.2 質量控制要點

①混凝土樁生產企業，在生產過程中，須嚴格遵守國家工程規范要求和圖集設計規定進行制作，確保混凝土樁結構強度達到設計標準，確保樁帽混凝土質量符合規范要求。

②當混凝土樁進場使用前，技術管理人員將嚴格驗收樁身質量，首先要確保外觀質量合格，同時采取回彈儀和取芯檢測等措施。以保證混凝土的強度合格，特別是樁頭部分的混凝土強度必須滿足工程設計要求。如果發現不符合圖集規范的樁體，嚴禁使用并應立即拆除。

②技術人員要在認真查閱和了解地質報告的前提下，確定單樁承載力的特征值，選擇合適預制樁類型和機械型號。如在施工中出現異常，施工單位必須將結果及時反饋給設計單位進行重新計算，并在工程開工前制定科學的施工解決方案。

④施工前技術人員要采取相關的樁頭保護環措施，以保證樁頭足夠的纏繞力，防止出現混凝土爆裂質量事故。為增加穩樁階段錘減震效果，施工人員應在樁帽上安裝減震襯里。

⑤加強垂直度的控制，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。為保證打過程的樁垂直度，技術人員先要校正打樁機的垂直度，之后待混凝土樁穩定后，再進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，同時也防止非垂直樁，其整體過大而下沉。要加強樁體制造過程的監督，特別是注意方形堆疊問題。如果出現砂漿面層過厚，很容易造成偏心力最終導致樁頭爆破。因此，必須嚴格要求生產廠家嚴格控制砂漿和保護層的厚度。

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

⑧施工中給料機的選擇也非常重要。對于施工方樁和管樁而言，使用與樁型相同的送樁機。禁止混合使用不同規格的送樁機。在給料機與樁體頭部接觸的地方，有錐形的防滑定位裝置，避免堆棧期間進料動作，使樁頭產生偏心。導致樁體的受力不均而爆裂。送樁機和樁頭間還應放置襯墊，以達到良好的減震目的和效果。

⑨在進行打樁作業過程中，施工人員必須要明確穿越硬土層時，會發生貫入量過小的現象，此時要立即停止施工。技術人員要根據現場情況，在懸樁施工之前，使用螺旋鉆完成導孔施工。

5 樁身側移或漂浮造成的樁頭質量問題

5.1 原因分析

造成管樁側移或漂浮的原因。首先是樁入地后，可能遇到大障礙物，樁端壓向一側。由于垂直度發生變化導致樁體發生彎曲。其次是施工樁數比較多，由于土飽和致密，造成樁間距變小。當樁體下沉時，土被收緊至堅固極限，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，由于樁沉降引起孔隙水壓力增加，將相鄰樁體推向一側，而產生位移現象。

5.2 預防性措施

防止管樁側移或漂浮的措施包括：施工前清除樁位下方的全部障礙物，同時仔細檢查樁身構件。如發現樁身彎曲，或樁尖不在樁縱軸線上，必須及時進修正。在穩固樁身中，若樁身不垂直，施工人員應及時修正。在進行連接樁操作時，保持樁與底樁在同一軸線上，同時接頭作業按規定操作。當遇到沙坑、盲溝等情況時，必須采取必要的排水措施。在塌樁期間不能進行挖基坑作用。待沉樁完成后，再間隔開挖。其間隔時間取決于地質條件、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，在全部樁基完成后，應在其固定后再進行開挖作業施工。并且要根據地基質量要求，其固定時間為7-21天不等。對于可能發生的樁基側移問題，待樁基施工完成后，應進靜載試驗和應力試驗，檢查樁基施工是否符合要求。如施工質量不合格，必須及時進行調整。

6 管樁的終壓與單疊承載能力存在差異造成樁頭質量問題

6.1 原因分析

當管樁在靜壓作用下沉入土層，周圍地面會受到壓縮變質，經過長時間后，土壤孔隙水壓會增加，形成再生區。造成樁周間距、以及抗剪強迅速降低，造成樁身下沉，樁壓阻力來自穿入樁帽時的土體阻力。壓樁抗力并不一定會隨樁深而增加，而是因土體松軟或是間距而波動。當停止壓樁后，隨著時間流逝，土體的觸變性和孔隙水壓力消散，造成土體固結以及抗剪強度降低。因此，靜壓樁的壓力和承載能力是不同的。在施工過程中，地質情況不同。如砂層滲透系數高，孔隙中水壓迅速消散。樁抗壓強度與樁頭土質性質有關。樁體上升是因樁側和樁底應力共同作用的結果。當背襯層為砂土壤時，擠壓砂粒間的摩擦力，其提供的反作用力，形成動態平衡狀態。當施工停止后，砂粒結構會重新進行排列，降低了樁側阻力，此時承載力應小于壓力。對于小于10m的短樁而言，其承載力減少量更大。另外，在打樁中會出現偽固結現象，過段時間后會自動恢復行駛。當樁周土為粘土時，此時的短樁承載力也不會超過極限壓力。

6.2 處理方法

工程人員要在設計、施工和質量檢查過程中達成共識：明確極限樁壓和極限承載力的不同，但同時其又有一定的聯系。以下關系根據多個工程實例提出。在沙質土中L<15m，R=（0.5～0.7）N；在粘性土壤施工時：L<15m，R=（0.6～0.8）N；L為樁長，R為靜壓極限承載力，N為靜壓值。

7 混凝土樁施工質量控制措施

在錘擊管樁之前，施工人員應將場地平整。并進行全面地質測量和沉降研究。其主要質量控制內容包括，打樁前的質量檢驗、過程控制以及嚴格控制開挖和打入樁工作的質量驗收。只有認真執行工程質量控制，才能保證項目的有效實施，防止樁爆問題發生。技術人員在鉆孔前，應詳細進行施工現場勘察，核實圖紙與現場是否一致，施工順序的合理性以及錘頭的選擇是否滿足工程要求。管樁進場后，要檢查相關的質量保證資料是否齊全，以及是否符合質量要求。其次，檢查外觀，檢查結構否有存在破損、裂縫以及檢查混凝土結構是否存在空洞現象。必要時可以穿刺管樁結構，檢查其鋼筋質量。在施工中，施工人員要應嚴格控制樁身垂直度、樁尖間隙和連接質量。禁止讓樁基夾住樁體。此外，樁身、樁頭要保證其垂直性，同時要選擇合適彈力墊。針對因砂層結構密實而產生的爆樁現象，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，根據場地條件、深度和施工面積，在科學的間隔時間再后進行開挖。以保證樁的密度以及孔隙壓力的均勻分布。施工完成后，從兩個方向控制基坑開挖和打樁工作。基坑開挖中，合理組織順序，防止樁身塌落。考慮到開挖作業，對樁基可能產生影響，因此要根據情況使用沙坑或盲溝等防護措施。并在施工完成后，對樁位和其垂直度進行驗證。

8 結束語

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、施工技術等。但在實際出現爆樁質量事故很難明確區分，基于此，本文針對常見爆樁質量問題進行了深入探討，希望能在此全面分析和經驗總結的基礎上，為同類工程項目的施工提供一定的參考。同時，也要加強對預制樁生產企業設計、生產、檢驗等過程進行全面的監管，以保證混凝土樁的生產品質，促進工程項目高效完成。