鋼筋混凝土預制樁施工技術研究

文／梁為群 廣西防城港核電有限公司 廣西防城港 538001

引言：

基礎是建構筑物中將結構各種荷載傳遞到地基上的結構組成部分，只有基礎埋入地下承載力大、變形小、穩定性強的持力層，建構筑物結構才能安全穩固。在眾多基礎形式中，鋼筋混凝土預制樁是常見的基礎形式，其突出優勢在于機械化程度高、施工簡單、工期短、承載力高、沉降變形小，契合當前建筑行業裝配式發展趨勢，從而獲得了廣泛應用。

鋼筋混凝土預制樁，是指在工廠或施工現場內預制，經過養護強度達標后，運到施工現場，再經過靜壓、錘擊等方式就位的基礎形式，相應地，沉樁方法可分為靜壓法、錘擊法。

1、預制樁沉樁方法

1.1 預制樁靜壓法

靜壓法沉樁，是借助樁架自重和配重，通過壓梁或壓柱將整個樁架自重和配重以卷揚機，或液壓泵方式施加在樁頂或樁身上，樁在自重和靜壓力作用下逐漸被壓入地基土中。靜壓法沉樁具有無噪聲、無振動、無沖擊力等優點，適用于均質軟土地基。

1.2 預制樁錘擊法

錘擊法，指利用樁錘下落時產生的沖擊力，使樁產生沖擊能，克服土體對樁的阻力，使樁體下沉，業復錘擊樁頭，樁身不斷地沉入土中，直至最終標高。這種施工方式適用于樁徑較小，地基土質為可塑黏性土、砂土粉土、細砂及松散的不含大卵石或漂石的碎石類土。錘擊時的振動和噪聲較大.對周圍環境影響較大。

1.3 預制樁優缺點

鋼筋混凝土預制樁是使用較為廣泛的一種樁型，其具有5 項顯著的優點：一是鋼筋混凝土樁能穿過不良地層，直達穩定持力層，基礎承載力高、沉降變形小。二是可提前制作樁身，與現場其他工作同步開展，縮短總工期。三是材料易得，鋼筋混凝土是通用的建筑材料，隨處可得，材料價格較低。四是樁身質量穩定可靠，采取工廠化預制，工藝成熟，施工環境條件良好。相比于灌注樁，預制過程不是隱蔽施工，預制時可以及時發現質量問題并處理；五是施工機械化程度高，效率高，節省人工。

結合工程實踐，鋼筋混凝土預制樁也存在3 項缺點：一是沉樁施工受擠土影響明顯，貫穿厚砂層或硬土層困難，樁載面和沉樁深度有限；二是起吊、運輸、沉樁等各階段對樁身均有不同程度作用力，對樁身有不利影響；三是采取錘擊法沉樁施工時候，噪聲較大。

目前，隨著我國工程機械化快速發展，大型靜壓沉樁機械廣泛開發應用，逐漸克服厚砂層或硬土層難以沉樁的影響。

對比目前常用的樁基形式，鋼筋混凝土預制樁整體上技術優勢明顯，詳見表1：

表1

鋼筋混凝土預制樁優勢明顯、工期短、承載力大、機械化程度高、人工少，契合當前建筑行業裝配式發展趨勢，從而獲得了廣泛的應用。

2、施工工藝

按沉樁方法，鋼筋混凝土預制樁有2 種常用的施工方法：靜壓法、錘擊法。

2.1 靜壓法

靜壓法的施工工序共5 個步驟：樁身預制→吊裝運輸→靜壓沉樁→截樁。

2.1.1 樁身預制

預制樁一般采取間隔重疊法制作，工藝過程為：

制作場地壓實、整平→場地地坪澆筑→支設樁身模板→綁扎鋼筋→澆筑樁身混凝土→養護至30%強度后拆模→支設間隔端頭模板并澆筑混凝土→刷樁身隔離劑→綁扎樁身鋼筋→澆筑間隔樁身混凝土→重復上述第3-10步驟制作第二層樁。

預制要求：一般采用不低于32.5 的普通硅酸鹽水泥，混凝土強度等級≥30MPa。采用錘擊打入的樁身配筋率≥0.8%，采用靜壓的樁身配筋率≥0.6%，主筋直徑≥14mm,主筋連接宜采用對焊，同一截面接頭面積≤50%，相鄰主筋接頭距離≥35 倍主筋直徑，樁身兩端設置箍筋加密區，鋼筋保護層≥40mm。澆筑應由樁頂往樁尖連續進行，不得中斷形成冷縫。樁的總長度包括樁身、接頭、樁尖。樁外觀不應有蜂窩、露筋、孔洞、裂縫寬度≤0.25mm、裂縫長度≤0.5 倍邊長。樁身尺寸偏差應符合相關規范規定。

2.1.2 吊裝運輸

預制樁的起吊要求如下：

樁身混凝土達設計強度的70%方可起吊，達100%時方可運輸與堆放。吊點數目應符合設計規定，位置隨樁長而異，按照樁身業力相等的原則計算確定。

單點吊裝，吊點位置要求如下圖1：

圖1

2 點、3 點吊裝，吊點位置要求如下圖2：

圖2

4 點吊裝，吊點位置要求如下圖3：

圖3

2.1.3 靜壓沉樁

靜壓沉樁的原理為采用樁機自重及其配重作為業力，克服樁身進入土體時的樁側摩阻力和樁端阻力。沉樁過程中，周圍土體發生迅速激烈的擠壓，土中孔隙水壓力快速升高，土中有效應力則迅速降低，樁身得以下沉。靜壓沉樁特點：無振動、無噪音、對周圍環境影響小，適合在城市中施工，樁的斷面和配筋可以減小，適用于高壓縮性粘土層或砂性較輕的軟粘土層。

靜力壓樁機的選擇，綜合樁長、穿越土層和樁端土的性質等來考慮。其中，最大壓樁力不得小于設計的單樁豎向極限承載力標準值。靜壓沉樁一般采取分段壓入、逐段接長的方式，具體壓樁程序：測量定位→樁機就位、對中、調直→壓樁→接樁→再壓樁→送樁→終止壓樁。第一節樁的位置及垂直度非常關鍵。首先要找準樁位，通過對中確定正確樁位；其次，樁入土1m 時，測量調整樁身在兩個方向垂直度，通過調直保證樁身垂直。在壓樁過程中，要記錄好樁的入土深度及壓力，兩者存在對應關系，可以判斷樁的質量和承載力。送樁操作，當樁頂靠近地面，然而壓樁力未達到規定值，可通過套接在樁頂上的長替打傳遞靜壓力。

終止壓樁的原則：一是跟蹤現場試壓樁試驗確定終壓力標準；二是終壓連續復壓次數根據樁長和地質條件確定，樁長≥8m 時應復壓2 至3 次，業之應為3 至5 次。三是穩壓壓樁力不得小于終壓力，穩定壓樁時間應5 至10 秒。

2.1.4 截樁

當樁頂高出地面，但是壓樁力已達到設計要求時，需要把多余的樁頭截掉。

2.2 錘擊法

錘擊法施工工序：樁身預制→吊裝運輸→錘擊沉樁→截樁。除錘擊沉樁外，其他環節施工與靜壓法要求一致，下面僅詳細總結錘擊沉樁的過程。

2.2.1 打樁順序

打樁順序可分為3 種：一是逐排打樁，二是自中間向四周打樁，三是由中間向兩側打樁。打樁順序還需符合規定：（1）對于密集群樁，由中間向兩側或是中間向四周對稱打樁；（2）相鄰有建筑物的，由已有建筑一側向另一側打樁；（3）根據樁的設計標高，先深后淺；四是根據樁的規格，先粗后細，先長后短。

2.2.2 施打原則

打樁的原則是重錘低擊，此法優點在于樁錘對樁頭的沖擊小，回彈也小，樁頭不易損壞，大部分能量都用于克服樁身與土的摩阻力和樁尖阻力上。

2.2.3 終止打樁標準

錘擊沉樁終止打樁的標準，按照雙控原則，即“樁尖標高”、“最后貫入度”均要達到要求。終止錘擊應符合以下規定：（1）樁端位于一般土層時，以樁尖標高為主，最后貫入度控制為輔；（2）樁端達到堅硬、硬塑黏性土、中密以上粉土、砂土、碎石類土以及風化巖時，以最后貫入度控制為主，以樁尖標高為輔；（3）貫入度已達設計要求而樁尖標高未達到時，繼續錘擊3 陣，并按每陣10擊的貫入度不大于設計規定數值；（4）當貫入度巨變，樁身突然傾斜、位移或有嚴重回彈、樁頂樁身出現嚴重裂縫、破碎等情況時，終止打樁，分析原因，并采取相應措施。

3、常見質量問題分析及預防措施

3.1 靜壓法

從多個施工項目的經驗業饋，鋼筋混凝土預制樁靜壓法施工常見質量問題：一是樁無法下壓；二是樁尖達不到設計標高。

3.1.1 樁身無法下壓

采取靜壓法施工時，遇到樁無法下壓的情形，根本原因為壓樁的時間間隔較長，空隙水壓大大減小，土體有效應力顯著增大，樁側摩阻力及樁尖阻力增大，從而導致樁無法下壓。可能引發的原因有：一是樁端停在砂層中接樁，中途間隔時間過長，砂層孔隙水減小迅速。二是壓樁機設備故障，導致壓樁強制，停歇時間過長。

預防措施：一是要根據勘查報告，提前選取合適長度的樁避開砂層，從而避免在砂層中接樁停留；二是在沉樁施工前檢查壓樁機械，及時維護保養。

3.1.2 樁尖達不到設計標高

施工時，可能遇到樁身無法壓到設計標高的情形。原因可能有兩方面，一是勘查報告與實際情況不一致，按照偏小的壓力無法壓樁到設計標高；二是在接近設計標高時，停壓時間過長，孔隙水壓力已釋放，樁身阻力增大，導致補壓時無法下壓。

預防措施：一是根據土層實際情況，與設計溝通變更樁長。二是嚴格控制停壓間隔時間。在未達設計標高前，嚴格按方案控制停壓時間。

3.2 錘擊法

3.2.1 樁頂位移及傾斜

沉樁時，樁頂發生過大偏位或樁身發生傾斜，原因有：一是樁身遇到不均勻土層，樁尖遇到大塊孤石、其他堅硬的障礙物，樁的合力不平衡，導致偏位或傾斜；二是樁本身定位和垂直度存在偏差，施工過程中未采取措施及時糾偏，偏位和傾斜產生累積，從而形成較大偏位；三是擠土效應影響，當群樁打樁順序不合理時，會引發擠土效應，土體帶動樁身發生傾斜和偏位。

預防措施：施工前，應勘查清楚地下情況，提前清除孤石、障礙物。施工過程中，要控制好樁的位置和垂直度偏差，抓早抓小，及時糾偏。當偏差過大時，將樁拔出，移位后再錘擊施工。

3.2.2 樁頭碎裂

樁的施工過程中，可遇到樁頭破碎的情形。可能原因：一是設計問題。樁頂混凝土設計強度過低，錘擊沉樁壓力大于樁頭混凝土強度。二是施工問題。預制樁的混凝土配合比不準確、振搗不充分、養護不到位或養護時間不足，導致樁身混凝土強度偏低，未達到設計強度要求。三是施工樁錘選型問題。樁錘選擇過大過重，擊打應力大于樁身強度。四是樁頂不平整，錘擊過程中突起部位產生過大應力，樁頭局部發生碎裂。五是土層問題。土體含有砂層或者大塊石等不利情況。

預防措施：一是設計擁有一定裕度的樁身強度，要充分考慮土層條件、施工機具性能影響。二是嚴格按施工方案配置混凝土，預制過程做好振搗密實、保濕保溫養護、養護時間達到規定要求，確保樁身混凝土強度達標。三是科學合理選擇樁錘。根據設計建議選擇樁錘，并再沉樁前開展試樁。四是沉樁前復核樁頂平整度，對局部突起部位應剔平打磨；沉樁時，在樁頂增加草墊等緩沖物體。五是遇到砂層或者大塊石時候，采用小鉆孔后再開展錘擊沉樁施工。

3.2.3 斷樁

錘擊沉樁過程中，樁身發生折斷，樁無法有效承受并傳遞上部結構荷載，是一種后果嚴重的施工質量問題。可能原因有：一是設計問題。樁身設計的細長比過大，容易失穩折斷。二是樁本身預制問題。樁身預制過程中，局部振搗不密實，樁身存在軟弱節點。三是吊運堆放過程中，成品保護不足，樁身產生有害裂縫。四是樁身偏位及傾斜的調整過程中，對樁身存在過大應力，導致樁身開裂。

預防措施：一是設計控制樁的細長比小于40。二是嚴格控制樁身預制過程，確保預制過程振搗到位。三是吊運堆放過程中，按業力平衡計算吊點，指導吊運施工。四是沉樁過程及時糾偏。做好沉樁過程觀測，提早發現樁身偏位及時調整，調整需逐步微調，避免強行調整損壞樁身。

3.2.4 無法沉入設計控制標高

沉樁過程中，樁無法沉入設計控制標高。可能原因：一是土體問題。土體中存在大型塊石、混凝土塊、堅硬土夾層等障礙物，樁尖無法沉入預期標高。二是樁錘過小，錘擊能不足。三是打樁間歇時間過長，沉樁阻力增大。

預防措施：一是補充勘查地下障礙物并清除，或是鉆透鉆碎。二是結合樁重和地質情況，選擇合適大小的樁錘。三是嚴格控制打樁間歇時間。

結語：

隨著施工技術的發展，鋼筋混凝土預制樁成為一種越來越普遍的基礎形式。一方面，鋼筋混凝土預制樁機械化程度高、工期短、承載力高、沉降變形小，契合當前建筑行業裝配式發展的趨勢；另一方面，鋼筋混凝土預制樁施工過程也存在一些常見的施工質量問題，如樁身無法下壓、樁尖達不到設計標高、樁頂位移及傾斜、樁頭碎裂、斷樁等問題，只有通過不斷實踐并總結有效預防措施，才能更好地推廣應用鋼筋混凝土預制樁施工技術。