摘要：本文就PHC高強預應力混凝土管樁錘擊法施工中出現(xiàn)的事故，從樁體縱向裂縫，橫向裂縫和擊碎進行分析，對樁材損壞的因素進行分析。表明在PHC高強預應力混凝土管樁進行施工時需要在裂縫控制和錘擊施工作業(yè)等方面需要加以注意。

  關鍵詞：PHC高強預應力混凝土管樁；縱向裂縫：橫向裂縫；擊碎

  前言

  預應力混凝土管樁是一種優(yōu)質(zhì)的樁基材料，倍受廣大建筑界從業(yè)者歡迎。這種樁型在日本的使用量要占樁材總量的90%以上，占絕對的主導地位。在我國，預應力混凝土管樁是八十年代末開始研制生產(chǎn)、應用的，1993年被建設部列為全國重點推廣項目后，產(chǎn)量至今已翻了上百倍，發(fā)展迅猛。

  我國預應力混凝土管樁發(fā)展較晚，經(jīng)過20多年的推廣應用，獲得了業(yè)界的認可。這種樁材具有單樁承載力大、質(zhì)量可靠、造價便宜、檢測方便、施工速度快、地質(zhì)適應性好、穿透力強、施工文明等優(yōu)點，與其他樁基種類相比較綜合技術經(jīng)濟指標是先進的，是一個可持續(xù)發(fā)展項目，為此榮獲1999年國家科技進步三等獎。

  在推廣應用20多年中，遇到很多植樁施工中管樁損壞問題，其數(shù)量不超過2‰。根據(jù)各地區(qū)不同的地質(zhì)情況，植樁施工中管樁損壞問題主要矛盾在于施工工藝和材料，經(jīng)過案例統(tǒng)計，按比例應為7:3。對于施工問題（包括少量設計上和地質(zhì)上的問題）和管樁質(zhì)量（包括外徑不圓），如果大家都嚴格執(zhí)行標準，按規(guī)程辦事，則完全能夠?qū)⒅矘稉p壞降到萬分之幾的程度。

  目前我國管樁植樁方法主要有兩種：錘擊法（以柴油錘為主）和壓入法（以抱壓法為主），而錘擊約占70%，地區(qū)不同比例不盡相同。

  柴油錘打樁機，1938年由西德DELMAG公司首先開發(fā)，很快便在世界各地推廣使用，樁機發(fā)展至今已十分成熟，它的優(yōu)點是：施工靈活、進退場容易、施工進度快、操作方便、地層穿透性良好。缺點是噪音和油煙造成環(huán)境污染、振動過大、操作不當容易造成樁頭打爛和裂縫。操作員的水平對施工質(zhì)量影響較大，操作員具有良好的技術素質(zhì)就能正確判斷、靈活處理好施工中各種問題。

  靜壓法最大的優(yōu)點是克服了柴油錘樁機的噪音和油污染、振動過大，但也有明顯的缺點，龐然大物，進退場不容易，自重大會帶來擠土作用和機身不均勻沉降，夾具不圓，夾塊對數(shù)少，使管樁表面受力不均，嚴重應力集中是造成管樁夾碎、夾裂的直接原因，且對施工場地要求高，現(xiàn)主要針對錘擊施工中出現(xiàn)的損樁問題進行分析。

  錘擊法施工中的樁體損壞表現(xiàn)在，樁體縱向裂縫，橫向裂縫和擊碎，歸納起來有以下幾個方面。

  1、錘擊過程中導致的樁體破壞

  1）較高的壓應力致使樁頭混凝土被擊碎，保護層劈離。

  2）樁尖部位受到強烈的打擊阻力或樁尖滑移使該點混凝土被擊碎。

  3）彎曲反射拉應力作用引起管樁的橫向裂縫或被擊碎，有時裂縫處還有混凝土剝落現(xiàn)象。

  4）由于偏打和水力錘動現(xiàn)象引起管樁縱裂和爆裂，其樁體損壞的原因如下：

  2、樁頭受壓破壞

  樁頭受壓破壞。管樁直徑與選用樁機型號不協(xié)調(diào)，即使選型合適，樁帽內(nèi)的緩沖墊厚度不夠或沒及時更換。施工中，選用的沖程沒有與地質(zhì)條件配合好。根據(jù)國家、行業(yè)標準的相關規(guī)定，筒式柴油打樁錘的選用可參考表1。

  表1.選擇筒式柴油打樁錘參數(shù)表

  如果選大了錘重和調(diào)大了沖程，都有可能將樁頭打爛，特別是在管樁穿層時，控制不好沖程，很容易打爛樁頭。

  由于樁帽與混凝土樁頂之間的墊層厚度不夠而打爛樁頭，這是最常見的現(xiàn)象。在打樁現(xiàn)場，施工單位往往只用3～4層硬紙板或三夾板來充當墊層，有的甚至說，既然是C80預應力高強混凝土管樁，則不墊也不要緊，這是不符合國家標準的。國標GB13476明確規(guī)定：樁帽與樁頭之間應設計彈性襯墊，襯墊厚度應均勻，且經(jīng)壓實后的厚度不應小于120mm，在打樁期間應經(jīng)常檢查，及時更換或補充。樁帽和樁錘之間應用豎紋硬木或鋼絲繩做錘墊，其厚度應取150mm～200mm，國外的標準也類似，而美國《預應力混凝土樁設計制造及設置實用指南》更是建議每一根樁采用一個新的襯墊，以有效地減小錘擊應力，由此可見更換襯墊對管樁在施工中的保護效果非同一般。

  當樁頂與樁縱軸不垂直時，錘擊力將集中于樁頂高的一邊，即產(chǎn)生偏打。造成這一不利的情況有兩種可能：一是管樁的端板與管樁軸線不垂直，其端面平面度超過國標GB13476所規(guī)定≤0.5mm的規(guī)定；二是施打時，樁身傾斜率超過GB13476中對端部傾斜度的規(guī)定即≤0.5%D(D為外徑)。偏打的外觀表現(xiàn)為被打的端板一邊光亮，另一邊為黑色，如不及時停錘就會將樁頭全部擊碎，端板就不能拿出，被卡在樁帽內(nèi)，變形嚴重無法分清責任。另一個比較常見的偏打現(xiàn)象是：管樁在剛開始施打直至爛頭，并沒有出現(xiàn)樁身傾斜現(xiàn)象，但管樁受打端板還是一面光、一面黑，主要原因是施工場地地面松散，在施工過程中，由于震動過大 ，樁機出現(xiàn)陷機現(xiàn)象，失去了原來調(diào)好的水平，在施打過程中沒有及時調(diào)整，使樁機和樁身不在同一條軸線上，故而出現(xiàn)偏打，造成爛樁。

  樁帽與樁徑配合不當，過松或過緊，樁帽應做成圓筒型，套樁頭用的筒體深度應取350mm～400mm為宜，內(nèi)徑比管樁外徑大20mm～30mm，這樣一方面保證錘頭、樁帽、樁身在同一條垂直線上，允許略有偏差，另一方面，使樁頭在錘擊過程中有一定的橫向變形余量。

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  預應力鋼筋的鐓頭不得凸出端板外，否則錘擊時，鐓頭凸出的縱向鋼筋變形大，它便擠壞鋼筋周邊混凝土，造成爛頭或鐓頭脫落。

  樁頭區(qū)段約3D～4D環(huán)向配筋不足或不勻，使包絡的芯部混凝土面積小，外部自由混凝土--保護層不足以抵御錘擊時的過大應力，有時也可能在生產(chǎn)過程中環(huán)筋松動，局部間距過大，環(huán)筋的直徑過小，裙板過窄，端板太薄也是不利因素。

  3、樁尖的受壓破壞--跪樁

  樁尖部位出現(xiàn)極其強烈的打擊阻力引起該部位的混凝土擊碎，這種情況往往在樁尖部位穿越基巖時就會遇到。在裸露巖石上打樁的樁尖壓應力理論上可以達到錘頭撞擊樁頭時所產(chǎn)生的壓應力的二倍。因此，當持力層選在中風化、微風化層、上層巖土薄而較軟時，施工要特別注意，不一定要打到設計高程，按最后十擊貫入度決定收錘，20～40mm十擊即可。

  持力層地形走向比較復雜，如管樁持力層坡度較大，容易造成樁尖（頭）滑動，這時樁尖段除受垂直壓力外還受橫向彎曲外力，極易造成樁尖破壞或蹩斷，如用十字扳形鋼樁尖時，遇到持力點坡度大，則往往一邊著力，而另一邊處于騰空狀態(tài)，則樁尖（頭）也易破碎，繼續(xù)施工便發(fā)現(xiàn)實際用樁米數(shù)與設計高程不符，進而檢查，便可發(fā)現(xiàn)底部混凝土碎塊，是棄而不用還是補樁，還是繼續(xù)施工達到收錘要求，要看現(xiàn)場情況而定，一般情況多數(shù)選擇繼續(xù)施，但該樁應做靜載試驗。

  4、橫向裂縫

  管樁是細長構件，它在吊裝、運輸、堆放環(huán)節(jié)中易受彎而產(chǎn)生橫向裂縫（也叫環(huán)裂），故植樁前要檢查，這里談的是施工過程中的橫向裂縫。

  據(jù)美國PCI-1994報告中指出，錘頭打擊樁頭時，樁頭會產(chǎn)生壓應力，這個應力以波的形式按大約3660m/s～4570m/s的速率沿樁體向下傳播，應力波的強度取決于錘頭沖擊速率、樁頭墊層、樁的結(jié)構特性和土壤的阻力，而應力波的波長主要取決于錘頭與墊層的接觸時間，長的接觸時間將減小打樁應力，沿樁身向下傳遞的壓應力會以拉應力或壓應力的形式從樁尖部反射上來。這取決于樁尖部的土壤阻力，如果樁尖部的土壤阻力很小或幾乎沒有，壓應力波就會以拉應力波的形式反射上來。樁體內(nèi)任意一點的凈拉應力等于沿樁體向下傳播的壓應力與沿體向上傳播拉應力的代數(shù)和。是否會出現(xiàn)臨界拉應力，將取決于最初的壓應力值和與樁長有關的應力的波長。為了防止樁的破壞，通常希望應力波長長些，如果樁尖部的土壤阻力非常大，則最初沿樁身向下傳遞的壓應力波將仍以壓力波的形式反射上來，在這種情況下，不會在樁體內(nèi)產(chǎn)生拉應力，而是在壓應力波到達樁體自由端后將以拉應力波的形式再反射回去，此時，在樁頭附近有可能出現(xiàn)臨界拉應力，概括起來，出現(xiàn)橫向裂縫的原因有以下幾個方面：

  1）樁頭墊層不合要求，就會產(chǎn)生高振幅和短波長的應力波，這兩種都是潛在的危險。

  2）當錘頭以高速率打擊樁體，便產(chǎn)生高振幅應力波，樁體內(nèi)的應力與錘擊速度成正比。

  3）在打15.2m長樁或更長樁時，要進行拉應力驗算，樁尖部阻力很小或幾乎沒有，樁內(nèi)就會出現(xiàn)臨界拉應力，當打擊拉應力大于混凝土極限拉應力與有效預壓應力總和時，將出現(xiàn)橫向裂縫。管樁按混凝土有效預壓應力值分為A型、AB型、B型、C型，其值分別為4  N/mm²、6 N/mm²、8 N/mm²、10 N/mm²，所以C型樁的耐打性要遠遠高于A型樁。

  5、管樁縱向裂縫與爆裂

  從預應力管樁生產(chǎn)工藝來看，只有在嚴寒冬季，又是蒸壓釜降溫操作不符合規(guī)程要求時，管樁溫度遠高于周圍環(huán)境溫度（150℃以上），由溫度應力造成的管樁外表面縱向裂縫。施工中的管樁縱裂往往發(fā)生在快收錘時刻，所以位置往往在樁頭部位，這是由于：

  1）樁頭壓應很大，由于材料屬性關系，此時的混凝土拉應力也很大。

  2）臨近收錘的最后階段，累計錘擊數(shù)已很高，疲勞現(xiàn)象使混凝土強度下降。

  3）樁到持力層時貫入度小，錘擊時，樁體震動猛烈，樁頭處造成細微裂縫。

  4）端頭板不平整或樁身不垂直，偏打，使應力集中加劇。

  5）樁頭段如環(huán)筋配筋率不足或直徑過小，裙板不符合要求，樁頭混凝土得不到很好的保護與加強。

  所謂管樁的內(nèi)部爆裂，觀其外表也是縱裂，但成因與上面的縱裂不同。爆裂的產(chǎn)生是因為管樁是未封口的中空構件，當在非常軟的半液態(tài)土壤中打樁時液體壓力增大引起所謂水錘的水力錘動現(xiàn)象，使管樁內(nèi)壁產(chǎn)生強大的壓力，管樁撐裂樁壁出現(xiàn)縱向裂縫。在砂層中打開口管樁時，也有可能造成由于泥砂堵塞而樁內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部爆裂。

  結(jié)語

  以上各條均屬工地常見之問題，分析不到之處望同行批評指正。

  參考文獻：

  1.《預應力混凝土管樁技術規(guī)程》DB29-110-2010

  2.國家行業(yè)標準JGJ94-2008《建筑樁基技術規(guī)范》

  3.美國PCI-1994報告《預應力混凝土樁設計、制造及實用指南》余洪方:譯，載于中國水泥制品工業(yè)協(xié)會系列技術資料96-4