［摘要］ 打入桩的质量受设计、地质、施工等因素影响，结合工程实例，分析管桩施工容易出现的质量问题。
［关键词］ 预应力管桩；贯入度控制；冲击力；桩头破碎；桩的强度
［中图分类号］ TU473.1+3 ［文献标识码］ B［文章编号］ 1672!9943（2006）06!0092!03
1 工程概况
某工程设计桩为端承摩擦桩，桩型选用先张法预应力混凝土管桩PC- 500 (100)A- C60- 21，无桩尖。设计单桩极限承载力1 820 kN。施工采用锤击法沉桩，锤型有DD40、DD63 导杆柴油锤及D50 筒式柴油锤，DD40、DD63 导杆柴油锤落距为1.8~2.3 m，D50 筒式锤为1.6~2.0 m，设计以标高控制为主，贯入度为辅，贯入度控制标准为D50 筒式柴油锤为30~50 mm/10 击、D63 导杆柴油锤为20~30 mm/10 击、D40 导杆柴油锤为10~20 mm/10 击，实际施工中最后收锤贯入度为10～350 mm/10 击，场内地质条件复杂，地层综合性质如表1 所示。
场地土类型为中软场地土，综合判定场地液化等级为轻微，场内（1）~（7）层及其以上土层分布稳定，工程性质较差，压缩性高~中等，承载力低~中等，层（8）粉土分布极不稳定，下部较密实为粉砂，局部颗粒较粗，静力触探难钻进。
2 施工情况介绍
本工程工期紧，中标后立即组织施工，未能对施工工艺、沉桩可能性、承载力进行验算。本工程共沉桩1 796 根，其中有1 600 根沉桩至设计标高，最后收锤贯入度为6～35 cm/10 击，大多数为20cm/10 击左右，其它196 根未能达到设计标高（因分布较为集中、地层硬，安排两台DD63 导杆柴油锤和三台D50 筒式柴油锤施打），最后收锤贯入度为1～5 cm/10 击，其中130 根桩头破碎（D50 筒式柴油锤施打），66 根桩头未碎（DD63 导杆柴油锤施打），但因贯入度较小停止施打。未达到设计标高的桩桩底基本上都位于（8）层粉土或（11）- 1 砂夹粘土。施工中DD63 导杆柴油锤停止沉桩控制按2～3 cm/10 击，D50 筒式柴油锤停止沉桩控制按3～5 cm/10 击。
工程完工后静载荷试验结果表明，贯入度大于5 cm/10 击达到设计标高的桩极限承载力满足设计要求，而贯入度小于5 cm/10 击未能达到设计标高的桩，承载力并不一定能满足设计要求。部分桩沉桩情况如表2 所示。
3 承载力不足分析
根据以往施工经验及桩基规范指导参考说明，采用D50 筒式柴油锤打桩，最后贯入度3～5 cm/10 击的单桩极限承载力约为3 000～5 000 kN,本工程不一定能满足1 820 kN,对此有如下分析：
（1）主要原因为桩长不够。本工程桩顶荷载主要由侧阻力承受，贯入度的灵敏度较低，在密实的粉土和砂层中打桩，刚收锤实贯入度很小，出现假凝现象，此时继续施打造成桩头破碎后拒锤，此时收锤贯入度表面上满足要求，如过一段时间再打，由于砂粒的松弛时效影响，贯入度又变大了，可以继续沉桩。现根据《建筑桩基技术规范》JGJ94- 94提供的5.2.8 公式根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系验算单桩竖向极限承载力标准值Quk, Quk=Qsk+Qpk=uΣqsik·Li+qpk·Ap。式中，Qsk 为单桩总极限侧阻力标准值；Qpk 为单桩总极限端阻力标准值；u 为桩身周长；qsik 为单桩第i 层土的极限侧阻力标准值；Li 为桩穿越第i 层土的厚度；qpk为极限端阻力标准值；Ap 为桩端面积。预制桩各主要土层桩基础设计参数如表3 所示。
因工勘未给（12）层土的计算参数，只对2#、4#、5# 桩进行了验算，结果如下：2# 单桩极限承载力2 183 kN,4# 单桩极限承载力1 695 kN，5# 单桩极限承载力1 724 kN, 计算结果比静载试验结果相近，略大一些。
（2）无桩尖，打桩时土进入桩内约1/3～1/2，桩的闭塞效应差，地表水沿管壁内侧渗入到桩端，对桩端土有一定的湿化软化作用，使端阻力降低。
（3）地表范围以下约8 倍桩径长的土层，因打桩土引起侧向晃动，桩土间形成间隙，地表水沿间隙渗入，使侧阻力基本丧失，再向下（8～16）倍桩径长范围内土层桩侧阻力有所降低。
（4）施工顺序不当和因贯入度小常时间施打造成先打桩出现上浮，端阻力丧失或降低。
（5）桩的恢复期不足或本桩成桩时间已够但临近桩后施工对其造成扰动。
4 桩头及桩身破坏原因分析
本工程承载力不足的主要原因为桩长不够，而造成桩长不够的主要原因又为桩头破碎，下面对桩头破碎的原因进行分析。
（1）冲击力分析。
PC- 500 (100)A- C60 管桩的桩身材料轴心抗压强度设计值fc=27.5（N/mm2），桩身混凝土的有效预压应力δpc 为4.07 MPa，桩锤击时的压应力应小于桩身材料的轴心抗压强度设计值，锤击拉应力应小于有效预压应力。D50 筒式柴油锤的冲击力为5 000 kN,锤击能量利用率约为80%，约为4 000 kN 桩顶的锤击压应力则为31.8 MPa，锤击拉应力δt 为(0.25～0.33)δp,取中间值，则为9.23 MPa。
桩锤击时的压应力31.8 MPa 大于桩身，材料的轴心抗压强度设计值27.5 MPa，锤击拉应力9.23 MPa大于有预压力4.07 MPa 两个条件都超过规定。因该区上部土层为软土，当在软土中打桩时，桩端阻力不大，桩顶压缩波向下传递达桩底端，以张力波向上反射，于桩下部压缩波于张力波迭加，故桩身锤击应力不大，不容易损坏。当桩底端遇到密实的持力层时，桩端阻力增大，压缩应力波由桩顶向下传递到桩底端后，反射的应力波仍为压缩波，反射的压缩波向上传递达桩顶，使锤上跳，当锤与桩顶脱开后，压缩波又反射为张力波，会使桩顶发生张力破坏，张力波向下传递到桩底端，会使桩反弹上抬或使桩底端与持力层间的接触变松。预应力管桩到达持力层是一个能量积聚的过程，桩锤打一下管桩，桩就向下贯入一下，也就将桩尖四周和桩底的土挤压一下，如此不断的锤击，不断贯入，不断压实，最后到达持力层，满足承载力要求，在锤击过程中，大部分的锤击能量是用来克服桩周摩擦阻力和压缩桩底土层，只有小部分锤击能量使桩身产生弹塑性压缩，因此桩身完整不易破损。如突然遇到密实的持力层，上部桩四周又都是摩擦力很小的松软层，少了缓冲层，强大的打桩冲击力会全部传向桩尖，并由桩底处再以压力波的形式反射回来，使桩身混凝土容易破坏。根据一些试验结果表明，28 d 强度的混凝土，当锤击压应力为混凝土强度的75%锤击800 次就破坏，当锤击压应力为45%～57%时，锤击2 000 次就破坏。一般要求锤击压应力不大于混凝土强度的50%，才可以施工。注意：在本工程施工过程中，出现几根桩在施打过程中，当贯入度比较小时但突然增大下沉，当时估计是桩身破碎，后经低应变检测证实为桩身混凝土破碎，这也从侧面证实了锤击力偏大，混凝土强度偏低。
（2）设计选用桩型不当。
设计持力层为（8）层粉土、（11）- 1 层粘土，设计承载力1 820 kN，单桩桩身强度竖向承载力设计取值1 820 kN，小于单桩桩身强度竖向承载力设计值Rp，即Rp=0.75（fc- δpc）Ap=2 210 kN，符合规范规定。而并未考虑到穿透该层硬夹层的施工条件。图集及规范建议对需穿透硬夹层的桩，宜选用强度较高的PHC（B）或PHC（AB）型桩且带有开口的钢桩尖。
（3）混凝土的龄期。
该工程桩采用常压蒸养，并未使用高压蒸养。工期紧张，桩供应不足，桩送到工地即进行施打，强度不一定能满足，强度满足了龄期不足，对抗裂性有影响，容易发生脆性断裂，经长时间锤击或锤击拉应力稍大，便会产生裂缝，造成桩身被打烂。
（4）桩偏击造成应力集中，又分以下几种情况：
预应力主筋的墩头高出桩端面；桩端平整度不符合要求及端板倾斜；桩帽过大，锤击时桩在桩帽内晃动造成偏心锤击；在施工过程中，用经纬仪进行校正垂直度，随打随调保证垂直度，表面上符合要求，但不一定能保证不是偏心锤击，如发现桩帽有前后或左右颤抖（很微小），提起桩帽便发现桩身已倾斜，只是因桩帽的固定作用桩被强行调直，此时桩就是偏心锤击。如果把机架调为和桩顺势平行，就不会偏击。
（5）桩垫厚度不够或桩垫使用时间长了未及时更换，造成厚度不均偏心锤击。
（6）锤击时间过长，总锤击数高或每米锤击数过多。
（7）管桩制作时，桩头跑浆形成空洞。
5 结语
综上所述，在预应力管桩施工之前，应对岩土工程勘察报告进行认真分析，验算桩基承载力，并对施工工艺、沉桩的可能性进行分析。在施工过程中，要认真分析各种施工情况，不要被一些经验假象蒙蔽，以免对工程的质量、进度、安全带来一定的影响。
