预应力管桩锤击和静压施工方法应注意的问题

许志海

【摘要】为减少混凝土预制桩的钢筋用量、提高桩的承载力和抗裂性，可采用预应力混凝土桩。混凝土预制桩能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快，是广泛应用的桩型之一，但其施工对周围环境影响较大。本文对混凝土预制桩的分类及预应力管桩基础在采用锤击法和静压法施工中应注意的问题给出了介绍。

【关键词】混凝土预制桩分类；锤击法沉桩；断桩原因；静压法沉桩

前言

随着我国高层建筑，尤其是高层住宅的大量涌现，预应力管桩基础在一些地区运用愈来愈广泛。预制桩根据所用材料的不同，可分为混凝土预制桩、钢桩和木桩三类。混凝土预制桩常用的有混凝土实心方桩和预应力混凝土空心管桩；钢桩主要是钢管桩和H型钢桩两种；木桩目前只在一些层数较低、荷载较轻的建筑物地基或遇局部暗塘的情况，采用它进行处理地基，木桩在工程中已很少使用。

混凝土预制桩的横截面有方、圆等各种形状，预制桩可以在工厂生产，也可现场预制。现场预制桩的长度一般在25～30m以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过12m，沉桩是在现场连接到所需长度。

1.预应力混凝土管桩采用先张法预应力工艺和离心成型法制作

经高压蒸气养护生产的为预应力高强度混凝土管桩（PHC桩），其桩身离心混凝土强度等级不低于C80；未经高压蒸气养护生产的为预应力混凝土管桩（PC桩），其桩身离心混凝土强度等级C60～C80。管桩按外径分为300mm、400mm、500mm、600mm和700mm、800mm、1000mm、1200m、1300mm、1400mm等规格，建筑中的常用管桩规格为300mm、400mm、500mm和600mm。300mm管桩今后要逐步淘汰。管桩按混凝土有效预压应力值分为A型、AB型、B型和C型，其有效预压应力值分别为4MPa、6MPa、8MPa和10MPa。重要工程都要选用AB型或B型桩；静压用桩广东大部分选用厚壁的AB型桩。今后A型桩也逐步少用。

到目前为止全国还没有一本专门的管桩基础技术规范；国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002和行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94–2008第七章有部分预制桩的内容；各省（市）地方标准《管桩基础技术规程》，其中浙江、福建、辽宁、云南、黑龙江、湖北、吉林、广西、山东、广东等省（市）都陆续出台了有关规程。

2.管桩基础的主要施工方法

2.1锤击法沉桩是用桩锤将桩击入地基中的施工方法

目前常用的施工机械有柴油锤、液压锤，适用于地基土为松散的碎石土、砂土、粉土以及可塑粘性土的情况。打桩锤击力属冲击动力，预应力管桩较耐打，在强力冲击下具有较强的穿透能力，大量工程实践表明，使用D45以上重型柴油锤可使其穿透5～6m厚的密实砂层或河卵石层，桩尖进入N≥50（N为修正后的标准贯入击数）的强风化岩层1～2m或密实卵石层1～2m，但不能打入中风化岩层[2]。当遇到以下巖层时应慎用锤击法沉桩，①桩端持力层为遇水易软化且埋藏较浅的风化岩；②地下水或地基土对管桩的混凝土、钢筋及钢零部件有强腐蚀作用的岩土层。如桩尖附近有水，强风化泥岩遇水就软化，含泥较多的强风化花岗岩体遇水发生崩解，于是桩端土承载力大大降低。

锤击法沉桩产生断桩现象的原因：

持力层以上的覆盖层中含有较多且难以清除又严重影响打桩的孤石、风化球或其它障碍物；持力层以上含有不适宜作桩端持力层且不易贯穿的硬夹层；基岩面上没有合适持力层的岩溶地层；持力层以上无硬度渐变的缓冲土层，如普通的土层直接进入中风化；淤泥、松散砂层直接进入强风化；非岩溶地区基岩以上为淤泥等松软土层，其下直接为中风化、微风化岩层；或中风化岩面上只有较薄的强风化层；岩溶地区，即石灰岩地区，其特点为石灰岩基本无风化现象，即没有全风化、强风化、中风化之分，直接为微风化状，强度达40～50MPa以上，但存在严重的地下水溶蚀现象，故常见较多的溶洞、土洞发育，由于基岩处通常有较为丰富的地下水冲蚀，故上部土层愈接近岩面则愈软，承载力也愈低，甚至存在空洞（土洞）这种地质条件俗称“上软下硬、软硬突变”。

1.2静压法沉桩是采用静力压桩机将预制桩压入地基中的施工方法

目前常用的机械有抱压式液压压桩机、顶压式液压压桩机、抱压顶压联合式液压压桩机、抱压振动液压压桩机。使用最多的是抱压式液压压桩机，常用的压桩力为200吨、300吨、400吨、500吨甚至600吨，可压直径300mm～600mm的管桩。静压桩的桩端持力层可选择在硬塑～坚硬粘土层；中密～密实的砂土层、河卵石层；全风化岩层或强风化岩层中，其上覆土层一般来说较软弱。压桩力属静力，造成桩的穿透能力相对较小，但也并非仅能穿透软弱土层，实践证明压桩力≥4000kN的静压桩也可穿透2～3m厚的密实砂层，桩尖到达N=50（N为修正后的标准贯入击数）的强风化岩表面。静压桩沉桩穿越的土层一般是软弱松散的，含水量较高，孔隙比较大。当预制桩在垂直静压力作用下沉入地基土中时，桩尖直接使土体产生冲剪破坏，同时桩周土体也产生剪切挤压破坏，孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生了超孔隙水压力，扰动了土体结构，使桩周一定范围内的土体抗剪强度降低，粘性土发生严重软化，粉土砂土发生稠化，此时桩身容易下沉。一旦压桩终止并随着时间的推延，桩周土的触变时效和固结时效体现出来，土体中的孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，土的抗力逐渐恢复，甚至超过其原始强度。

为减少挤土影响，确定沉桩顺序的原则如下：①从中间向四周沉设，由中及外；②从靠近现有建筑物最近的桩位开始沉设，由近及远；③先沉设入土深度深的桩，由深及浅；④先沉设断面大的桩，由大及小。⑤先沉设长度大的桩，由长及短。静压桩施工对表土层承载力有较高要求，勘察时应采用轻便动力触探、取土样、标准贯入试验等手段准确查明表层3m土层的承载能力。场地地基承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍，且场地应平整[3]。一般600～700t重的压桩机，接地压强高达140～160kPa，如果工地现场没有这么高的地耐力，加上压桩机来回行走，压桩机就会发生陷机，容易将已压入土层且送桩深度较浅的基桩挤弯挤断。陷机产生的侧向压力会使浅表土体发生水平位移，从而导致附近已施工基桩及市政设施、民宅等产生不同程度的损坏。陷机处凡桩顶深度<2.5m的基桩都会受到侧向压力的影响，轻则倾斜，重则断裂。桩顶愈浅，被推断的概率愈大，特别是桩顶深度<1.5m时，其被推断的概率高达90%。压桩施工主要存在的一些问题如下：①小桩机充大桩机，小机压大桩；②大桩机压小桩，虽然配重达到终压力的要求，但容易把桩身抱压碎裂；③施工场地太软而未做处理，容易发生陷机现象；④管桩的椭圆度不符合要求，两侧合缝位置没有避开夹桩机构夹块的直接挤压；⑤终压时稳压时间太长，终压力超过桩身抱压允许压桩力。

3.结语

从总体上看，当地质条件大致相同时，静压桩的桩长通常要比锤击桩短1～2m，有时甚至短3～4m。锤击法沉桩伴有噪声、振动和地层扰动等问题，在城市建设中应考虑其对环境的影响。施工中产生的固体废弃物的堆放、产生的噪音污染及废气排放必须按《中华人民共和国环境保护法》等有关法规执行。静压法沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力、施工应力小、桩顶不易损坏和沉桩精度较高等特点。但较长桩分节压入时，接头较多会影响压桩的效率。

参考文献：

[1] 基础工程 中国建筑工业出版社

[2] 《有关管桩基础的几个问题》王离

[3] 建筑桩基技术规范 JGJ94-2008