预应力混凝土预制桩桩头爆桩原因分析及质量控制

刘洋LIU Yang

（中交一航局第四工程有限公司，南昌330004）

0 引言

近年来，随着施工技术的不断进步，建筑工程领域，逐步采用了预应力混凝土桩（PHZ）、高强混凝土管桩（PHC），该施工工艺具有良好的抗拉性能和极高的承载力，并在整个工程行业应用过程中取得比较好的效果。在施工中，虽然其过程比较简单，但却存在着比较多施工问题。在众多事故问题中，最最难分析和解决的就是桩头爆裂问题。在当今建筑施工设备不断发展的背景下，在打桩过程持续增加锤头重量，液压破碎锤应用技术的出现，增加了混凝土桩头损坏的概率。因此，锤击施工的控制对下个建造工程质量起着重要作用。

1 工程案例

1.1 施工背景

根据场地地质情况，该工程图书馆、博物馆及商业街抗拔桩采用了预制钢筋混凝土实心方桩，设计桩型为：JZHb-245-9.5,12B，锤击焊接桩、B组、桩长21.5m、截面450mm×450mm，总桩数1085根，共计23327.5m。桩混凝土强度等级为C30，采用钢帽“甲”，接头连接方式为B，桩基持力层为第5-1层粉质粘土，单桩承载力设计值抗拔700kN、承压1300kN。桩顶桩帽松散、弯曲，呈翘曲状破坏；末节桩桩顶桩帽以上混凝土粉碎状破坏，桩帽以下150~200mm范围混凝土呈块状破碎；末节桩桩顶150~200mm范围纵向受力钢筋弯折，箍筋拉裂，呈松散状破坏。见图1。

图1 锤击桩桩顶破坏主要形式

1.2 补桩流程

项目部似采取补桩加固处理的方式：将爆桩的明细及编号图（电子档）上报监理部、项目管理部、指挥部，项目管理和设计单位联系，并将爆桩资料移交设计单位，设计单位审核验算后出具详细的补桩施工图，如图2所示。

图2 补桩施工工序图

2 预制混凝土桩施工质量控制要点

2.1 加强桩身强度

为避免桩身整体强度不足的问题，技术管理人员应加强现场工程验收质量，采用回弹仪对预制桩结构，特别在桩头部分进行科学的检测。由于工艺和预制桩的选择，可能导致桩基施工的容错率有高有低，因此，必须及时咨询厂家并提高混凝土质量内控标准，以保证施工结构强度。

2.2 控制好桩头混凝土强度

考虑到存在混凝土桩头强度不足的问题，管理人员加强对桩头混凝土强度的质量验收，确保抗力强不符合工程质量要求的预制桩禁止进入施工现场。同时还要加强对混凝土预制桩厂家进行监控，严格控制生产厂家的生产过程。保证混凝土桩的稳定性和可靠性。

2.3 对混凝土桩结构进行养护控制

虽然规范要求在混凝土结构要求，要在养护完成24小时后才能使用混凝土预制桩，但由于液压锤的结构及质量比较大，而桩头的混凝土质量较脆，难以控制对混凝土预制桩质量控制。因此通常建议施工单位，在7龄自然固化完成后，在使用结构前保持混凝土桩的环境温度保持不变。另外要注意，生产厂家产品生产日期，是预制桩施工成型的日期，如进行蒸后养护后，其使用日期要推迟一天。

2.4 控制好桩头的混凝土粘结强度

考虑到桩头钢筋混凝土的粘结强度不足，技术人员必须加强对生产的监管，并在到货时加长滑轮内圈的结构钢筋。安装过程必须要满足密集区域50mm分布要求。安装环形钢筋时，须与末端分开。以保证柱头间的距离达到50mm，如果存在松动现象，要及时将边缘钢筋绑扎固定好。

2.5 必须要控制好桩头模板，防止渗漏问题

要有效预防桩头渗漏，避免引起的桩结构头强度不足，施工时模板的渗漏深度不能超过5mm，渗漏长度有超过300mm，累计长度不得超过工程施工要求。确证浇筑模板时，大于堆叠长度的10%。确保漏浆重叠长度小于100mm，如果超过，必须采取采取措施及时进行修补。施工时，钢板厚度不应小于1.5mm，并在使用前进行强度检验。

3 由于混凝土桩头倾斜，造成的桩头断裂问题

3.1 问题原因分析

①端板平面与堆垛轴线的方向不垂直。出现该质量问题的原因，是由于张紧螺钉未拧紧或螺钉弯曲所致。如果施工的是方桩，则是由于张紧器安装倾斜，或是施工的模具变形造成的。

②混凝土桩头有翻倒不正的钢筋，造成混凝土突出出现端板平面。造成此类问题的原因：是施工人员在满足安装要求之前，必须检查端板深度。但由于机器老化等因素影响，造成钢筋箍筋的头部有变形和突起。端板接触不良，制度厂对短头板形状进行改进，影响了结构低变形检测。造成结构中心是空心混凝土。更由于生产过程控制不来，导致混凝土桩头倾斜。

②桩的承载力取决于混凝土强度和桩结构的截面积大小。如混凝土不密实，存在空心、材料沉降小等原因，导致施工中砂浆渗漏，造成实际壁厚不足。因此桩基施工时，造成截面积不足，锤击压力的增大，造成桩头倾斜损坏。

3.2 质量控制要点

①考虑到存在端板平面与桩轴线方向的不垂直，施工企业应购买先进的试验设备，配合直尺成直角，进行全面的端板工程质量检验。保证结构的倾斜度满足工程设计和施工要求必要时增加衬垫以减少偏心力的产生。

②考虑到桩头存在倾斜、混凝土结构突出以及平整度差的问题，因此要加强对混凝土桩生产厂家的生产控制，如果混凝土桩不能拆桩，则必须通过折断解决。

②混凝土施工时配方必须可靠和稳定，当混凝土配制后，放置的时间过长导致性能弱化则要进行报废处理。浇筑时要保证垫圈绝对密封且无泄漏问题。确保套箍柔韧性和厚度符合工程施工要求。在组装模板时要保持清洁，并在送料、合模过程中注意结构的修复。

4 由于施工质量控制不善，导致桩头断裂事故分析

4.1 桩头爆裂问题原因分析

在液压锤进行打桩作业过程中，可能会造成桩头混凝土下落或部分结构产生爆裂。当液压锤击打桩头时，原本施工结构时存在的偏心问题或应力会瞬间加剧。桩头疲劳损坏的原因，是施工中受到不同程度的应力交替作用。其受力特点是定点受力或其中一侧大于压应力，会导致桩头损坏。如锤头继续敲击，会直接导致桩头结构将完全爆开。如在拉拔作业中，桩体垂直问题使拉应力过大，产生了横向了裂缝，造成断桩问题。

4.2 质量控制要点

①混凝土桩生产企业，在生产过程中，须严格遵守国家工程规范要求和图集设计规定进行制作，确保混凝土桩结构强度达到设计标准，确保桩帽混凝土质量符合规范要求。

②当混凝土桩进场使用前，技术管理人员将严格验收桩身质量，首先要确保外观质量合格，同时采取回弹仪和取芯检测等措施。以保证混凝土的强度合格，特别是桩头部分的混凝土强度必须满足工程设计要求。如果发现不符合图集规范的桩体，严禁使用并应立即拆除。

②技术人员要在认真查阅和了解地质报告的前提下，确定单桩承载力的特征值，选择合适预制桩类型和机械型号。如在施工中出现异常，施工单位必须将结果及时反馈给设计单位进行重新计算，并在工程开工前制定科学的施工解决方案。

④施工前技术人员要采取相关的桩头保护环措施，以保证桩头足够的缠绕力，防止出现混凝土爆裂质量事故。为增加稳桩阶段锤减震效果，施工人员应在桩帽上安装减震衬里。

⑤加强垂直度的控制，在混凝土桩施工过程中非常重要。垂直度是管理偏心力和降低断桩的重要指标。为保证打过程的桩垂直度，技术人员先要校正打桩机的垂直度，之后待混凝土桩稳定后，再进行校正桩的垂直度情况。

⑥控制好桩的类型选择，避免桩体过小造成压桩问题，同时也防止非垂直桩，其整体过大而下沉。要加强桩体制造过程的监督，特别是注意方形堆叠问题。如果出现砂浆面层过厚，很容易造成偏心力最终导致桩头爆破。因此，必须严格要求生产厂家严格控制砂浆和保护层的厚度。

⑦在桩体长度的选择上，如要使用组合桩，施工人员应尽量固定短桩，由于短桩稳定性较好，从而使断桩的可能性降到最低。

⑧施工中给料机的选择也非常重要。对于施工方桩和管桩而言，使用与桩型相同的送桩机。禁止混合使用不同规格的送桩机。在给料机与桩体头部接触的地方，有锥形的防滑定位装置，避免堆栈期间进料动作，使桩头产生偏心。导致桩体的受力不均而爆裂。送桩机和桩头间还应放置衬垫，以达到良好的减震目的和效果。

⑨在进行打桩作业过程中，施工人员必须要明确穿越硬土层时，会发生贯入量过小的现象，此时要立即停止施工。技术人员要根据现场情况，在悬桩施工之前，使用螺旋钻完成导孔施工。

5 桩身侧移或漂浮造成的桩头质量问题

5.1 原因分析

造成管桩侧移或漂浮的原因。首先是桩入地后，可能遇到大障碍物，桩端压向一侧。由于垂直度发生变化导致桩体发生弯曲。其次是施工桩数比较多，由于土饱和致密，造成桩间距变小。当桩体下沉时，土被收紧至坚固极限，造成挤压力增加使相邻桩浮起。另外是在软土施工中。在建造密桩时，由于桩沉降引起孔隙水压力增加，将相邻桩体推向一侧，而产生位移现象。

5.2 预防性措施

防止管桩侧移或漂浮的措施包括：施工前清除桩位下方的全部障碍物，同时仔细检查桩身构件。如发现桩身弯曲，或桩尖不在桩纵轴线上，必须及时进修正。在稳固桩身中，若桩身不垂直，施工人员应及时修正。在进行连接桩操作时，保持桩与底桩在同一轴线上，同时接头作业按规定操作。当遇到沙坑、盲沟等情况时，必须采取必要的排水措施。在塌桩期间不能进行挖基坑作用。待沉桩完成后，再间隔开挖。其间隔时间取决于地质条件、开挖的深度以及孔隙度等。

5.3 具体的桩体施工处理方法

为了避免使桩基浮起来，施工人员要在桩基完成后，拧紧桩身1至2次。同时，在全部桩基完成后，应在其固定后再进行开挖作业施工。并且要根据地基质量要求，其固定时间为7-21天不等。对于可能发生的桩基侧移问题，待桩基施工完成后，应进静载试验和应力试验，检查桩基施工是否符合要求。如施工质量不合格，必须及时进行调整。

6 管桩的终压与单叠承载能力存在差异造成桩头质量问题

6.1 原因分析

当管桩在静压作用下沉入土层，周围地面会受到压缩变质，经过长时间后，土壤孔隙水压会增加，形成再生区。造成桩周间距、以及抗剪强迅速降低，造成桩身下沉，桩压阻力来自穿入桩帽时的土体阻力。压桩抗力并不一定会随桩深而增加，而是因土体松软或是间距而波动。当停止压桩后，随着时间流逝，土体的触变性和孔隙水压力消散，造成土体固结以及抗剪强度降低。因此，静压桩的压力和承载能力是不同的。在施工过程中，地质情况不同。如砂层渗透系数高，孔隙中水压迅速消散。桩抗压强度与桩头土质性质有关。桩体上升是因桩侧和桩底应力共同作用的结果。当背衬层为砂土壤时，挤压砂粒间的摩擦力，其提供的反作用力，形成动态平衡状态。当施工停止后，砂粒结构会重新进行排列，降低了桩侧阻力，此时承载力应小于压力。对于小于10m的短桩而言，其承载力减少量更大。另外，在打桩中会出现伪固结现象，过段时间后会自动恢复行驶。当桩周土为粘土时，此时的短桩承载力也不会超过极限压力。

6.2 处理方法

工程人员要在设计、施工和质量检查过程中达成共识：明确极限桩压和极限承载力的不同，但同时其又有一定的联系。以下关系根据多个工程实例提出。在沙质土中L<15m，R=（0.5～0.7）N；在粘性土壤施工时：L<15m，R=（0.6～0.8）N；L为桩长，R为静压极限承载力，N为静压值。

7 混凝土桩施工质量控制措施

在锤击管桩之前，施工人员应将场地平整。并进行全面地质测量和沉降研究。其主要质量控制内容包括，打桩前的质量检验、过程控制以及严格控制开挖和打入桩工作的质量验收。只有认真执行工程质量控制，才能保证项目的有效实施，防止桩爆问题发生。技术人员在钻孔前，应详细进行施工现场勘察，核实图纸与现场是否一致，施工顺序的合理性以及锤头的选择是否满足工程要求。管桩进场后，要检查相关的质量保证资料是否齐全，以及是否符合质量要求。其次，检查外观，检查结构否有存在破损、裂缝以及检查混凝土结构是否存在空洞现象。必要时可以穿刺管桩结构，检查其钢筋质量。在施工中，施工人员要应严格控制桩身垂直度、桩尖间隙和连接质量。禁止让桩基夹住桩体。此外，桩身、桩头要保证其垂直性，同时要选择合适弹力垫。针对因砂层结构密实而产生的爆桩现象，施工人员可采用抽土法或喷气法等措施。送桩期间不能开挖基坑。待沉桩工作完成后，根据场地条件、深度和施工面积，在科学的间隔时间再后进行开挖。以保证桩的密度以及孔隙压力的均匀分布。施工完成后，从两个方向控制基坑开挖和打桩工作。基坑开挖中，合理组织顺序，防止桩身塌落。考虑到开挖作业，对桩基可能产生影响，因此要根据情况使用沙坑或盲沟等防护措施。并在施工完成后，对桩位和其垂直度进行验证。

8 结束语

在施工过程中爆桩问题的不断提高，其原因是桩头爆破问题，而桩头爆破的原因很多，如桩身问题、施工技术等。但在实际出现爆桩质量事故很难明确区分，基于此，本文针对常见爆桩质量问题进行了深入探讨，希望能在此全面分析和经验总结的基础上，为同类工程项目的施工提供一定的参考。同时，也要加强对预制桩生产企业设计、生产、检验等过程进行全面的监管，以保证混凝土桩的生产品质，促进工程项目高效完成。