浅谈预应力空心方桩施工质量问题和预防措施

文/梁军起 上海三凯工程咨询有限公司 上海 201084

1、前言

先张法预应力混凝土空心方桩（以下简称预应力空心方桩）是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由正方形桩身、端头板和钢套箍等组成。

预应力空心方桩因质量可靠、价格适中、施工方便且工期短等优点在大量工程实践中得到应用，在浙江省和沿海发达地区空心方桩应用量占桩基总数的80%以上，该趋势在全国各地蔓延，尤其是采用机械快速接头技术可实现在北方严寒冬季进行施丁。使空心方桩的适用性进一步得到提高。但近年部分空心方桩的质量有所下降，施工中不断遇到断桩、裂桩、打烂桩头等现象.造成很大的经济损失，因此我们必须在预防空心方桩质量通病方面采取一系列措施，提高空心方桩的生产工艺水平。

2、空心方桩的特点及应用范围和条件

空心方桩桩节由筒体的预应力混凝土桩身和两端的钢端板及裙板（钢套箍）组成。桩节长一般为4～13m不等。有高压蒸养釜的厂家，生产HKFZ桩（桩身混凝土强度等级≥C80），一般厂家生产KFZ桩，空心方桩接驳采用端头板电焊焊接法，桩尖用封口十字刃钢桩尖。

一般情况下，空心方桩有如下特点：①外表面积大且成方型或多边角型，在土层中桩体与土的休止角比圆型的外表大得多，这就意味着空心方桩比管桩在同等地质条件下能获得更大的承载力，为工程省下大量的基础资金；②方桩的理论计算抗剪力是同等管桩的2～3倍，据日本建设省的实际测试，是管桩的4.5倍，这说明空心方桩的抗震性能非常优越，很值得在多震的区域及高层建筑、大面积地下室的建筑物基础中推广使用，从而使得空心方桩具有设计选用范围广，容易布桩的特点；③对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强；④运输吊装方便；⑤施工前期准备时间短；⑥施工速度快，工期短；⑦施工现场简洁；⑧桩身耐打，穿透能力强；⑨成桩质量监测方便。

空心方桩的应用条件：空心方桩适宜应用在基岩埋藏深、强风化岩层或风化残积土层厚的地质条件，空心方桩的持力层。一般选在强风化岩层。桩尖进入强化岩层l～2m，一般可满足设计承载力要求，且沉降量与冲钻孔桩差不多。在风化残积土厚度大于7～8m时，桩尖持力层选在坚硬的残积土层中也可满足设计承载力和沉降要求。

空心方桩应用也有其缺点和局限性，用柴油锤施打噪音大，震动剧烈，挤土影响大；当基坑较深（如有几层地下室时），由于送桩长度的限制，在开挖后截去的余桩较多。在某些工程地质条件下也不宜应用预应力空心方桩：①孤石和障碍物多的地层；②有坚硬隔层的地区；③石灰岩地区；④从软塑层突变到特别坚硬层地区。

3、预应力空心方桩施工中的质量问题

3.1 桩身断裂

桩身断裂是一种较为常见的质量问题，在施打过程中一般不易被发现，很多情况下都足在打桩完成后通过检测才能发现，引起的原因有以下几个方面。首先预应力空心方桩制作时所用原材料如水泥.砂、石不符合要求致使桩身局部强度够，桩身存制作时就存在薄弱部位，施打时薄弱部位易出现断裂，或者制作时几何尺寸偏差过大，桩身弯曲超过规范要求，这样桩尖偏离桩纵轴线，锤击沉桩时因弯曲导致断裂其次地层中存在空心方桩难以穿过的坚硬障碍物，或者存在较厚松软的上覆土层，而强风化层很薄甚至没有，施打时桩尖直接进入坚硬的中风化层，这些情况下施打时反弹特别强烈，有时桩犬被挤向一侧，容易出现断裂，再从预应力空心方桩的力学性能分析，桩在反复施打过程中，桩身承受拉、应力作用，当拉应力超过抗拉强度桩身会出现裂缝，甚至发生破碎。另外收锤标准过严，设计桩尖持力层不当或进入持力层深度过大也是原因之一。

3.2 桩顶碎裂

桩顶碎裂也即接施打中桩顶混凝土被打碎，主要有以下几个方面的原因。首先桩顶局部抗冲击强度不够，桩顶面凹凸不平，沉桩时未加缓冲垫、缓冲垫不符合要求或者缓冲挚损坏后未及时更换。其次施工机具选择与操作不当，例如选用桩锤自由落距过大，都会导致桩顶承受过大的冲击荷载而碎裂。未充分参考地质条件和当地的成功经验，选择收锤标准过严、设计选择桩尖持力层不当或要求进入持力层深度过多也是造成桩顶碎裂的一个重要原因。

3.3 桩顶位移

桩顶位移也即桩发生过大的横向位移或者桩身上升，主要是由于桩位放线不准、偏差过大或者放线后管理不严，桩位标志丢失、偏移，这些都会造成桩位错位过大。其次本地区软土地基较多，如桩较密施工中沉桩引起的空隙压力把相邻的桩推向一侧或涌起，同时沉桩时土被挤密而向上隆起，相邻桩也会破涌起。

3.4 桩身倾斜

桩身倾斜即桩身垂直偏差过大，主要原因是打桩机架固定时不垂直或者施工过程中发生倾斜而未及时纠正，稳桩时桩不垂直或者桩帽、桩锤和桩不在同一直线上。

3.5 接桩处脱裂

接桩处脱裂也接桩处经过锤击后，因焊接质量不符合要求，出现松脱开裂等现象，主要原因是焊接时未严格按焊接操作规程进行，导致焊接质量不好或者接桩时两节桩不在同一轴线l，接桩处产生偏位，锤击时接桩处局部产生应力集中而破坏连接。

3.6 收锤控制达不到设计要求

预应力空心方桩的收锤标准一般以最后三击贯入度为主，同时参考入土深度，总锤击数，最后一米锤数、但实际工程中有时达不到设计要最终控制要求，这主要有以下几个方面的原因，首先地质勘探资料不准确或不详细，未能全面反映地质情况，或者地质情况较复杂，存在障碍物 夹层等地质资料未能说明，这些都会导致施工时不能达到设汁控制标准要求 其次群桩施工会引起破挤密，这样后施工的桩有时不能达到入土深度的要求，另外如桩锤选择太小也会使沉桩达不到设计控制要求。

4、预应力空心方桩施工中的质量控制与处理

预应力空心方桩施工质量控制主要包括桩身质量和打桩机具、桩位、打桩顺序、桩身垂直度、收锤标准、桩的连接和加强施工质量管理等方面的质量控制。

4.1 桩身质量和打桩机具

桩身质量是预应力空心方桩工程质量的基础，应按有关规范的规定和设计要求进行现场检查，并检查出厂合格证；打桩机具必须能正常准确地操作并且通过年检合格。

4.2 桩位

打桩前对已做的桩位标志进行复核，严格控制其偏差在规范允许范围内，同时在施打过程中应进一步进行复检，防止因打桩造成土的挤密涌起而产生桩位标志的移动。

4.3 打桩顺序

为防止出现过大的桩顶位移应选择正确的打桩顺序，一般宜先深后浅桩，先大桩后小桩，先中间施打后向四周施打或隔行施打。

4.4 桩身垂直度

打桩机保持稳固垂直，桩锤、桩帽和桩身保持在同一轴线上，同时施工过程中经常进行检查，发现偏斜及时纠正。

4.5 收锤标准

收锤标准必须根据工程地质情况和当地以往的经验通过试打傩确定，一般以贯入度作为主要控制标准，同时也要考虑实际入土深度和总锤击数、最后一米锤击数。同时如施打过程中遇到：贯入度突变，桩身突然发生倾斜、移位、下沉或施打时严重回弹，桩身破坏等情况应立即停止施打，待会同设汁、监理、监督等单位共同处理再继续下一工序

4.6 接桩

目前一般采用焊接接桩，焊接质量很大程度上决定了接桩的质量，因此应严格按焊接操作规程进焊接，同时控制上下两节桩连接的中心偏差。

4.7 施工质量管理

实际工程中相当一部分质量问题都是由施工中的人为因素引起，如施工人员未做到持 证上岗，不具备相应资质，管理人员责任心不强，技术素养不够，建设、施工、设计、监理和监督单位职责不清，未能形成良好的质保体系，对此应加强管理，有关各方必须严格按有关法规进行操作，建立起相应的质保体系。

结语：

先张法预应力空心方桩静压施工受到施工过程中各个环节影响，施工阶段的质量控制工作要求各方人员积极配合，认真研究、分析，在整个施工过程做好事前控制、事中控制和事后控制，针对特殊环节、特殊工序采取相应的施工措施，确保施工质量，以达到预期目的。