文／梁为群 广西防城港核电有限公司 广西防城港 538001

引言：

基础是建构筑物中将结构各种荷载传递到地基上的结构组成部分，只有基础埋入地下承载力大、变形小、稳定性强的持力层，建构筑物结构才能安全稳固。在众多基础形式中，钢筋混凝土预制桩是常见的基础形式，其突出优势在于机械化程度高、施工简单、工期短、承载力高、沉降变形小，契合当前建筑行业装配式发展趋势，从而获得了广泛应用。

钢筋混凝土预制桩，是指在工厂或施工现场内预制，经过养护强度达标后，运到施工现场，再经过静压、锤击等方式就位的基础形式，相应地，沉桩方法可分为静压法、锤击法。

1、预制桩沉桩方法

1.1 预制桩静压法

静压法沉桩，是借助桩架自重和配重，通过压梁或压柱将整个桩架自重和配重以卷扬机，或液压泵方式施加在桩顶或桩身上，桩在自重和静压力作用下逐渐被压入地基土中。静压法沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力等优点，适用于均质软土地基。

1.2 预制桩锤击法

锤击法，指利用桩锤下落时产生的冲击力，使桩产生冲击能，克服土体对桩的阻力，使桩体下沉，业复锤击桩头，桩身不断地沉入土中，直至最终标高。这种施工方式适用于桩径较小，地基土质为可塑黏性土、砂土粉土、细砂及松散的不含大卵石或漂石的碎石类土。锤击时的振动和噪声较大.对周围环境影响较大。

1.3 预制桩优缺点

钢筋混凝土预制桩是使用较为广泛的一种桩型，其具有5 项显著的优点：一是钢筋混凝土桩能穿过不良地层，直达稳定持力层，基础承载力高、沉降变形小。二是可提前制作桩身，与现场其他工作同步开展，缩短总工期。三是材料易得，钢筋混凝土是通用的建筑材料，随处可得，材料价格较低。四是桩身质量稳定可靠，采取工厂化预制，工艺成熟，施工环境条件良好。相比于灌注桩，预制过程不是隐蔽施工，预制时可以及时发现质量问题并处理；五是施工机械化程度高，效率高，节省人工。

结合工程实践，钢筋混凝土预制桩也存在3 项缺点：一是沉桩施工受挤土影响明显，贯穿厚砂层或硬土层困难，桩载面和沉桩深度有限；二是起吊、运输、沉桩等各阶段对桩身均有不同程度作用力，对桩身有不利影响；三是采取锤击法沉桩施工时候，噪声较大。

目前，随着我国工程机械化快速发展，大型静压沉桩机械广泛开发应用，逐渐克服厚砂层或硬土层难以沉桩的影响。

对比目前常用的桩基形式，钢筋混凝土预制桩整体上技术优势明显，详见表1：

表1

钢筋混凝土预制桩优势明显、工期短、承载力大、机械化程度高、人工少，契合当前建筑行业装配式发展趋势，从而获得了广泛的应用。

2、施工工艺

按沉桩方法，钢筋混凝土预制桩有2 种常用的施工方法：静压法、锤击法。

2.1 静压法

静压法的施工工序共5 个步骤：桩身预制→吊装运输→静压沉桩→截桩。

2.1.1 桩身预制

预制桩一般采取间隔重叠法制作，工艺过程为：

制作场地压实、整平→场地地坪浇筑→支设桩身模板→绑扎钢筋→浇筑桩身混凝土→养护至30%强度后拆模→支设间隔端头模板并浇筑混凝土→刷桩身隔离剂→绑扎桩身钢筋→浇筑间隔桩身混凝土→重复上述第3-10步骤制作第二层桩。

预制要求：一般采用不低于32.5 的普通硅酸盐水泥，混凝土强度等级≥30MPa。采用锤击打入的桩身配筋率≥0.8%，采用静压的桩身配筋率≥0.6%，主筋直径≥14mm,主筋连接宜采用对焊，同一截面接头面积≤50%，相邻主筋接头距离≥35 倍主筋直径，桩身两端设置箍筋加密区，钢筋保护层≥40mm。浇筑应由桩顶往桩尖连续进行，不得中断形成冷缝。桩的总长度包括桩身、接头、桩尖。桩外观不应有蜂窝、露筋、孔洞、裂缝宽度≤0.25mm、裂缝长度≤0.5 倍边长。桩身尺寸偏差应符合相关规范规定。

2.1.2 吊装运输

预制桩的起吊要求如下：

桩身混凝土达设计强度的70%方可起吊，达100%时方可运输与堆放。吊点数目应符合设计规定，位置随桩长而异，按照桩身业力相等的原则计算确定。

单点吊装，吊点位置要求如下图1：

图1

2 点、3 点吊装，吊点位置要求如下图2：

图2

4 点吊装，吊点位置要求如下图3：

图3

2.1.3 静压沉桩

静压沉桩的原理为采用桩机自重及其配重作为业力，克服桩身进入土体时的桩侧摩阻力和桩端阻力。沉桩过程中，周围土体发生迅速激烈的挤压，土中孔隙水压力快速升高，土中有效应力则迅速降低，桩身得以下沉。静压沉桩特点：无振动、无噪音、对周围环境影响小，适合在城市中施工，桩的断面和配筋可以减小，适用于高压缩性粘土层或砂性较轻的软粘土层。

静力压桩机的选择，综合桩长、穿越土层和桩端土的性质等来考虑。其中，最大压桩力不得小于设计的单桩竖向极限承载力标准值。静压沉桩一般采取分段压入、逐段接长的方式，具体压桩程序：测量定位→桩机就位、对中、调直→压桩→接桩→再压桩→送桩→终止压桩。第一节桩的位置及垂直度非常关键。首先要找准桩位，通过对中确定正确桩位；其次，桩入土1m 时，测量调整桩身在两个方向垂直度，通过调直保证桩身垂直。在压桩过程中，要记录好桩的入土深度及压力，两者存在对应关系，可以判断桩的质量和承载力。送桩操作，当桩顶靠近地面，然而压桩力未达到规定值，可通过套接在桩顶上的长替打传递静压力。

终止压桩的原则：一是跟踪现场试压桩试验确定终压力标准；二是终压连续复压次数根据桩长和地质条件确定，桩长≥8m 时应复压2 至3 次，业之应为3 至5 次。三是稳压压桩力不得小于终压力，稳定压桩时间应5 至10 秒。

2.1.4 截桩

当桩顶高出地面，但是压桩力已达到设计要求时，需要把多余的桩头截掉。

2.2 锤击法

锤击法施工工序：桩身预制→吊装运输→锤击沉桩→截桩。除锤击沉桩外，其他环节施工与静压法要求一致，下面仅详细总结锤击沉桩的过程。

2.2.1 打桩顺序

打桩顺序可分为3 种：一是逐排打桩，二是自中间向四周打桩，三是由中间向两侧打桩。打桩顺序还需符合规定：（1）对于密集群桩，由中间向两侧或是中间向四周对称打桩；（2）相邻有建筑物的，由已有建筑一侧向另一侧打桩；（3）根据桩的设计标高，先深后浅；四是根据桩的规格，先粗后细，先长后短。

2.2.2 施打原则

打桩的原则是重锤低击，此法优点在于桩锤对桩头的冲击小，回弹也小，桩头不易损坏，大部分能量都用于克服桩身与土的摩阻力和桩尖阻力上。

2.2.3 终止打桩标准

锤击沉桩终止打桩的标准，按照双控原则，即“桩尖标高”、“最后贯入度”均要达到要求。终止锤击应符合以下规定：（1）桩端位于一般土层时，以桩尖标高为主，最后贯入度控制为辅；（2）桩端达到坚硬、硬塑黏性土、中密以上粉土、砂土、碎石类土以及风化岩时，以最后贯入度控制为主，以桩尖标高为辅；（3）贯入度已达设计要求而桩尖标高未达到时，继续锤击3 阵，并按每阵10击的贯入度不大于设计规定数值；（4）当贯入度巨变，桩身突然倾斜、位移或有严重回弹、桩顶桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，终止打桩，分析原因，并采取相应措施。

3、常见质量问题分析及预防措施

3.1 静压法

从多个施工项目的经验业馈，钢筋混凝土预制桩静压法施工常见质量问题：一是桩无法下压；二是桩尖达不到设计标高。

3.1.1 桩身无法下压

采取静压法施工时，遇到桩无法下压的情形，根本原因为压桩的时间间隔较长，空隙水压大大减小，土体有效应力显著增大，桩侧摩阻力及桩尖阻力增大，从而导致桩无法下压。可能引发的原因有：一是桩端停在砂层中接桩，中途间隔时间过长，砂层孔隙水减小迅速。二是压桩机设备故障，导致压桩强制，停歇时间过长。

预防措施：一是要根据勘查报告，提前选取合适长度的桩避开砂层，从而避免在砂层中接桩停留；二是在沉桩施工前检查压桩机械，及时维护保养。

3.1.2 桩尖达不到设计标高

施工时，可能遇到桩身无法压到设计标高的情形。原因可能有两方面，一是勘查报告与实际情况不一致，按照偏小的压力无法压桩到设计标高；二是在接近设计标高时，停压时间过长，孔隙水压力已释放，桩身阻力增大，导致补压时无法下压。

预防措施：一是根据土层实际情况，与设计沟通变更桩长。二是严格控制停压间隔时间。在未达设计标高前，严格按方案控制停压时间。

3.2 锤击法

3.2.1 桩顶位移及倾斜

沉桩时，桩顶发生过大偏位或桩身发生倾斜，原因有：一是桩身遇到不均匀土层，桩尖遇到大块孤石、其他坚硬的障碍物，桩的合力不平衡，导致偏位或倾斜；二是桩本身定位和垂直度存在偏差，施工过程中未采取措施及时纠偏，偏位和倾斜产生累积，从而形成较大偏位；三是挤土效应影响，当群桩打桩顺序不合理时，会引发挤土效应，土体带动桩身发生倾斜和偏位。

预防措施：施工前，应勘查清楚地下情况，提前清除孤石、障碍物。施工过程中，要控制好桩的位置和垂直度偏差，抓早抓小，及时纠偏。当偏差过大时，将桩拔出，移位后再锤击施工。

3.2.2 桩头碎裂

桩的施工过程中，可遇到桩头破碎的情形。可能原因：一是设计问题。桩顶混凝土设计强度过低，锤击沉桩压力大于桩头混凝土强度。二是施工问题。预制桩的混凝土配合比不准确、振捣不充分、养护不到位或养护时间不足，导致桩身混凝土强度偏低，未达到设计强度要求。三是施工桩锤选型问题。桩锤选择过大过重，击打应力大于桩身强度。四是桩顶不平整，锤击过程中突起部位产生过大应力，桩头局部发生碎裂。五是土层问题。土体含有砂层或者大块石等不利情况。

预防措施：一是设计拥有一定裕度的桩身强度，要充分考虑土层条件、施工机具性能影响。二是严格按施工方案配置混凝土，预制过程做好振捣密实、保湿保温养护、养护时间达到规定要求，确保桩身混凝土强度达标。三是科学合理选择桩锤。根据设计建议选择桩锤，并再沉桩前开展试桩。四是沉桩前复核桩顶平整度，对局部突起部位应剔平打磨；沉桩时，在桩顶增加草垫等缓冲物体。五是遇到砂层或者大块石时候，采用小钻孔后再开展锤击沉桩施工。

3.2.3 断桩

锤击沉桩过程中，桩身发生折断，桩无法有效承受并传递上部结构荷载，是一种后果严重的施工质量问题。可能原因有：一是设计问题。桩身设计的细长比过大，容易失稳折断。二是桩本身预制问题。桩身预制过程中，局部振捣不密实，桩身存在软弱节点。三是吊运堆放过程中，成品保护不足，桩身产生有害裂缝。四是桩身偏位及倾斜的调整过程中，对桩身存在过大应力，导致桩身开裂。

预防措施：一是设计控制桩的细长比小于40。二是严格控制桩身预制过程，确保预制过程振捣到位。三是吊运堆放过程中，按业力平衡计算吊点，指导吊运施工。四是沉桩过程及时纠偏。做好沉桩过程观测，提早发现桩身偏位及时调整，调整需逐步微调，避免强行调整损坏桩身。

3.2.4 无法沉入设计控制标高

沉桩过程中，桩无法沉入设计控制标高。可能原因：一是土体问题。土体中存在大型块石、混凝土块、坚硬土夹层等障碍物，桩尖无法沉入预期标高。二是桩锤过小，锤击能不足。三是打桩间歇时间过长，沉桩阻力增大。

预防措施：一是补充勘查地下障碍物并清除，或是钻透钻碎。二是结合桩重和地质情况，选择合适大小的桩锤。三是严格控制打桩间歇时间。

结语：

随着施工技术的发展，钢筋混凝土预制桩成为一种越来越普遍的基础形式。一方面，钢筋混凝土预制桩机械化程度高、工期短、承载力高、沉降变形小，契合当前建筑行业装配式发展的趋势；另一方面，钢筋混凝土预制桩施工过程也存在一些常见的施工质量问题，如桩身无法下压、桩尖达不到设计标高、桩顶位移及倾斜、桩头碎裂、断桩等问题，只有通过不断实践并总结有效预防措施，才能更好地推广应用钢筋混凝土预制桩施工技术。