钟军
四川成都610000
摘要：目前，为满足高层建筑深长桩、高单桩承载力的技术要求，通常采用的桩基施工方法有：锤击沉管灌注桩、钻孔灌注桩、锤击预制桩及静压预制桩4种。就成桩质量、高承载力和稳定性而言，锤击沉管灌注桩较另三种型差。钻孔灌注桩的优点是可满足不同的桩径要求，适应各种土层，穿透能力强，单桩承载力大；缺点是泥浆污染，护壁质量、孔底沉渣厚度等均会导致质量不稳定，且工期长，造价高。而锤击预制桩桩身质量容易控制，无泥浆污染，施工工期短，造价也相对较低；缺点是穿透能力低，随土层的挤密桩头容易击破，还难以达到设计深度。
关键词：引孔锤击预制桩施工技术
一、案例
某工程由商场、公寓及写字楼组成。塔楼地上分别为29层和30层，地下2层整个工程占地面积约5400m2，总建筑面积约67000m2。基础采用450mm×450mm预制钢筋混凝土方桩，设计入土深度分别为27m、33m（穿入砂层20m以上），单桩设计承载力为1500KN和2000KN，总桩数1198根。
该场区地形地貌属长江一级冲积阶地，场区地势较平坦，第四系全新统土层覆盖厚度47.5～52m。具备较典型的二元结构，即上部为杂填土、粘土和粉质粘土，其下为粉砂、细砂等强透水层。该场地属中软场地。Ⅱ类场地土，场区地下水可分为赋存于上部填土中的上层潜水和赋存于砂层的孔隙压水，综合水位埋深2.1m。上层潜水主要由大气降水和生活用水补给，下层孔隙压水与长江有水力联系。地下水对混凝土无侵蚀作用。
二、施工工艺流程
放线定位→钻机就位→稳钻孔→引孔至距设计柱底标高1.0m处→测孔深、沉渣及坍孔情况→锤击桩就位→钢筋混凝土预制桩就位→沉桩至距自然地面0.5m处→接桩、沉桩至设计标高→转桩机至下一桩位。
三、施工要求及质量控制
1、引孔孔径以小于预制方桩边上50mm为宜。例如载面400mm×400mm的方桩，引孔宜为?350mm，载面为450mm×450mm方桩，引孔直径宜为?400mm。如沉桩施需穿过10m以上的厚砂层，桩身要有相应刚度，载面不宜小于450mm×450mm，长细比不宜超过40。
2、引孔深度以小于桩总入土深度0.5～1.0m为宜，以保证沉桩时最少有0.5～1.0m是桩尖进入原状土中。
3、引孔工序完成后与打桩时间间歇不宜超过24h，以免造成坍孔，影响桩的入土深度。同时必须确保引孔的垂直度及护壁质量，以保证沉桩效果。
4、施工中锤与桩顶的接触面应平整，使锤的冲击力通过桩帽均匀地传递给桩顶。
5、桩帽中加垫的减振材料应经常更换。
6、灵活调整控制柴油锤的供油量，从而控制锤的冲击能力，有效地壁免发生断桩或无法接桩的事故。
四、施工技术难点及对策
㈠克服桩端阻力和桩周摩阻力的能力
根据本工程地质资料，粉土夹粉砂层上覆盖有粘土层，该层为上层潜水与下层孔隙承压水之间的隔水层，当采用锤击预制法施工时，由于水可压缩，随着桩沉入土中，桩周土被挤压，孔隙水压力增高，桩端阻力和桩周摩阻力增强，造成沉桩困难。而采用引孔锤击预制法施工，由于引孔扰动了坚硬密集的砂层，减少了桩端阻力，释放了原土层的压缩应力，从而可保证桩的施工能满足设计的要求，使桩能进入规定的持力层深度。
㈡关于成桩长度
桩的长细比通常情况下为1：60～80。桩的长细比越大刚度越低，沉桩时就越易受损，传力也困难。当锤击预制桩使桩尖进入硬土层时，桩端阻力大，贯入度减小，锤击数增加，冲击数增加，冲击能量加大，造成桩的抗压强度降低。引孔后沉桩可减少上述不利因素，按设计要求，满足施工桩长。本工程正式施工前，施工了8根锤击预制桩试桩，其结果表明：
1—7号、1—8号试桩在施打至22m时（进入砂层9m），桩头被击破，桩无法继续沉入，而1—1号、1—2号、1—3号试桩则是分别被锤击至27m、30.5m、26.6m时，桩身在2000余次锤击下，受到压应力与拉力的交替作用，桩身混凝土强度无法随锤击疲劳荷载而破碎，8根试桩施工中有5根桩困桩头或桩身破损，未能满足设计要求。余下的3根试桩1—4号、1—5号、1—6号，入土深度也均未达到设计要求。
同时，我们采用引孔锤击预制桩法施工了5根试桩，其结果列于表1。
注：载面尺寸均为450mm×450mm
表1说明，由于先引孔大大降低了沉桩阻力，施工总锤击数仅为未引孔锤击预制桩的30%左右，且入土深度全部满足设计要求。
㈢关于先引孔沉桩对单桩承载力影响的问题
一般情况下，砂层的固结速度比粘土、亚粘土、粉土等快。扰动后的砂层，尤其是塑性指数ⅠC＞1的砂层，如果在附近有锤击振动下固结更快。施工实践和试桩资料表明，粉砂桩周极，在Pa≥5MPa时，在各种试验下不受砂密度影响，桩周极限摩阻力取值为10kPa，而引孔仅是扰动砂层，减弱密度，且一般砂层的Pa值均大于5MPa，因此在砂层中引孔沉桩的单桩承载力的损失可忽略不计。
根据试桩情况，按设计要求对引孔锤击预制桩与锤击预制桩是试桩作了静载试验，试验测试按堆载为主，地锚反力为辅的方法进行，用油压千斤顶静载试压，结果见表2。
由表2可清楚地看出：⑴引孔锤击预制桩在试验荷载大、荷载分级数多的情况下，桩的最终稳定时间与锤击预制桩相当，说明在每一级荷载作用下，达到稳定要求所需的时间短，而同等荷载作用下，沉降量相当。⑵单桩承载力平均比锤击预制桩高出21%，充分说明引孔后锤击预制桩对单桩承载力的损失可忽略不计。因此能施工深长桩，可获高单桩承载力。
㈣确定单桩承载力的计算方法：
由于引孔后沉桩对单桩承载力的损失可忽略不计，同时施工中保证了引孔直径小于预制桩边长50mm，引孔深度小于总桩长1.0m，这样桩锤击过程中，对桩周土仍有挤压实力，即桩周摩阻力qs及桩端承载力qP可按预制桩的参数确定。故其单桩承载力标准计算公式仍可采用GBJ17—88规范。
RK=qpA+
按上述计算公式的单桩承载力与试验值作了5根试桩分析对比（表3）
从表3可知，规范中单桩承载力标准值计算公式适用于引桩锤击预制桩施工法。
五、综合效益分析
1、从工程质量看，由于采用了引孔工艺，释放了原土层的压缩应力，大大降低了桩的入土阻力，减少了桩头击破、桩身破损、断桩等锤击预制桩的质量通病，避免了因施工桩数增加，土壤被挤密，沉桩越来越困难的现象，使桩最大限度地满足了设计要求。在全部1198根工程桩中，由于对引孔的垂直度、成孔质量严格把关，桩位准确率达到95%，桩长满足设计深度要求的达97.3%。该工程开挖后，动测法检测了299根工程桩的桩身混凝土及桩身完整性，其中Ⅰ类桩276根，占92.3%。Ⅱ类桩23根，占7.7%。用动力参数法评估了单桩承载力，其单桩承载力100%满足设计要求。
2、从工期看，有效施工期仅4个月，与采用钻孔灌注桩相比缩短了1/3，加快了工程进度，取得了良好的社会效益。
3、从工程造价看，原设计为钻孔灌注桩，造价1000余万元；采用引孔锤击预制桩造价仅700余万元，节约造价30%。
六、结语
在密实、坚硬的砂层中，采用普通静压预制桩、锤击预制桩，沉桩非常困难；采用钻孔灌注桩嵌手岩层，又不能允分利用密实的砂层作持力层，代价都是昂贵的；引孔锤击预制桩法运用先引孔的方法，克服了沉桩的困难，充分利用了密实的砂层作持力层，单桩承载力可达2000～3000KN左右。这对于30层左右，不要求嵌岩的建筑结构而言，效益显著。
引孔锤击预制桩的施工技术，也还有待进一步的完美，如在引孔中对桩端土层采用高压注浆或固化剂的方法；或者采用大直径、高强度预应力管桩等措施，进一步提高桩的穿透能力，提高桩端土层的强度。这样引孔锤击桩的单桩承载力可期待由现在的2000～3000KN左右，提高到4000～5000KN，其适用范围将更为广泛。