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【摘 要】 本文主要从损耗率大、无法保证检测合格两方面，分析持力层过浅和过度倾斜两种地质不适宜锤击预制桩施工的原因。为设计部门设计这两种地质情况场地的桩基础时提供参考。
【关键词】 锤击预制桩;持力层;过浅;倾斜;损耗率;检测
锤击预制桩施工，相对具有安全性好、施工周期短、成本效率高、检测费用低等优点，被广泛应用于各种工、民用建筑工程。但当持力层过浅（≤10m）和持力层过度倾斜（≥45。）时使用锤击预制桩施工，会出现损耗率大，甚至无法保证检测合格等后果，分析如下：
一、损耗率大
1.持力层过浅（≤10m）地质情况下施打的锤击预制桩损耗分析
柴油锤冲击桩顶，冲击力Q经过桩侧阻力Qs的缓冲传递到桩尖，剩余冲击力受持力层端阻力Qp相抵而使桩的贯入停止。Q、Qs与Qp的关系公式为：
Q=Qs+Qp（1-1）
Q——柴油锤冲击力。
Qs——桩侧阻力。
Qp——桩端阻力。
当冲击力Q为一定值时，桩侧阻力Qs越大，直接传递到桩尖的能量就越小，桩尖所受的持力层端阻力Qp也越小，反之持力层端阻力Qp就越大。桩侧阻力Qs与桩的深度、土的类别和性质等许多因素有关，计算公式如下：
Qs=μ∑qsili（1-2）
μ——桩周长。
qsi——不同土层对桩的侧阻力标准值，可查有关工具书。
li——不同土层中桩的长度。总桩长l=∑li
持力层过浅导致总桩长短，根据（2-2）公式，桩周长μ相同、土层对桩的侧阻力标准值qsi相同时，桩长li越短，桩侧阻力Qs越小;根据（2-1）公式，桩侧阻力Qs越小，桩尖所受的持力层端阻力Qp越大。也就是说，桩越短，桩侧阻力Qs所起的缓冲作用越小，柴油锤冲击力Q大部分传递到桩尖，桩尖与持力层之间不可能缓冲物保护，所以桩尖端很容易破损，这时如果桩受击端与柴油锤之间的缓冲物不够厚，受击端也很容易破损，这也是锤击预制桩施工规程规定锤帽内的缓冲物不得少于120mm的原因。事实上，桩长少于10m的锤击预制桩，损耗率可达20%。新会区某锤击预制桩工地，持力层为强风化层，深度为9-5m，单幢φ300mm桩24条，损耗4条，损耗率达17%（如图一所示）。
图一
2.持力层过度倾斜（≥45。）地质情况下施打的锤击预制桩损耗分析
随着近年开发范围的扩大，很多原先的丘陵和山地都被平整后作为开发用地。地面是平整了，但地下的地质分层却没有随着地面而平整，我国南方的丘陵和山地大多是远古造山运动时，受地壳运动挤压而形成的，作为建筑物基础持力层的全风化或强风化层大多呈不规则的起伏或倾斜。当倾斜度大于45。时，桩尖处会产生很大的横向分力破坏桩身，以下用理论计算持力层倾斜度为45。时桩尖处的横向分力。
锤击预制桩的工作原理是由柴油锤产生冲击力将预制桩打入地下，柴油锤所产生的冲击力很大。例如某工地用上海工程机械厂生产的D46柴油爆炸锤，以一档油锤高2.0m施打单桩竖向承载力标准值为1200kN的φ400mm桩，每次冲击桩顶爆炸力Q的计算如下：
按D46锤说明书介绍，D46锤作用于桩上的最大爆炸力为1690kN，用一档油施打时，爆炸力为最大爆炸力的49%。
Q=1690kN×49%=828.1kN
根据（2-1）公式
Q=Qs+Qp（2-1）
Q——柴油锤冲击力。
Qs——桩侧阻力。
Qp——桩端阻力。
该场地地质条件为：填土层为3m;粉质粘土为12m，现桩尖正准备贯入倾斜度为45。的持力层——全风化混合岩。根据（2-2）公式
Qs=μ∑qsili（2-2）
μ——桩周长。
qsi——不同土层对桩的侧阻力标准值，可查有关地质钻探资料。
li——不同土层中桩的长度。
Qs=3.14×0.4×37×12=557.67kN
忽略桩的回弹阻力、锤帽的缓冲阻力等，
桩端阻力（即桩端冲击力）Qp=Q-Qs=828.1kN-557.67kN≌270kN
持力层倾斜度为45。时，桩端冲击力分为两个分量：竖向冲击力分量Qps和横向冲击力分量Qph。
竖向冲击力分量Qps=横向冲击力分量Qph=270kN×tg（ctg）45。=135kN
任何形式的桩尖也无法保证抵消高达135kN的横向冲击力分量，根据广东七建集团管桩基础有限公司产品说明书介绍，该公司生产的A型φ400mm管桩的抗裂弯矩为55kNm，极限彎矩为87kNm;AB型φ400mm管桩的抗裂弯矩为66kNm，极限弯矩为119kNm。横向冲击力分量传递到桩身后，桩身无法承受横向冲击力，侥幸没有破坏，也会造成严重的横向开裂，对长期负重没有保证（如图二所示）。
图二
我市某φ400mm桩工地，地质资料反映该场1/3地基础持力层倾斜超过40°，全场124条桩共损耗13条，损耗率超过10%，均为桩底破坏，后按设计要求，用28mm长的250mm宽工字钢，侧面加加强筋制作成桩尖，也无济于事，后只能用深基坑方法解决基础施工。
二、无法保证检测合格
预制桩经过施打，在柴油锤和土层的作用下，不可能保证绝对垂直，静载检测时，也无法保证千斤顶和桩身的垂直，检测受压时，会产生一部分侧向分力使预制桩侧向受压，正常情况下，泥土的闭合钳固会抵消这部分侧向分力，使预制桩能正常检测。但我国沿海地下水位较高，地表以下3-7m又多为密度较低的素填土、耕植土、淤泥等，这些泥土对桩的钳固力很低。即使在地下水位较低，泥土密度较大的场地，因为南方雨水较多，加上静载检测使用水箱作荷载物时加排水、泄漏等原因，所以工地常有积水，这些地面水可侵蚀到地表以下3-4m。也使泥土失去对桩的钳固，无法抵消桩身受压时的侧向分力，当密度底泥土或受侵蚀泥土深度超过总桩长的1/2时，侧向分力就会使预制桩形成侧向位移，该位移从检测仪器上就反映为沉降，加上正常沉降，很容易就会超过4mm，被列为不合格桩。因此持力层过浅（≤10m）地质情况下的锤击预制桩检测不合格的可能性会大大增加。
持力层过度倾斜（≥45。）地质情况下完成的锤击预制桩，在施打过程中，贯入持力层的部分桩长已承受了横向冲击力分量的损害，而这部分桩长恰好又是承受竖向承载力最多的部分，静载检测时还须承受两倍的竖向承载力标准值，不合格的可能性可想而知。
另外，这两种地质情况下完成的锤击预制桩，桩身损坏的概率比正常地质情况下完成的概率大得多，小应变测试不合格的概率也大得多。
三、结论
综上所述，从施工质量角度分析，锤击预制桩并不适宜进行以上两种地质情况场地的桩基础施工。某些甲方或设计单位，只从经济和工期角度考虑，抱着侥幸心理，在工程遇到这两种地质情况时，强行要求桩基础施工单位进行锤击预制桩施工，造成损耗率过大或不能通过检测验收时，把责任完全归咎于桩基础施工单位的施工质量和预制桩的质量，这些做法是不足取的。遇到这些地质情况时，应先停止锤击预制桩施工，由工程各方协商，从保证工程质量角度出发，正视现实，尊重科学，选用基坑天然基础、钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩等可行的基础施工方法才是解决问题的正确途径。
参考文献：
[1]地基及基础（第三版）.北京：中国建筑工业出版社.1998.
[2] D46柴油爆炸锤说明书.上海：上海工程机械厂.2000.
[3]蓬江牌PHC管桩说明书.江门：广东七建集团管桩基础有限公司.2001.
【关键词】 锤击预制桩;持力层;过浅;倾斜;损耗率;检测
锤击预制桩施工，相对具有安全性好、施工周期短、成本效率高、检测费用低等优点，被广泛应用于各种工、民用建筑工程。但当持力层过浅（≤10m）和持力层过度倾斜（≥45。）时使用锤击预制桩施工，会出现损耗率大，甚至无法保证检测合格等后果，分析如下：
一、损耗率大
1.持力层过浅（≤10m）地质情况下施打的锤击预制桩损耗分析
柴油锤冲击桩顶，冲击力Q经过桩侧阻力Qs的缓冲传递到桩尖，剩余冲击力受持力层端阻力Qp相抵而使桩的贯入停止。Q、Qs与Qp的关系公式为：
Q=Qs+Qp（1-1）
Q——柴油锤冲击力。
Qs——桩侧阻力。
Qp——桩端阻力。
当冲击力Q为一定值时，桩侧阻力Qs越大，直接传递到桩尖的能量就越小，桩尖所受的持力层端阻力Qp也越小，反之持力层端阻力Qp就越大。桩侧阻力Qs与桩的深度、土的类别和性质等许多因素有关，计算公式如下：
Qs=μ∑qsili（1-2）
μ——桩周长。
qsi——不同土层对桩的侧阻力标准值，可查有关工具书。
li——不同土层中桩的长度。总桩长l=∑li
持力层过浅导致总桩长短，根据（2-2）公式，桩周长μ相同、土层对桩的侧阻力标准值qsi相同时，桩长li越短，桩侧阻力Qs越小;根据（2-1）公式，桩侧阻力Qs越小，桩尖所受的持力层端阻力Qp越大。也就是说，桩越短，桩侧阻力Qs所起的缓冲作用越小，柴油锤冲击力Q大部分传递到桩尖，桩尖与持力层之间不可能缓冲物保护，所以桩尖端很容易破损，这时如果桩受击端与柴油锤之间的缓冲物不够厚，受击端也很容易破损，这也是锤击预制桩施工规程规定锤帽内的缓冲物不得少于120mm的原因。事实上，桩长少于10m的锤击预制桩，损耗率可达20%。新会区某锤击预制桩工地，持力层为强风化层，深度为9-5m，单幢φ300mm桩24条，损耗4条，损耗率达17%（如图一所示）。
图一
2.持力层过度倾斜（≥45。）地质情况下施打的锤击预制桩损耗分析
随着近年开发范围的扩大，很多原先的丘陵和山地都被平整后作为开发用地。地面是平整了，但地下的地质分层却没有随着地面而平整，我国南方的丘陵和山地大多是远古造山运动时，受地壳运动挤压而形成的，作为建筑物基础持力层的全风化或强风化层大多呈不规则的起伏或倾斜。当倾斜度大于45。时，桩尖处会产生很大的横向分力破坏桩身，以下用理论计算持力层倾斜度为45。时桩尖处的横向分力。
锤击预制桩的工作原理是由柴油锤产生冲击力将预制桩打入地下，柴油锤所产生的冲击力很大。例如某工地用上海工程机械厂生产的D46柴油爆炸锤，以一档油锤高2.0m施打单桩竖向承载力标准值为1200kN的φ400mm桩，每次冲击桩顶爆炸力Q的计算如下：
按D46锤说明书介绍，D46锤作用于桩上的最大爆炸力为1690kN，用一档油施打时，爆炸力为最大爆炸力的49%。
Q=1690kN×49%=828.1kN
根据（2-1）公式
Q=Qs+Qp（2-1）
Q——柴油锤冲击力。
Qs——桩侧阻力。
Qp——桩端阻力。
该场地地质条件为：填土层为3m;粉质粘土为12m，现桩尖正准备贯入倾斜度为45。的持力层——全风化混合岩。根据（2-2）公式
Qs=μ∑qsili（2-2）
μ——桩周长。
qsi——不同土层对桩的侧阻力标准值，可查有关地质钻探资料。
li——不同土层中桩的长度。
Qs=3.14×0.4×37×12=557.67kN
忽略桩的回弹阻力、锤帽的缓冲阻力等，
桩端阻力（即桩端冲击力）Qp=Q-Qs=828.1kN-557.67kN≌270kN
持力层倾斜度为45。时，桩端冲击力分为两个分量：竖向冲击力分量Qps和横向冲击力分量Qph。
竖向冲击力分量Qps=横向冲击力分量Qph=270kN×tg（ctg）45。=135kN
任何形式的桩尖也无法保证抵消高达135kN的横向冲击力分量，根据广东七建集团管桩基础有限公司产品说明书介绍，该公司生产的A型φ400mm管桩的抗裂弯矩为55kNm，极限彎矩为87kNm;AB型φ400mm管桩的抗裂弯矩为66kNm，极限弯矩为119kNm。横向冲击力分量传递到桩身后，桩身无法承受横向冲击力，侥幸没有破坏，也会造成严重的横向开裂，对长期负重没有保证（如图二所示）。
图二
我市某φ400mm桩工地，地质资料反映该场1/3地基础持力层倾斜超过40°，全场124条桩共损耗13条，损耗率超过10%，均为桩底破坏，后按设计要求，用28mm长的250mm宽工字钢，侧面加加强筋制作成桩尖，也无济于事，后只能用深基坑方法解决基础施工。
二、无法保证检测合格
预制桩经过施打，在柴油锤和土层的作用下，不可能保证绝对垂直，静载检测时，也无法保证千斤顶和桩身的垂直，检测受压时，会产生一部分侧向分力使预制桩侧向受压，正常情况下，泥土的闭合钳固会抵消这部分侧向分力，使预制桩能正常检测。但我国沿海地下水位较高，地表以下3-7m又多为密度较低的素填土、耕植土、淤泥等，这些泥土对桩的钳固力很低。即使在地下水位较低，泥土密度较大的场地，因为南方雨水较多，加上静载检测使用水箱作荷载物时加排水、泄漏等原因，所以工地常有积水，这些地面水可侵蚀到地表以下3-4m。也使泥土失去对桩的钳固，无法抵消桩身受压时的侧向分力，当密度底泥土或受侵蚀泥土深度超过总桩长的1/2时，侧向分力就会使预制桩形成侧向位移，该位移从检测仪器上就反映为沉降，加上正常沉降，很容易就会超过4mm，被列为不合格桩。因此持力层过浅（≤10m）地质情况下的锤击预制桩检测不合格的可能性会大大增加。
持力层过度倾斜（≥45。）地质情况下完成的锤击预制桩，在施打过程中，贯入持力层的部分桩长已承受了横向冲击力分量的损害，而这部分桩长恰好又是承受竖向承载力最多的部分，静载检测时还须承受两倍的竖向承载力标准值，不合格的可能性可想而知。
另外，这两种地质情况下完成的锤击预制桩，桩身损坏的概率比正常地质情况下完成的概率大得多，小应变测试不合格的概率也大得多。
三、结论
综上所述，从施工质量角度分析，锤击预制桩并不适宜进行以上两种地质情况场地的桩基础施工。某些甲方或设计单位，只从经济和工期角度考虑，抱着侥幸心理，在工程遇到这两种地质情况时，强行要求桩基础施工单位进行锤击预制桩施工，造成损耗率过大或不能通过检测验收时，把责任完全归咎于桩基础施工单位的施工质量和预制桩的质量，这些做法是不足取的。遇到这些地质情况时，应先停止锤击预制桩施工，由工程各方协商，从保证工程质量角度出发，正视现实，尊重科学，选用基坑天然基础、钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩等可行的基础施工方法才是解决问题的正确途径。
参考文献：
[1]地基及基础（第三版）.北京：中国建筑工业出版社.1998.
[2] D46柴油爆炸锤说明书.上海：上海工程机械厂.2000.
[3]蓬江牌PHC管桩说明书.江门：广东七建集团管桩基础有限公司.2001.