振动沉管灌注桩施工中常见问题分析及处理措施
文章结合工程实践,探讨了振动沉管灌注桩施工过程中易发生的质量问题及防范措施,并提出了相应的解决方法。
主题词:振动沉管灌注桩 施工 预防措施
振动沉管灌注桩以其施工简便、工效高、孔底无沉渣、桩身砼密实连续、场地环境好而得到工程界的普遍认可,是工程中较普遍使用的一种桩型,经过多年的工程实践和经验总结,施工工法得到进一步完善,工艺更加成熟,但由于问题不可预见性以及专业性较强等原因,施工环节若处理不当极易出现各种质量问题、事故。施工质量重在进行预控而非事后处理,因此对桩基施工质量问题进行事先预控尤为重要。本文就振动沉管灌注桩在施工中易出现得问题及其原因、预控方法进行探讨。
一、桩靴埋设
预制桩靴在埋设过程易出现的问题是:靴底障碍、埋设偏差过大。
原因:
1、场地老基础清除不彻底,桩靴下存在建筑垃圾及碎石、砼块;2、埋设前开挖桩坑偏离轴线过大,埋设后靴顶中心与测设桩位不重合,校正后偏差不满足规范要求;3、埋设后桩靴顶不水平,桩靴轴线与桩位不重合,桩靴歪斜。4、桩靴周围填土松散、架空、密实度不均,受振动及地表水浸湿后塌陷,桩靴歪斜。
预防措施和方法:
1、施工前对施工场地进行清渣除障,清除隐伏的老基础、毛石及块度较大的建筑垃圾,清障深度一般不小于1.5~2.0m,确保上部填土成分均匀。
2、测设桩轴线及桩位,在场地周边打下龙门架或控制桩,再以测设桩位为交点,现场拉设十字正交线,交线两端打下控制桩,作为桩位校正基点(线)。
3、以桩点为圆心,略大于桩靴半径5~10cm为半径画圆或洒下灰线,灰线内的土挖除,坑深与桩靴肩高度一致,坑形为圆柱形,可用孔规进行检查。
4、用专用“炮车”吊运安放桩靴,保证桩靴中轴直立,靴顶、靴肩水平,桩靴顶面中点与桩位十字交线投影点重合,靴周围设置临时支撑。
5、埋设桩靴尽量采用均质素填土,对称回填、分层夯实,以免填土架空及桩靴受力不均向一侧歪斜。
二、振动沉管成孔
振动沉管成孔过程易出现的问题是桩管进水、桩管吞靴、孔位偏斜、终孔控制指标不达标等。
(一)、桩管进水
原因:
1 、桩管底部管靴与桩靴之间未设止水铺垫,管靴与止水铺垫之间挤压不严实,或止水铺垫破损、厚度不够,止水失效。
2、桩管冲击时间过长,桩靴破损、止水铺垫失效。
3、地下水位较高时,桩管进入含水层之前未灌入首斗止水混凝土,造成管内反压力不足,地下水在扬压力作用下渗入桩管。
预防措施和方法:
1、桩管对正桩靴前在桩靴肩部设置一定厚度的草垫、麻袋作为止水铺垫,铺垫要有足够的抗冲击韧性,以减小冲击对铺垫的损毁程度。管靴与止水铺垫之间压合应紧密严实。
2、连续冲击沉管,不得无故拔管;冲击时间较长时,须检查止水铺垫及桩靴完好程度,及时处理。
3、地下水位较高,桩靴进入含水层之前要灌注首斗止水混凝土或高标号砂浆,灌注高度视水头高低计算确定。随着桩靴进入含水层深度增加,及时补充反压止水混凝土或砂浆,保证必要的反压高度。
(二)、桩管吞尖
原因:
1、预制桩靴砼标号低,抗冲击强度及韧性差,在桩管冲击下破碎。
2、预制桩靴直径较小,靴肩宽度不足,在振动冲击下桩靴钻入桩管。
3、桩机加压、冲击力过大,桩管连续重锤冲击,导致桩靴破损吞尖。
预防措施和方法:
1、采用高标号的预制桩靴,提高桩靴的抗冲击强度及韧性差。
2、选用直径和尺寸满足要求的预制桩靴。
3、针对桩端地层软硬程度,适时调整压力及冲击力。较硬地层宜适当减压钻进、重锤轻击,减少桩管对桩靴的冲击破坏。
(三)、孔位偏斜
原因:
1、桩机不水平,打桩架不垂直,桩架导向滑轮及滑槽、定位卡瓦间隙过大。
2、打桩过程中地面受震动、碾压沉陷,桩机倾斜,桩机在行走滚筒上移位。
3、沉管过程中遇有较深的探头石或在倾斜的软硬地层交界面、粒径大小悬殊的砂砾石中钻进,桩靴端部易受力不均匀导致偏斜。
4、桩管弯曲,接头不正。
预防措施和方法:
1、桩机就位时要使操作平台水平,并与桩架垂直,使桩基起重滑轮侧缘、桩管中心、桩靴中心三者应在一条竖直线上。每根桩施工之前均应认真检查、校正并填写记录。
2、经常检查桩架导向滑轮、滑槽、定位卡瓦的控制间隙,过度磨损导致间隙过大,失效的要及时修复。
3、打桩过程中地面受震动、碾压易沉陷,导致桩架倾斜,要采用经纬仪或吊线锤经常检查桩架垂直度,采用水平尺检查操作平台的水平度,使桩管在钻进过程中始终保持铅直状态。
4、采用钢尺经常检查桩机在行走滚筒上的位移,发现稍有偏离及时归位,防止偏位过大造成桩位偏移。
5、在软、硬地层倾斜界面钻进时,应减压钻进,低速钻进。有探头石难以穿越、偏位较大的部位,应回填桩孔再利用回转钻机钻引导的方式,穿越该部位后再设桩靴继续钻进。
6、桩管应经常检查顺直度,发现桩管弯曲,要用千斤顶及时调直。
(四)、终孔指标不达标
振动沉管桩终孔一般采用“双控”原则,即以贯入速率(cm/min)为主,以施工桩长持力层为辅的原则。贯入速率作为施工技术控制指标,一般根据施工单位的技术经验总结、经验类比综合确定。根据以往工程资料整理,笔者以为对于冲击力60~70KN振动桩机,桩靴直径425mm,单桩竖向承载力特征值Ra=300~400KN,贯入速率为6~
4cm/min;Ra=500~900KN,贯入速率为3~1cm/min。终孔控制指标不达标一般表现为:贯入速率过大、施工桩长过短。
主要表现及原因:
1、由于沉管灌注桩多设计为端承摩擦桩,同时考虑桩端阻力及桩侧摩阻力的双重作用,采用“双控”原则。但往往施工桩长满足设计要求,但贯入速率过大,不满足基础承载力要求。
2、贯入速率满足要求,但施工桩长不满足设计要求,不满足基础对水平荷载、抗拔荷载的要求。
预防措施和方法:
1、施工中针对施工桩长满足要求,但贯入速率过大的情况一般采取两种处理措施:①继续沉桩成孔,直到贯入速率满足控制指标为止;②贯入速率随虽不到施工要求,但呈减小趋势,在保证最大沉孔能力的同时,在混凝土灌注过程采取慢拔、连续反插、复打等工艺扩大桩径,提高桩基承载力。
2、贯入速率虽满足施工要求,但桩长不满足基桩水平、抗拔荷载及构造要求。一般采用两种处理措施:①桩孔深度满足钢筋笼设置要求,但施工桩长不满足设计要求,可在混凝土灌注过程采取慢拔、连续反插、复打等工艺扩大桩径,提高桩基抗拔承载力;②桩孔深度不满足钢筋笼设置深度,且施工桩长不满足设计要求,则须采用钻机打引孔后再复沉桩靴,保证钢筋笼的设置深度,同时在混凝土灌注过程慢拔、连续反插、复打工艺。
三、钢筋笼制作、安放
质量问题及原因:
1、主筋弯曲,箍筋线形不流畅;主筋搭接焊夹渣、接头过多、接头设置间距过小。箍筋点焊稀疏、漏点、焊点不牢、夹渣咬肉。耳筋尺寸误差较大,焊接不牢。
2、整体笼身松散、变形弯曲。
3、钢筋笼安放误差较大,受邻桩施工震动笼身下坠或受挤土影响笼身上浮。
预防措施及方法:
1、加强技能培训,电焊工人应持证上岗。按照相关钢筋工程施工质量及验收规范进行施工。加强筋与主筋的每个交叉点应点焊两处,螺旋箍筋应分布均匀且按“品”字形点焊,主筋应调直、除锈,按照要求进行焊接、布置;吊装受力点处的加强筋与主筋、耳筋与主筋间更要焊接牢固,并有专人检查,避免发生钢筋笼散架、坠落事故。
2、检查笼身整体焊接质量检查,安放处地面应平整。钢筋笼堆码不应超过2层,并应有覆盖、防锈措施。钢筋笼在吊运过程应采用适当方法防止变形、弯曲。
3、起吊、安放钢筋笼宜慢,不宜急吊急停、碰撞桩管,防止发生变形。经常检查吊索尺寸、吊筋尺寸,笼中轴线、桩管轴线与起吊索滑轮边缘应在同一直线上,才能确保笼身安放垂直、标高准确。
4、安放好的钢筋笼耳筋应采取有效的固定措施,防止邻桩施工震动笼体下坠;基桩施
工应采用跳打工艺,防止受邻桩施工挤土影响笼身上浮。
四、混凝土灌注土、拔管
振动沉管灌注桩混凝土灌注与拔管应同时进行,边灌边拔。在灌注拔管过程中易出现的质量问题主要有:堵管、断桩、缩径等。
(一)、堵管
振动沉管桩自料斗口加入混凝土,利用桩管振动冲击,流易性较好,塌落度较大的混凝土一般不会发生混凝土堵管问题,但在长时间振动沉管、灌注及拔管间歇时间长、砼质量差、砼灌注过快等情况下较易发生堵管。
产生原因:
1、初灌止水混凝土或高标号砂浆,由于长时间振动,混凝土发生离析、砂浆上浮粗骨料下沉而造成桩管堵塞。
2、由于混凝土本身原因,如塌落度过小,流动性差,骨料过大,拌和不均匀,运距过远而离析,雨天运送混凝土未加遮盖,使混凝土中的水泥浆被冲走,粗骨料集中而造成导管堵塞。
3、机械发生故障或其他原因使混凝土在桩管内停留时间较长,或灌注、拔管停待时间过长,桩管内混凝土已经初凝,增大了管内混凝土下落的阻力,混凝土堵在管内。
4、钢筋笼间净距过小、砼粗骨料过大、一次灌注量大速快,造成砼下落困难而堵管。
预防措施及方法:
1、灌注初斗止水混凝土后,桩管成孔应确保连续完成,由于桩管振动及摩擦,混凝土或砂浆温度升高,加快了砼的水化凝结速度,因此,控制成孔时间应小于0.2~0.5倍初凝时间。
2、充分做好施工前的准备工作,加强灌注拔管工序间的衔接,边灌边拔,每次灌注混凝土的振动及拔管时间应控制在0.3~0.6倍初凝时间以内为宜。
3、混凝土自料斗口加入时应慢速倾倒,必要时振动沉管,保证砼顺利沿桩管下滑至桩孔中,不至于堵塞桩管。
4、确保混凝土搅拌质量,从材料选取、用量、配合比、搅拌、运输等控制环节入手,确保砼和易性、保水性、均匀性。
(二)、断桩、夹泥
桩管内混凝土在连续加料、振动、拔管过程中,混凝土顺利充填桩孔并振捣密实,桩管内始终保持2~3m混凝土柱,一般不会发生断桩。如果混凝土存在堵管、下滑不畅、拔管过快、桩管混凝土高度不足等情况,易发生管底拔脱混凝土面而出现断桩、夹泥。
产生原因:
1、桩管内混凝土和易性差,存在堵管、下滑不畅情况,管内混凝土面随桩管提升不下降或下降速度缓慢。
2、拔管速度过快,管内混凝土下降缓慢。
3、桩管内砼面较低,不足以克服地下水头扬压力,在振动过程中泥水沿管壁渗入桩管内。
4、打桩顺序安排失误,桩体初凝后强度较低,受邻桩施工挤土影响造成断桩。
预防措施及方法:
1、灌注拔管时要密切监测桩管内混凝土面的下降数值,采用敲击桩管粗略估测,测绳准确测量,确保砼面下降速度为拔管速度的1.2~1.3倍。
2、根据地层软硬程度,合理控制拔管速度,一般粘性土拔管速度1.0~1.5m/min,砂性土1.0~1.2m/min,淤泥及淤泥质土拔管速度<1.0m/min。发现管内混凝土下降速度慢、地层软弱要及时减缓拔管速度。
3、边灌边拔,及时量测管内砼面下降情况,确保桩管内混凝土柱高度达2~3m,防止地下泥水渗入管内。
4、合理安排打桩顺序,采取跳打方式,待桩体初凝并有一定强度后再施工邻桩。
(三)、缩径
振动沉管桩在软弱地层及软硬地层界面处,如果不及时调整拔管速度,拔管过快易发生缩径。
产生原因:
1、对地层情况不了解,不能根据桩周地层分布及软硬程及时调整拔管速度。
2、振动拔管速度快,桩底砼振捣不密实,桩身结构性差不连续,在土侧压力作用下桩身缩径。
3、软弱地层厚度较大,地层具流变性,工程力学性质差。邻桩施工振动及挤土效应导致桩身砼变形。
预防措施及方法:
1、仔细研究地质报告,对桩位及附近的地层地质结构、分布、软硬程度、界面起伏情况心中有数。
2、针对地层界线及软硬程度变化及时调整拔管速度。
3、软弱地层应减缓拔管速度,加强对桩底混凝土的振捣,确保砼密实连续。
4、合理安排打桩顺序,采取跳打方式,待桩体初凝并有一定强度后再施工邻桩。
5、对厚度1~2m淤泥及淤泥质土采取反插振捣工艺施工,厚度超过2~3m淤泥及淤泥质土采用复打工艺施工。
结束语
沉管灌注桩施工工序较复杂、工序衔接紧密,施工前须仔细研究,认真对待,不得麻痹大意。施工前要针对易出现的质量问题,采取正确的预控措施及方案,才能防范于未然。本文结合工程实践,探讨了振动沉管灌注桩施工过程中易发生的质量问题及防范措施,并提出了相应的解决方法,有一定借鉴意义。
主要参考文献:
[1]《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)
[2]《建筑地基基础技术规范》(DB42/242-2003)
[3] 中国地质大学出版社,顾湘生,《桩基工程》
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