沉管灌注桩的分类施工工艺和施工组织方案.doc

沉管灌注桩的分类施工工艺和施工组织方案

94
2020年5月29日
文档仅供参考

沉管灌注桩的分类、施工工艺、施工组织方案、施工质量问题和处理措施以及在工程实例中的应用等相关研究

4月27日
目 录
第一章 沉管灌注桩的分类 3
1.1分类 3
1.2 锤击沉管灌注桩 3
1.3 振动沉管灌注桩与振动冲击沉管灌注桩 5
1.4 沉管夯扩灌注桩 10
1.5 静压沉管灌注桩 17
1.6 沉管灌注桩施工中常见问题的分析与处理 22
第二章 沉管灌注桩的施工工艺标准 25
2.1 适用范围 25
2.2 施工准备 25
2.3 施工工艺 26
2.4 质量标准 28
2.5 应注意的质量问题 31
2.6 成品保护 32
2.7 安全健康与环境管理 32
第三章 沉管灌注桩的施工组织方案 34
3.1 施工准备 34
3.2 施工组织及管理 34
3.2 施工进度计划 35
3.4 施工方法 35
3.5 施工质量保证及技术措施 36
3.6 安全与方明施工 40
第四章 沉管灌注桩的施工质量问题和处理措施 43
4.1 概述 43
4.2 施工中经常遇到的质量问题及原因 43
4.3 具体的处理措施 45
4.4 能较好解决施工质量问题的新工艺 46
4.5 总结 47
第五章 沉管灌注桩在实例工程中的应用 48
5.1 CFG振动沉管灌注桩在靖州市东部新区靖州花园住宅楼工程中的应用 48
5.2 沉管灌注桩复合地基在吉安港石溪头货运码头工程中的应用 52
5.3 沉管夯扩灌注桩在某市软土地区的应用 54
第一章 沉管灌注桩的分类
1.1分类
1.1.1钢筋混凝土灌注桩
钢筋混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔,然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。按其成孔方法不同,可分为钻孔灌注桩,沉管灌注桩、人工挖孔和挖孔扩底灌注桩等。
1.1.2沉管灌注桩
沉管灌注桩,又叫套管成孔灌注桩,是当前采用较为广泛的一种灌注桩。沉管灌注桩是指利用锤击打桩法或振动打桩法,将带有活瓣式桩尖或预制钢筋混凝土桩靴的钢套管沉人士中,然后边浇筑混凝土(或先在管内放入钢筋笼)边锤击或振动边拔管而成的桩。依据使用桩锤和成桩工艺不同,分为锤击沉管灌注桩、振动沉管灌注桩、静压沉管灌注桩、振动冲击沉管灌注桩和沉管夯扩灌注桩等。这类灌注桩的施工工艺是:使用锤击式桩锤或振动式桩锤将带有桩尖的钢管沉人土中,造成桩孔,然后放人钢筋笼、浇筑混凝土,最后拔出钢管,形成所需的灌注桩。沉管桩对周围环境有噪音、振动、挤压等影响。
沉管灌注桩成桩过程为:桩机就位一锤击(振动)沉管一上料一边锤击(振动)边拔管,并继续浇筑混凝土一下钢筋笼,继续浇筑混凝土及拔管一成桩。
1.2 锤击沉管灌注桩
 锤击沉管灌注桩的机械设备由桩管、桩锤、桩架、卷扬机滑轮组、行走机构组成。
锤击沉管桩适用于一般粘性土、淤泥质土、砂土和人工填土地基,但不能在密实的砂砾石、漂石层中使用。它的施工程序一般为:定位埋设混凝土预制桩尖→桩机就位→锤击沉管→灌注混凝土→边拔管、边锤击、边继续灌注混凝土(中间插入吊放钢筋笼)→成桩。
施工时,用桩架吊起钢桩管,对准埋好的预制钢筋混凝土桩尖。桩管与桩尖连接处要垫以麻袋、草绳,以防地下水渗入管内。缓缓放下桩管,套人桩尖压进土中,桩管上端扣上桩帽,检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上,桩管垂直度偏差≤0.5%时即可锤击沉管。先用低锤轻击,观察无偏移后再正常施打,直至符合设计要求的沉桩标高,并检查管内有无泥浆或进水,即可浇筑混凝土。管内混凝土应尽量灌满,然后开始拔管。凡灌注配有不到孔底的钢筋笼的桩身混凝土时,第一次混凝土应先灌至笼底标高,然后放置钢筋笼,再灌混凝土至桩顶标高。第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌人的混凝土量为限,不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查混凝土面的下降情况。
拔管速度要均匀,对一般土层以1 m/min为宜,在软弱土层及软硬土层交界处宜控制在0.3～0.8m/min为宜。采用倒打拔管时,桩锤的冲击频率为:单动汽锤不得少于50次/min,自由落锤轻击不得少于40次/min。在管底未拔至桩顶设计标高之前,倒打和轻击不得中断。
锤击沉管桩混凝土强度等级不得低于C20,每立方米混凝土的水泥用量不宜少于300Kg。混凝土坍落度在配钢筋时宜为80—100 mm,无筋时宜为60～80 mm。碎石粒径在配有钢筋时不大于25mm,无筋时不大于40mm。预制钢筋混凝土桩尖的强度等级不得低于C30。混凝土充盈系数(实际灌注混凝土体积与按设计桩身直径计算体积之比)不得小于1.0,成桩后的桩身 混凝土顶面标高应至少高出设计标高500 mm。
当桩较稀疏时(中心距大于3.5倍桩 径或2m),可采用连打方法;当桩较密集时(中心距小于等于3.5倍桩径或2 m), 为防止断桩现象应采用跳跃施打的方法,中间空出的桩应待邻桩混凝土达到设计强度等级的 50%以上方可施打;对于土质较差的饱和淤泥质土,可采用控制时间的连打方法,即必须在邻桩混凝土终凝前,将影响范围内(中心距小于等于3.5倍桩径或2m)的桩全部施工完毕。
锤击沉管灌注桩适用于一般粘土、淤泥质土、砂土、人工填工等。
前面介绍的锤击沉管灌注桩的施工方法,一般称为”单打法”。而锤击沉管扩大灌注柱的施工方法则称为”复打法”。
复打—般在下列情况下应用:
1.设计要求扩大桩的直径,增加桩的承载力,减少桩的数量,减少承台面积等。
2.施工中处理工程问题和质量事故。例如怀疑或发现有缩径、吊脚,夹泥等缺陷或持力层起伏不平,个别桩由于桩管长度所限达不到设计规定的进入持力层深度,以致使贯入度不符合要求,作为补救措施而采用复打法。
复打法是在第一次单打将混凝土浇筑到桩顶设计标高后,清除桩管外壁上污泥和孔周围地面上的浮土,立即在原桩位上再次安放桩尖,进行第二次沉管,使第一次未凝固的混凝土向四周挤压密实,将桩径扩大,然后第二次浇筑混凝土成桩。
复打施工时,桩管中心线应与初打(单打)中心线重合;第一次灌注的混凝土应接近自然地面标高;复打前应清除桩管外壁污泥;必须在第一次(单打)灌注混凝土初凝前,完成复打工作;复打以一次复打为宜;钢筋笼在第二次沉管后吊放。
复打法全复打、半复打和局部复打之分。如果缺陷在下半段,则第一次混凝土浇筑到半桩长,另加lm,开始复打。如果缺陷在上半段,则第一次浇筑混凝土到顶后,将桩管打入1/2桩长,再第二次灌注混凝土。对于饱和淤泥或淤泥质软土则宜采用全桩长复打法。
1.3 振动沉管灌注桩与振动冲击沉管灌注桩
1、概述
振动沉管灌注桩与振动冲击沉管灌注桩(以下简称振动、振动冲击沉管灌注桩)是利用振动桩锤(又称激振器)、振动冲击锤将桩管沉人土中,然后灌注混凝土而成。这两种灌注桩与锤击沉管灌注桩相比,更适合于稍密及中密的砂土地基施工。振动沉管灌注桩和振动冲击沉管桩的施工工艺完全相同,只是振动沉管灌注桩利用振动锤沉桩,振动冲击沉管桩利用振动带冲击的桩锤沉桩。
振动、振动冲击沉管灌注桩适用于在一般黏性土、淤泥、淤泥质土、粉土、湿陷性黄土、稍密及松散的砂土及填土中使用,在坚硬砂土、碎石土及有硬夹层的土层中,由于容易损坏桩尖,不宜采用。根据承载力的不同要求,拔管方法可分别采用单打法、复打法、反插法。
2、施工工艺
施工时,先安好桩机,将桩管下端活瓣桩尖合起来,或埋好预制桩尖,对准桩位,徐徐放下桩管,压入土中,校正桩管垂直度,符合要求后开动激振器,同时在桩管上加压,桩管即能沉人土中。当桩管沉到设计标高,且最后30s的电流值、电压值符合设计要求后,停止振动,安放钢筋笼,并用吊斗将混凝土灌人桩管内,然后再开动激振器和卷扬机,拔出钢管,边振边拔,从而使桩的混凝土得到振实。
 振动灌注桩可采用单打法、反插法或复打法施工。单打法是一般正常的沉管方法,它是将桩管沉人到设计要求的深度后,边灌混凝土边拔管,最后成桩。适用于含水量较小的土层,且宜采用预制桩尖。桩内灌满混凝土后,应先振动5—10 s,再开始拔管,边振边拔,每拔0.5～1.0m停拔振动5—10s,如此重复进行,直至桩管全部拔出。拔管速度在一般土层内宜为1.2～1.5m/min,用活瓣桩尖时宜慢,预制桩尖可适当加快,在软弱土层中拔管速度宜为0.6～0.8m/min。
反插法是在拔管过程中边振边拔,每次拔管0.5～1.0 m,再向下反插0.3～0.5 m,如此重复并保持振动,直至桩管全部拔出。在桩尖处1.5 m范围内,宜多次反插以扩大桩的局部断面。穿过淤泥夹层时,应放慢拔管速度,并减少拔管高度和反插深度。在流 动性淤泥中不宜使用反插法。
复打法是在单打法施工完拔出桩管后,立即在原桩位再放置第二个桩尖,再第二次下沉桩管,将原桩位未凝结的混凝土向四周土中挤压,扩大桩径,然后再第二次灌混凝土和拔管。采用全长复打的目的是提高桩的承载力。局部复打主要是为了处理沉桩过程中所出现的质量缺陷, 如发现或怀疑出现缩颈、断桩等缺陷,局部复打深度应超过断桩或缩颈区1m以上。复打必须在 第一次灌注的混凝土初凝之前完成。
3、振动( 锤击) 沉管灌注桩施工常见质量通病原因分析和预防
振动(锤击)沉管灌注桩是国内当前采用得最为广泛的一种桩基形式,它具有: ①设备简单、施工方便、操作容易、机械化程度高; ②造价低; ③施工速度快、工期短; ④适用于除岩层以外的广泛土层.但它最大的缺陷是:因施工方法和施工工艺不当,将会造成缩颈、夹泥、隔层、断桩、吊脚桩、钢筋笼下沉或上浮等常见质量通病.
(1) 缩颈
现象:
成型后桩局部直径小于设计桩径,一般发生在地下水位以下,含上层滞水层土层或饱和的粘性土中(如淤泥质土) .
原因分析:
1)拔管时管内砼过少.
2)拔管速度过快,桩管内形成真空场力,对砼产生抗力.
3)在饱和粘性土中,灌入砼扩散严重不均匀;
4)桩间距过少,邻近桩施工时挤压,使其缩颈.
5)砼坍落度较少,和易性差,拔管时管壁对砼产生磨擦力.
6)在饱和淤泥或淤泥质软土层中沉桩管时 ,土受强制扰动挤压 ,产生孔隙水压 ,桩管拔出后 ,挤向新浇灌的混凝土 ,使部分桩径缩小。
7)桩身在上下土层条件不同 ,混凝土的凝固速度也不同 ,在上下段临界之间引起缩颈。
预防措施:
1)采用”慢抽密振(击)”方法拔管,在饱和的粘性土中,或地层交界处,控制好拔管速度,一般不大于0.5 m/min为宜.抽管过急易将混凝土拉断,控制拔管速度,管内混凝土必须略高于自然地面,保持有足够的自重压力,混凝土出管后立即扩散。
2)对桩距少于3 d的(d为桩径) ,采用跳打法或加大桩的施工间距.
3)经常测定混凝土下落情况,把每根桩实际混凝土灌注量与计算灌注量对比,发现缩颈应用复打法处理.
(2)桩体夹泥
现象:
桩身混凝土内有夹泥层、截面积缩少、强度减弱导致桩体承载力降低.
原因分析:
1)采用反插施工工艺时,反插深度太大,反插时活瓣向外张开,把孔壁周围的泥挤进桩身,造成桩身夹泥.
2)采用复打施工工艺时,桩管上的泥末清理干净,把导管壁上的泥带入桩身混凝土中.
3)在饱和的粘性土中施工,混凝土坍落度太小,拔管速度过快,混凝土未流出管外,土即涌入桩身,造成桩身夹泥.
4)在饱和淤泥或淤泥质软土层中沉桩管时 ,土受强制扰动挤压 ,产生孔隙水压 ,桩管拔出后 ,挤向新浇灌的混凝土 ,使部分桩径缩小。
5)拔管过程中采用反插 ,反插法施工不适用于饱和的淤泥软土层 ,不但效果不好 ,而且常产生夹泥现象 ,又因上下抽桩 ,也会影响邻桩质量。
预防措施
1)采用反插施工工艺时,控制好反插深度,一般不宜超过活瓣长度的2P 3.
2)采用复打施工工艺时,复打前应把桩管上的泥清理干净.
3)采用适宜的坍落度,当桩身有钢筋时,混凝土拌和物的坍落度宜采用80～100 mm,当桩身为素混凝土时,其拌和物的坍落度宜采用60～80 mm.混凝土应搅拌均匀,和易性要好,并控制好拔管速度.
4)拔管时要轻锤密击或密振 ,均匀地慢抽。在经过特别软弱的土层时 ,可适当停抽密击或停抽密振。但不要停得过久 ,否则混凝土会堵塞管。
5)在淤泥或淤泥质土层 ,抽管速度不宜超过 0. 8 m/ min。
(3)断层、断桩
现象:
桩身水平或略有倾斜裂缝,或桩身分离,甚至有一段桩没有混凝土。裂缝是水平的或略有倾斜 ,一般均贯通全截面。常位于地面以下 1 m～3 m深不同的软土层交接处。
原因分析:
1)混凝土终凝不久,强度弱,承受不了振动和外力扰动,使桩体产生横向裂隙,形成断层.
2)拔管速度过快,混凝土未排出管外,桩孔周围土迅速回缩形成断桩.
3)桩距过少,邻桩沉管时使土体隆起和挤压,产生水平力和拉力造成桩断裂。
4)在流塑的饱和粘性土中孔壁不能直立,混凝土比重大于饱和粘土性,灌注时造成混凝土在该层坍塌形成断桩.
5)混凝土粗骨粒径过大,灌注时在管内发生”架桥”现象形成断桩.
预防措施:
1)尽可能减少外力扰动和振动.
2)控制拔管速度,拔管时轻锤密振(击) ,均匀慢抽,一般以1 m/min 为宜,在软弱土层和软硬交界处要放慢,在流动淤泥层中有时甚至要停拔,待混凝土扩散到一定程度再拔.
3)采用跳打法施工,以减轻对邻桩的挤压力,待邻桩成型强度达到70 %时再施工,桩的中心距一般应大于4 d ,群桩基础和桩中心距小于4 d的桩基,应提出保证邻桩桩身质量的技术措施.
4)混凝土的充盈系数不得小于1.0 ,也不得大于1.3 ,对混凝土充盈系数小于1.0 桩,宜全长复打,对可能发生的断桩和缩颈,应采用局部复打.成桩后的桩体混凝土顶面标高应不低于设计标高500 mm,全长复打的入土深度宜接近原桩长,局部复打应超过断桩和缩颈区1 m以上.
5)严格控制粗骨料粒径.
(4)吊脚桩
现象:
干硬性混凝土与桩身结合不好,桩底的混凝土隔空或混进泥砂,形成软弱底层.
原因分析:
1)采用预制桩尖时,预制桩尖强度不足,在沉管时破损.
2)桩入土较深,进入低压缩性的亚粘土层,活瓣桩尖打不开,拔至一定高度时才能打开,此时孔底已被孔壁回落土充填,而形成吊脚桩.
3)在有地下水的情况下,封底混凝土灌得过早,沉管时间又较长,封底混凝土经长时间的振动被振实,形成”塞子” ,拔至一定高度, ”塞子”才打开,形成吊脚桩.
预防措施:
1)严格检查预制桩尖的强度及规格,沉管时用吊锤检查桩尖是否缩入管内,如发现有,应及进拔出纠正或重打.
2)为防止活瓣不张开,可采用密振慢抽方法,开始拔管50 cm范围内,可将桩管翻插几次,再正常拔管,使混凝土正常落下,另一方面,可选择合理的桩长或采用预制桩尖.
3)合理掌握封底混凝土的灌入时间,一般在桩管沉至地下水位以上0.5～1.0 m时灌入封底混凝土,并在沉管时封好桩尖,使活瓣间隙减少.
4)沉管时用吊铊检查探测桩尖处是否有泥土缩入管内。如发现有 ,应及时拔出处理或将孔回填砂后重新再沉管。如混凝土离脚较高才落下 ,即应进行反插或多沉密击。
(5)钢筋笼下沉或上浮
现象:
钢筋笼位置低于或高于设计标高.
原因分析:
相邻桩沉管时,产生振动或挤压,土质较松产生振陷钢筋笼下沉,土质较紧产生挤压,钢筋笼上浮.
预防措施:
配有钢筋笼时,混凝土第一次灌至钢筋笼底标高,再放入钢筋笼,另一方面,根据土质松紧情况在地面采取可靠措施,固定好钢筋笼,防止钢筋笼下沉或上浮.
(6)有空洞和泥水隔断桩
产生原因:
1)桩管径小。
2)混凝土骨料粒径过大 ,和易性差。
3)拔管速度过快 ,复打时套管外壁泥浆未刮干净。
预防措施与处理方法:
1)严格控制混凝土坍落度不小于 6 cm～8 cm ,骨料粒径不大于 30 mm。
2)拔管时密锤轻击 ,控制拔管速度不大于1 m/ min(淤泥中不大于 0. 8 m/ min) 。
3)复打时将套管外壁泥土除净。混凝土桩探测发现有隔层时 ,采用复打法处理。
(7)桩尖进水、进泥砂
产生原因:
1)地下水量多、压力大。
2)桩尖活瓣缝隙大 ,预制桩尖与桩管接口软垫不紧密或桩尖被打坏。
3)沉桩时间过长。
预防措施与处理方法:
1)地下水量大时 ,桩管沉至地下水位以上应以水泥砂浆灌入管内 0. 5 m作封底 ,并再灌 1 m 高混凝土 ,然后打下。少量进水(小于 20 cm)可不处理 ,灌混凝土时 ,第一罐混凝土可酌减用水量。
2)将桩管拔出 ,检查桩尖活瓣是否松动 ,缝隙是否严密 ,预制桩尖是否破烂或缩进桩管内 ,或接口的防水软垫不紧密等。修复改正后 ,将孔用砂回填后重新沉管。
1.4 沉管夯扩灌注桩
沉管夯扩灌注桩,简称夯扩桩。它是利用打桩锤将内外桩管同步沉入土层中,经过锤击内桩管夯扩端部混凝土,使桩端形成扩大头,再灌注桩身混凝土,拔外桩管时,用内桩管和桩锤压顶在管内混凝土面上,使桩身密实成行。夯扩桩桩身直径一般为400～600mm,扩大头直径在500～900mm,桩长不宜超过20M。适用于中低压缩性粘土、粉土、砂土、碎石土、强风化岩等。
1、夯扩桩的施工工艺程序是:(如图)
1)按基础平面图放出各桩的中心位置,并用套板和撒石灰标出桩位;
2)机架就位,在桩位垫一层150-200mm厚与灌注桩同强度等级(C30)的干硬性混凝土,放下桩管,紧压在基上面,以防回淤;
3)将外桩管和内套管套叠同步打入设计深度;
4)拔出内夯管并在外桩管内灌入第一批混凝土,高度为H,混凝土量一般为0.1-0.3m3;
5)将内夯管并在外桩管中压在混凝土面上,并将外桩管拔起h高度(h〈H〉,一般为0.6-1.0m;
6)用桩锤经过内夯管将桩管中灌入的混凝土挤出外管;
7)将内外管再同时打至设计要求的深度(h深处),迫使其内混凝土向下部和四周基土挤压,形成扩大的端部,完成一次夯扩。或根据设计要求,可重复以上施工程序进行二次夯扩;
8)拔出内夯管在外管内灌第二批混凝土,一次性浇筑桩身所需的高度;
9)再插入内夯管紧压管内的混凝土,边压边徐徐拔起外桩管,直至拔出地面。
2、施工技术要点
(1)如有地下水或渗水,沉管过程、外管封底可采用干硬性混凝土,经夯实形成阻水、阻泥管塞,其高度一般为100mm。
(2)桩身混凝土分段浇筑;拔管时,内夯管和桩锤施压于外管中的混凝土顶面,边压边拔。
(3)工程施工前进行试成桩、详细记录混凝土的分次灌入量、外管上拔高度、内管夯击次数、双管同步沉入深度,并检查外管的封底情况,有无进水、涌泥等,经核实后作为施工控制的依据。
(4)桩端扩大头进入持力层的深度不小于3m;
3、施工注意事项
(1) 夯扩桩机在施工前要调制平整,使桩机护筒对准桩位。
(2) 保持护筒垂直,利用桩机的反压装置和锤击土层使护筒进入土层中,并控制好护筒底部标高。
(3) 沉管完毕,进行填料夯实。根据土层的性质控制每次填料量,使填入土层中的填料夯击密实,形成桩端扩大头。
(4) 填料夯实后,夯填料顶面标高距护筒底5-10cm 时,提锤落距为6m 进行空击,贯入度不大于10cm。如不满足贯入度要求,继续填料。
(5) 填夯干硬性砼,每次填夯2-5 锨,共填夯0.3m3 干硬性砼。干硬性砼的标准是手握成团一捻就开。并使砼上标高距护筒底标高≯5cm。
(6) 提出锤,放入钢筋笼,检查标高。
(7) 灌注砼,并满足最小灌注量。
(8) 提出锤进行振捣,振捣棒要快插慢拔,振捣深度≮2m。
(9) 定时检测砂,石含水量,混凝土塌落度,及时调整每盘混凝土掺水量。
4、施工质量控制标准
(1) 桩的施工允许偏差:
Ⅰ.桩径允许偏差:-20mm
Ⅱ.桩的垂直度允许偏差:≤1%
Ⅲ.桩位的允许偏差:中间桩不大于150m,边桩不大于70mm。
Ⅳ.桩顶标高的允许偏差:± 50mm;
(2) 钢筋笼制作应符合下列要求:
Ⅰ.主筋间距允许偏差: ±10mm;
Ⅱ.螺旋筋螺距允许偏差:± 20mm;
Ⅲ.钢筋笼直径允许偏差:± 10mm;
Ⅳ.钢筋笼长度允许偏差:±100mm;
(3) 对粗、细骨料的要求:夯扩桩施工所用材料均应严格实行质量检验。不合格材料严禁使用,选用大1-3cm 碎石,含泥量≤3%;所选用的砂,其含泥量≤3%;
(4) 砼的拌和与浇捣要求:
砼灌注前坍落度、和易性、粘聚性一定满足要求,满足充盈系
数的要求。C35 砼的拌和:
Ⅰ.严格按照实验室提供的配比进行配制;
Ⅱ.砼的拌合必须均匀,搅拌时间不得少于90 秒;
Ⅲ.每盘C35 砼的坍落度必须控制在10-14cm;
5、安全技术措施
(1)打桩前,对邻近施工范围内的原有建筑物、地下管线等进行检查,对有影响的工程,采取有效的加固措施或隔振措施,以确保施工安全。
(2)机具进场要注意陡坡、陷地和防止碰撞电杆、房屋等,以免造成事故。
(3)打桩机走道须平整、坚实,必要时宜铺设道渣,经压路机碾压密实。场地四周挖排水沟以利排水,保证移动桩机时的安全。
(4)在施工前先全面检查机械,发现有问题时及时解决,检查后要进行试运转,严禁带病作业。机械操作须遵守安全技术操作要求,由专人操作,并加强机械的维护保养,保证机械各项设备和部件、零件的正常使用。
(5)吊装就位时,起吊要慢,拉住溜绳,防止桩头冲击桩架,撞坏桩身;加强检查,发现不安全情况,及时处理。
(6)在打桩过程中遇有地坪隆起或下陷时,随时对机架及路轨调平或垫平。
(7)机械司机,在施工操作时要集中精力,服从指挥信号,不得随便离开岗位,并经常注意机械运转情况,发现异常情况要及时纠正。要防止机械倾斜、倾倒,桩锤不工作时,突然下落等事故的发生。
(8)打桩时桩头垫料严禁用手拔正,不要在桩锤未打到桩顶即起锤或过早刹车,以免损坏桩机设备。
6、雨季施工措施
(1) 制定雨季排水预案,做好防排水设备,保证雨季进场道路畅通。
(2) 水泥等怕潮材料入库垫高码放。
(3) 收听天气预报,预知有雨天气,提前准备塑料布,油毡等防雨材料。
(4) 现场机械设备有效接地,防止雷击。
7、施工质量质量问题及防治措施
沉管夯扩灌注桩施工工艺,以其施工技术可靠、施工速度快、工程造价低、单桩承载力高等特点,越来越多的被建设单位及设计单位所采用。可是由于夯扩桩施工技术要求的特点,当前市场经济竞争下夯扩桩的价格偏低,施工单位的技术水平参差不齐,一些施工队伍对夯扩桩的认识不足,施工防范措施不到位等因素,造成了施工后桩的质量水平差异较大,在不少工程中出现了桩身断裂、桩身缩颈、桩身混凝土离析夹泥、混凝土强度偏低、桩端达不到设计标高、扩大头达不到预计的直径、桩位偏移大等问题。
上述现象如不能及时解决,将给建筑工程留下隐患,严重影响桩的承载能力,很可能会造成巨大的经济损失,也从而会给夯扩桩的推广应用带来困难。下面根据近几年在夯扩桩施工管理工作中所得到的一些体会,结合有关资料,就夯扩桩施工中存在的一些问题,谈一些自己的认识。
(1)桩身断裂问题
1)产生原因分析:
在施工过程中,由于夯扩桩施工设备一般较重,在临近桩施工时机械行走、运转所产生的挤压、振动,可能对临近桩产生水平剪力,以至造成桩身断裂;同时,由于沉管桩属于挤土桩,土体受挤压后产生侧向位移,同时还会伴随产生地面隆起现象,这时会对相邻桩产生水平侧向和向上努力,很容易处于初凝状态的桩体挤断裂;再者,由于施工时灌注混凝土的配合比不当、和易性差,拔管速度过快,混凝土在管内的流动性不好,也极易产生断桩。
2)防范措施
采取退打施工方案,尽量避免施工设备在成型桩上运行;施工桩应尽可能连续打完,使其在临近桩未达到初凝状态前全部完成;施工沉管过程中,地层上部的挤土效应最为明显,因而对邻近桩的影响也最大,因此在沉管入土时尽量采用静加压方式,减少对临近桩的影响。
(2)桩身缩颈问题
1)产生原因分析:
拔管速度过快,由于桩体的形成过程是在拔管的过程中混凝土在振动条件下流出管外,与周围土体接触形成桩体,如果拔管速度过快,管内混凝土不能及时充分流出管外;而由于周围可能处于软塑状态的土体在临近桩施工振动作用下侧向应力恢复较快,对流塑状态的混凝土产生挤压,至使桩体断面变小;又因越是靠近地面桩管的摩擦阻力越小,拔管速度容易变快,此时管内混凝土的压力又很小,混凝土越不易流出管外;另外,混凝土材料粒径过大,混凝土的配合不当,浇注时产生"抱管"现象,也会形成夯扩桩缩颈现象。实践证明,夯扩桩缩径现象多发生在地表下2m左右水位变化或地层软硬交界处。
2)防范措施:
降低提管速度,特别是在接近地表3m范围内速度应严格控制在0.8m/min以内;采用"留振"措施或拔出管后采用振动棒在桩体上部振捣措施;施工前在场地周边预先施工一些砂桩、碎石桩泄压井,这样再施工夯扩桩时,产生的超静水压力从渗透性能较好的砂石桩中顺利泄放;地下水位埋深较浅时,应采取适度的井点降水措施,或者沉管成孔后孔中放入滤布包好的钢筋笼,以此来控制减小沉管产生的超静水压力;合理布置打桩顺序,不集中打桩,以利孔隙水压力的消散。
(3)桩身混凝土离析、夹泥、强度偏低问题
1)产生的原因分析:
地下水位过高,土体含水量大,施工沉管过程中形成超静水压力乃至形成地下承压水流,造成对临近刚施工过夯扩桩体的冲刷,甚至可能出现喷水冒浆现象,最终水泥被泥浆置换;桩端密封不严密,或沉管后桩管在土体中停留时间过长,至使管内进水、进泥,然后灌入混凝土后造成桩端混凝土离析、夹泥现象;混凝土材料的选取不当、配合比不当,造成桩体产生离析、桩体强度偏低现象;
2)防范措施:
如前所述,施工前采取降水措施,打一些降水井或施工一些泄压井以减轻土体中的超静水压力;沉管前严格检查桩端的密封情况,保证其严密性,防止沉管过程中进水、进泥,若沉管后发现管内少量进水,可先倒入一些干水泥进行吸干,方可进行下一步工序;做好混凝土材料的选取、验收工作,严禁使用不合格材料,必要时应进行洗料,严格控制混凝土的配合比,坍落度易控制在8-10cm。
(4)桩顶或桩端达不到设计标高、扩大头不足问题
1)产生原因分析:
对桩体的灌料量估算不足,投入混凝土量偏少;对场地的岩土工程条件了解不明确,特别是桩端持力层的起伏标高不明,局部桩端贯入持力层深度较大,超过了机械施工能力;桩体扩大头夯扩量过大,一方面造成临近桩难以下沉到设计标高,另一方面造成整个场地持力层越挤越密,最终有沉不下的现象;夯扩头材料的投放量不足、夯扩头材料的坍落度过大、持力层的密实度较大、选用机械设备的参数偏低等因素都会造成夯扩头不足。
2)防范措施:
正式开工之前,详细了解场地的岩土工程条件,必要时应作补充勘察,了解硬夹层、持力层情况;正确理解沉管夯扩灌注桩施工图纸的要求,制定合理的施工组织设计,计算好夯扩头材料用量,夯扩过程中的锤击数,桩体材料的充填量;合理选择施工机械、施工方法。实践证明:沉管难以下沉时,更换大能量级的锤或利用配重增加压力或辅以射水流都是行之有效的办法;夯扩头材料选用干硬性的混凝土质量较易保证。
(5)桩顶位移量大、桩中钢筋笼偏移、桩顶预留钢筋长度不足
1)产生原因分析:
桩管在入土下沉时,导向架与地面不垂直,下沉到一定深度后往往再用行走桩架方式难以校正桩位;桩管下沉时在地表如若遇到虚填土坑、大块硬障碍物,桩尖都会偏向较软的方向,以至造成桩位的偏移;另外,群桩施工时,由于挤土效应也常常会造成桩位的偏移。桩中钢筋笼偏移现象主要是笼上未设置导正筋或导正块;再者可能是混凝土灌注完毕拔管过程中,吊放钢筋笼装置出现提拉现象。桩顶钢筋长度不足原因分析是拔管过程中,吊放钢筋笼装置出现松动,产生向下滑移现象,或者因刚浇注的混凝土坍落度大、桩体混凝土处于流塑状态,钢筋的比重比混凝土的比重大,在施工振动作用下,钢筋沉入混凝土。
2)防范措施:
施工前应将地表、地下障碍物(建筑垃圾等)彻底清除;在桩管对准桩位开始为沉管之前,应进行打桩设备的底盘调平、导向架的调直,保证沉管与导向架平行、与地表面呈垂直状态;在最初没管时,若发现沉管不垂直应及时调整,打入一定深度后发现偏移较大时,应拔出管后回填素土或砂重新沉桩。钢筋笼应按要求焊接加强筋、焊接导正筋或绑扎导正块,防止钢筋笼在振动拔管过程中受外力作用至使主筋偏移成束状,或整笼偏移产生桩体露筋现象。钢筋笼下沉是造成桩顶钢筋长度不足的主要原因,措施就是在灌注混凝土拔管过程中,固定好笼的吊放装置,防止内管或内锤挤压钢筋笼,在桩体浇桩完毕后,利用焊接细钢筋将笼体固定于地表一段时间。
(6)几点体会:
1)经过产生质量原因分析不难看出,施工工艺及过程在一定程度上是决定质量优劣的一个重要因素,施工前必须经过分析场地岩土工程条件,明确桩基础施工图的设计要求,制定详细的施工方案,针对特殊地质情况提出具体措施,确保施工保质保量的顺利完成。
2)加强施工队伍素质的管理是确保夯扩桩施工质量保证的重要环节。选择有实力、有施工经验、管理素质较好的施工队伍,确保现场施工人员严格按规定要求施工,严格执行各工序施工验收程序。
3)做到施工全过程的质量监控与管理,这也是提高工程质量的重要环节,建设单位和监理单位协助、监督和要求施工单位高质量完成施工。
4)明确影响质量的关键点,有针对性的采取加强管理措施,沉管夯扩桩关键在于:沉管位移量的要求、夯扩头的控制、拔管速度的控制、混凝土配合比的控制、钢筋笼的制作吊放等,根据实际情况,对易发生质量事故的环节实行以预防为主,使事故防患于未然。
5)总之,只要施工队伍能够正确认识到沉管夯扩桩施工的特点,施工中严格把关,具体问题具体分析,做到措施得当,质量问题完全是能够保证的。
1.5 静压沉管灌注桩
1、 概述
静压沉管灌注桩,简称静压桩:桩基础的一种,采用的方法是采用静力压桩机压桩,工作原理与锤击截然相反,主要优点是没有噪声。
液压静压桩属于挤土桩。桩在压入过程中对周围土体进行排挤,使地基的侧向应力增加,从而导致土的密度的增加。它的挤土效应取决于桩截面的几何形状和压桩力。对同样截面的桩截面来说,静压桩的挤土效应小于打入桩。
一般来说,采用静压桩工艺的地基土含水量较高,孔隙比较大,在桩受垂直静压过程中,桩尖直接使土产生冲剪破坏,伴随或先发生沿桩身土体的直接剪切破坏,从而也产生了超孔隙水压力,扰动了土体结构,使桩周约一倍桩径土体的抗剪强度降低,发生严重软化(粘性土)或稠化(粉土、砂土),出现土的重塑现象,从而可连续地将静压桩送入很深的地基土层中。相反,若遇砂层,超孔隙水压力消散,则摩阻力增加,压桩困难。
2、静压桩的沉桩机理及常见问题分析
1)静压桩沉桩机理沉桩施工时,桩尖”刺入”土体中时原状土的初应力状态受到破坏,造成桩尖下土体的压缩变形,土体对桩尖产生相应阻力,随着桩贯入压力的增大,当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时,土体发生急剧变形而达到极限破坏,土体产生塑性流动(粘性土)或挤密侧移和下拖(砂土),在地表处,粘性土体会向上隆起,砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力,土体主要向桩周水平方向挤开,使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响,此时,桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗,当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力,桩将继续”刺入”下沉。反之,则停止下沉。
2) 压桩时,地基土体受到强烈扰动,桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。随着桩的沉入,桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移,由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用,土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时,剪切面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时,剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内,粘性土中随着桩的沉入,桩周土体的抗剪强度逐渐下降,直至降低到重塑强度。砂性土中,除松砂外,抗剪强度变化不大,各土层作用于桩上的桩侧摩阻力并不是一个常值,而是一个随着桩的继续下沉而显著减少的变值,桩下部摩阻力对沉桩阻力起显著作用,其值可占沉桩阻力的50～80％,它与桩周处土体强度成正比,与桩的入土深度成反比。
3) 终压力与极限承载力。在静压桩施工完成后,土体中孔隙水压力开始消散,土体发生固结强度逐渐恢复,上部桩柱穴区被充满,中部桩滑移区消失,下部桩挤压区压力减小,这时桩才开始获得了工程意义上的极限承载力。从大量的工程实践看,粘性土中长度较长的静压桩其最终的极限承载力比压桩施工时的终压力要大,在某些土体固结系数较高的软土地区,静压桩最后获得的单桩竖向极限承载力可比终压力值高出一二倍,可是粘性土中的短桩,土体强度经一段时间的恢复,摩阻力虽有提高,但因桩身短,侧摩阻力占桩的极限承载力的比例差异不大,最终极限承载力达不到桩的终压力。因此桩的终压力与极限承载力是两个不同的概念,一些初接触静压桩的设计、施工人员往往将两者混为一谈。两者数值上不一定相等,主要与桩长、桩周土及桩端土的性质有关,但两者也有一定的联系。
3、特点及适用范围
(1)静压桩具有无震动、无噪声、场地小和能定量监测单桩承载力等优点,特别适合在人口密集的市区及建筑群中施工。
(2)施工引起的土体隆起和水平挤动比打入式桩小,适宜于危房、精密仪器房、岸边和地下管线多的地区内施工。
(3)由于避免了锤击应力,可减少钢筋和水泥用量,降低工程造价。
(4)压桩力能自动记录和显示,桩的承载力有保证,而且避免锤击过度而使桩顶或桩身开裂的现象。
(5)压桩力有限,单桩垂直承载力相对锤击桩来说较低。
(6)施工速度快,工期短。
(7)只适应于软土地基,不适用于贯穿厚度大于2m的中密以上的砂土夹层或进入中密以上的砂土持力层。
4、施工工艺
静压桩施工工艺分为定位、桩尖就位、对中、调直、压桩、接桩、再压桩、送桩等过程。
(1)定位:根据控制点和控制轴线,定出施工桩位,并在桩位中心插入一根短钢筋,洒上石灰粉使桩位标志明显。
(2)桩尖就位、对中、调直:对于步履式全液压静压桩机而言,经过大、小船行走油缸的动作,作纵横向的行走,从而将桩尖对准桩位,并开动压桩油泵将桩压入土中2m后停止压桩,用两台经纬仪校正桩在两垂直方向的垂直度。
(3)压桩:利用夹紧器的浮顶增力原理,夹紧工程桩,用压桩油泵的压力将桩压入地下。每次压桩行程为2m。当压完第一行程后放松夹紧器装置,用压桩油缸提起夹紧器,当夹紧器到位后,再次夹紧压桩,如此循环。
(4)接桩:当下一节桩压到露出地面0.5～1.0m时,应接上一节桩。
(5)送桩:送桩可用专用的送桩器,也可用一节长度超过要求的桩,放在被送的桩顶上便可送桩。
(6)移位:若桩顶高出地面一段距离,而压桩力已达到规定值时则要截桩,以便桩机移位。
5.施工注意事项
(1)因压桩机自重很大,对地面承载力要求较高,故在地面松软处施工时要及时采取加固措施,以确保压桩机的平衡。
(2)压入力由压力表反映,在压桩过程中要认真记录桩入土深度和压力表读数的关系,以判断桩的质量及承载力。当压力表读数突然上升或下降时,要停机,对地质资料进行分析,看是否遇到障碍物或产生断桩情况等。液压静压桩机的压入力与压力表读数换算式如下式所示。
F=2PS+G
式中:F--------- 压入力;
P--------- 压力表读数;
S--------- 压下油缸活塞面积;
G--------- 夹头箱、压下油缸柱塞及送桩器三者重量之和。
(3)实践表明:因接送桩的中途停留(25～30分钟)使得压桩阻力增长36～68%。而且,停留时间较长,其阻力增长越多;压桩入土越深,其阻力增长也越大。故静压桩施工时不宜中途停顿。必须接桩停留,宜考虑浅层接桩,还应尽量避开在好土层深度处停留接桩,且尽可能缩短接桩时间。
(4)桩压入过程中,需随时用两台经纬仪从正面和侧面校正其垂直度,确保桩的