探讨预制桩施工出现浮桩的原因及防范措施

2022-09-10

1 高强度预应力管桩应用及静压管桩施工优点

在建筑工程中, 桩基础是最常用的基础形式。随着现代建筑业的飞速发展和科学技术的进步, 桩基础已从木桩逐渐发展为钢筋混凝土桩和钢桩, 桩基础的施工方法与施工机械也有了长足的发展。同时为了满足现代建筑的质量标准和可靠性, 制桩方法也有了很大的改变, 经过三十多年在工业和民用建筑等工程中的使用实践, 预制桩不仅适用于多层和高层建筑, 同时也适用于厂房和设备基础等, 与其它的桩型相比较, 预制桩施工有明显的优势。预制桩施工目前有二种主要施工方法, 一是锤击法, 一是静压法。静压施工法适用范围广, 一般粘土、软弱土、淤泥质土、砂层厚度不大的土层等都适宜, 特别是覆土不太厚的岩溶地区和持力层深的沿海地区优势更为明显, 同时施工噪音小。

根据多年的使用实践证明, 静压预应力管桩有如下优点: (1) 供设计选用范围广。 (2) 对地质条件复杂、持力层起伏变化大的地基适应性强。 (3) 单位承载力造价便宜。 (4) 成桩质量稳定可靠。 (5) 施工速度快、工效高、工期短、检测简单快速。 (6) 运输装卸方便, 接桩快捷, 压桩长度不受限制。 (7) 静力压桩对施工场地的土质有很大的改善, 挤土桩形成过程中对桩周的土壤有一定的挤压, 能极大地增加摩擦力;桩机行走灵活, 施工效率高。 (8) 预制桩施工, 不受流砂, 地下水位, 淤泥质土壤的影响, 不良地质不会影响施工进度和施工质量。 (9) 施工安全:由于预制桩施工工艺简单, 施工环境和施工条件较好, 施工安全有保证。

采用静压桩机进行预应力管桩施工, 虽然得到普遍推广和使用, 但在施工过程中由于管理和质量控制不完善, 管桩桩基础施工产生的质量问题时有发生, 如:桩位及桩身倾斜超过规范要求;桩头破裂;桩身 (包括桩尖和接头) 破损断裂;桩端达不到设计持力层;单桩承载力达不到设计要求;桩的长度不够;基坑开挖不当引起大面积群桩倾钭;桩身上浮。

2 产生浮桩的原因分析

实际上, 浮桩现象是静压管桩挤土效应的一种表现形式。挤土就是当桩沉入地基后, 桩间土体受到扰动, 相互挤压, 孔隙变小, 而导致压力增强, 土体发生侧移和隆起, 使桩间土及桩向上位移, 从而使桩尖与持力土层之间产生间隙, 造成浮桩。浮桩使桩失去大部分的桩端承载力, 并产生一定的负摩擦力, 使桩极限承载力下降, 同时由于土的摩阻力作用, 使得桩身及质量差的桩接头可能被拉裂, 桩身结构完整性被破坏。引起浮桩 (挤土效应) 的主要原因如下。

(1) 设计桩径和桩距对挤土效应影响最为显著。二者直接决定单位体积入土桩量, 即挤土量, 对于桩距, 原则上应不少于3.5倍桩径, 因此设计应尽可能合理安排结构布局和承载形式, 扩大桩距, 减少密集群桩承台。

(2) 土质情况影响土的压缩性能, 对挤土效应影响也较大。在粘性土或淤泥质地基中 (软土地基) , 尤其是在敏感的软粘土或饱和淤泥质土中, 沉桩时会发生较大的土体侧向位移及隆起。

(3) 地下水位高, 土层中含水率高。桩在下沉过程中, 由于土体被挤密, 地下水在桩的挤压下无法及时消散, 桩的下端形成一个相对密闭容器状水土混合体, 桩端施压的压力越大, 下部的水和土的混合体的压强越大, 水将土挤得更加密实, 水就更加难消散, 这样就会使桩沉不到要求的持力层。而静载试验时, 由于桩的停歇时间已久, 桩下部的水已经消散, 桩的承载力比施工时的实际承载力要低很多, 这样就会造成较大的质量事故。

(4) 施工工艺和施工顺序。是否采用桩尖、跳打、施工速度, 采取的基土减压措施, 终压力的确定及持荷、成桩观测、复压等施工工艺均会对挤土效应产生较大影响。

另外还有对桩数较多的群桩, 没有进一步探明地质变化情况, 施工未按先深后浅、从中间向边缘沉桩及施工时没有采取预钻孔或降水等措施, 减少挤土效应及降低超孔隙水压力等原因。

3 浮桩防范措施

(1) 加强施工管理和上岗人员的培训, 施工前进行技术和安全交底, 对施工重点和难点要有保证措施, 严格遵守公司的质量管理制度, 对进场的管桩等主要材料在沉桩前要进行检查, 确保施工前材料的质量全部合格。

(2) 要充分重视地质勘察报告的作用。施工前和施工中都要仔细阅读和认真研究地质勘察报告, 对不良土质和地下水高等情况要有措施, 务必对现场地质情况有清楚的了解, 才能确保施工质量。在具体的设计中应根据工程特点、地质情况、场地条件和环境等因素 (如基坑的支护形式、基坑深度、基坑底的土层条件等) , 综合考虑, 因地制宜, 选择一个最佳有效的抗浮方案。

(3) 施工前要有施工方案, 施工中要严格按施工方案和操作规程执行。每个项目都有专职质量员负责质量检查, 对每一道工序都要进行复检, 杜绝人为因素造成的质量问题发生。

(4) 施工前要根据地质资料选择桩位试桩, 根据试桩情况合理配桩, 确保桩顶的标高基本达到设计要求, 减少锯桩和接桩数量, 杜绝在没有达到压力值时停止压桩或超过终压力值时继续压桩。

(5) 桩身及接头质量检验:提前选取有代表性的桩进行测量监控, 在桩施工结束后应立即用水准仪测量记录其桩顶标高, 并在整个施工过程中定期复测, 通过比较来检查桩身是否有上浮现象。如果发现有上浮现象, 则需采取前面提过的控制压桩速率、持荷、重新调整压桩路线或钻孔取土等措施, 减少挤土效应进而控制桩身上浮现象。减少挤土效应的措施: (1) 选择好压桩路线:实际施工时, 应该从桩位密集的中心开始向四周扩散打桩, 这样可以削弱后排桩的挤土效应, 减少土体位移。 (2) 控制打桩速率:实际打桩时, 应控制每天的最多沉桩根数;如发现位移量较大时, 则减少沉桩根数;合理控制打桩速率, 使土体有时间释放内力。 (3) 开挖防挤沟或设置防挤孔:当压桩场地距建筑物较近, 或距道路及地下管线较近时, 为保护相邻物体, 可在桩基施工区域与相邻物体之间开挖防挤沟, 沟宽和深度可取1.5 m~2.0 m。防挤孔孔径为3 0 0mm, 间距1m, 深度可依据被保护相邻物体埋深加深0.5m~1.0 m。 (4) 钻孔取土:由于浅层挤土效应比较明显, 因此可采用钻孔取土来减小挤土效应。钻孔的直径略小于桩径, 深度可取桩长的1/3。在实际施工中, 根据现场情况、地质情况及周边建筑物和管线情况, 综合采用了上述四种措施。

(6) 如果采取上述措施后仍不能解决桩身上浮现象, 则可采用复压的补救方法进行处理。

(7) 采用高压灌注水泥浆:如果经检测判定是由于浮桩而使桩基不合格, 如果桩机已撤走, 也可采用高压灌注水泥浆补偿桩尖与持力层的间隙, 从而满足设计和规范要求。

摘要：本文根据作者多年来在桩基础工程设计和施工管理中的经验, 分析和总结预制管桩由于设计、地质条件和施工工艺不当, 产生浮桩的原因, 从理论上提出一些预防意见和相应的处理措施。

关键词：静压管桩,挤土效应,浮桩,复压