振动沉管灌注桩的施工过程质量控制.doc

桩基础的种类很多，其中沉管灌注桩是目前采用的较为广泛的一种桩基。与预制桩相比，它具有节省钢材、降低造价、施工方便、工期短、在持力层顶面起伏不平时桩长容易控制等优点。虽然振动沉管灌注桩的施工过程较为简单，但它受到施工方法和施工人员因素的影响，桩位偏差较大；当施工方法和施工工艺不当或某道工序中出现漏洞，也将会造成许多的质量问题；另外，遇淤泥层时处理比较难。其中沉、拔管过程中的质量控制尤为重要，下面结合本人在振动沉管灌注桩方面的施工经历，从其施工过程谈谈如何进行质量控制。1、桩点定位桩位的正确与否，会直接影响整个桩基工程的质量及对上部结构受力分布情况。在将施工图上桩位精确地测设到场地上时，并不代表这个桩位在整个施工过程中都是不变的，它会由于周围土被挤动和打桩机作业中来回碾压而发生移动。可先将桩点准确位置测设到地面上，挖至桩点深300mm左右处，将白灰倒入土中捣实。打桩时，以土层深300mm处的白灰点作为桩位，桩点要在打桩前挖出，打一根桩挖一个桩位点，以确保其准确性。这个方法简单，操作方便，位置准确。但对有些工程却不是很实用，如采用预埋桩头、下几个施工桩位已经压在桩机下等情况，这样桩位就来不及挖出，延长了施工工期，只能在桩机进场前埋设好桩位，施工时经常复核桩位，以保证桩位的准确性。另外，预制桩头埋设时，应注意将桩位下的大石头挖出，以免沉管时，桩尖碰到大石块而偏滑位置。2、走机路线和打桩顺序桩机进场前，要慎重确定走机路线，尽量避免重复线路及多次转动机身，那样会对已施工完成的桩身产生多次挤压，造成断桩。并且拟定合理的打桩顺序，应根据地形、周围环境、土质和桩的密度等决定。当逐排打设时，打桩的推进方向应逐排改变，以免土体朝一个方向挤压，并且对同一排桩而言，必要时宜采用间隔跳打的方式进行。自边缘向中央打法，使中间部分土壤挤压较密实，不仅使桩难以打入，而且打中间桩时，还有可能使外侧各桩被挤压而浮起，所以一般以自中央向边缘打法和分段打法为宜。尽量避免土体因挤压而密实，使沉管困难和桩位偏移，或产生水平力和拉力，使已打好的桩身造成断裂。有时遇到地表土层较坚硬，下面为软弱土层，桩成型后，还未达到初凝强度，当邻桩施工时，在软硬不同的两层土中振动下沉套管，由于振动对于两层土的波速不一样，产生了剪切力，把先施工的桩剪断。遇此情况，应采用跳打法加大桩的施工间距。并且对于群桩基础，或桩的中心距离小于3.5倍桩径时，也应采用跳打法，中间空出的桩应待混凝土达到设计强度等级的50%以后，方可施打，以减轻对邻桩的挤压力，防止断裂事故发生。跳打法对一般性粘土地基是有效的，但在饱和的淤泥中，仍有可能发生断裂事故，遇此情况，可用控制时间的连打方法，即规定必须在邻桩混凝土终凝前，把桩施工完毕，一个桩基范围内的几根桩，应在当天内打完。在一次桩基工程施工中，就出现过因未采用跳打法而造成桩身上部断裂。此工程为两个工业设备基础，采用377沉管灌注桩，群桩中各桩前后左右之间的距离为1350mm，施工队在施工第一个基础时，按规定采用跳打法，当施工到第二个基础时，因工期紧迫，为了减少走机时间，而未采用跳打法，改用依次逐排打，事后经检测单位对桩的动测结果表明，第一个基础的桩基质量较好，而第二个基础的桩基质量就相对较差，上部断桩较多，后采取了加固补救措施，可见打桩顺序非常重要。3、振动沉管沉管时应连续进行，不要停歇过久，以免摩阻力增大，导致下沉困难。如持力层以上有中密的粉细砂等硬夹层，其厚度在1m以上时，可能发生沉桩时间过长而导致桩头压碎或穿不透，甚至出现卡管现象。遇此情况，在试桩时就应采取相应措施，如增加配重或振激力，必要时可采用钻机预先钻穿。假如发生卡管时，应在夹层处反复抽动二三次，然后拔出桩管，扎好活瓣桩尖或重设预制桩尖，重新打入，并争取时间尽快灌注混凝土后立即拔管，缩短停歇时间。当沉管快到持力层时，必须严格控制最后两个两分钟的贯入速度，其值按设计要求，或根据试桩和当地长期的施工经验确定。在一次住宅楼的桩基工程中，设计为377沉管灌注桩，预制桩尖进入持力层约1m。在试桩时，当桩尖进入持力层约0.4m时，由贯入度的测算，得知桩管已经沉不下去了，于是重新启动振动锤，加配重及抬桩架以增加自重压力，但测量贯入度，只沉入60mm，就再也沉不下去了。根据该地区以往的桩基施工经验，桩尖几乎都没有进入持力层1m，再经设计单位的核算，认为此工程桩尖进入持力层约0.46m，可满足要求。对于饱和土层，土壤中的水分较多，桩壁土经沉管施压后，流动性相对增加，易造成缩颈和断桩。可采取复打法，对活瓣桩尖的情况，在第一次施工完成后，再把活瓣桩尖闭合起来，在原桩孔混凝土中第二次沉下桩管，将未凝固的混凝土向四周挤压，然后进行第二次灌注混凝土和振动拔管；对于预制桩尖的情况，当第一次施工完毕，拔出桩管后，及时清除粘附在管壁和散落在地面上的泥土，在原桩位上第二次安放桩尖，再进行第二次施打。对于有断桩和缩颈怀疑的桩，可采用局部复打法，如缺陷在桩的下半段，则第一次灌筑到半桩长时（另加1m以防复打时上段土塌落影响质量），即拔出桩管，再合拢桩尖活瓣或加预制桩尖，在原孔中再沉到底，进行第二次灌筑混凝到顶；如缺陷在桩的上半段，则第一次混凝土灌筑到顶后，第二次再将桩管沉至二分之一桩长，立即灌筑第二次混凝土到顶；当在饱和的淤泥或淤泥质软土，则应采用全桩长的复打。复打法能使桩径增大，提高承载力。但施工时必须注意：第二次沉管时，要经常用吊铊检查桩尖是否已超前落入孔底，以免孔周土落在桩尖上，形成吊脚桩；复打施工必须在第一次灌注的混凝土初凝以前全部完成，而且第一次灌注的混凝土要达到自然地面，不得少灌；应随拔管随清除粘在套管壁和活瓣桩尖上以及散落在地面上的泥土；还要保持前后二次沉管的轴线重合。4、拔管过程沉管完成后，应立即灌注混凝土，钢筋笼的吊放最好在桩管混凝土灌注到钢筋底下两米左右时进行，以免过早放置而使钢筋笼受混凝土的冲击产生变形。基本上在每拔高1m管时，就要检测混凝土的充盈系数是否大于1。在有地下水的情况下，如果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”，拔管到一定高度时，“塞子”才打开，会形成吊脚桩。遇此情况应合理掌握混凝土的灌入时间，一般在桩管沉至地下水位以上0.51.0m时灌入封底混凝土。开始拔管时，先启动振动锤振动510秒，再开始拔管，并用吊铊探测得桩尖活瓣确已张开，混凝土已从桩管中流出以后，方可继续抽拔桩管，边拔边振。要严格控制拔管速度和高度，必要时采取短停拔（0.30.5m），长留振（1520秒）的措施，严防缩颈和断桩。在通过特别软弱的土层时，可适当停抽密振，但不要停得过久，否则混凝土会堵塞管中不落下。在拔管过程中，桩管内应至少保持2m以上高度的混凝土，并高于地下水位1.01.5m，或不低于地面，要经常用吊铊探测，不足时要及时补灌，以防混凝土中断，形成缩颈。如果未采用吊铊探测管内的混凝土下落的情况，也可根据钢筋笼的吊绳来判断，当拔管过程中，钢筋笼的吊绳突然随拔管高度越来越松动，则表明管内混凝土未下落，应拔出桩管，复打施工。遇饱和土层时，为防止灌注时造成混凝土在该层坍塌而形成断桩，可用反插法。即在桩管灌满混凝土之后，先振动，再开始拔管。如采用预制桩尖时，每次拔管高度0.51.0m，反插深度0.30.5m；如采用活瓣桩尖时，反插深度不宜超过活瓣长度的三分之二，防止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。在拔管过程中应分段添加混凝土，保持管内混凝土面始终不低于地面或高于地下水位1.01.5m以上，拔管速度应小于0.5m/min。在桩端处约1.5m范围内，要多次反插以扩大桩的端部截面，并在穿过淤泥夹层时，应适当放慢拔管速度，并减少拔管高度和反插深度。但必须注意，在流动性淤泥和坚硬土层中，及桩身的配筋段施工时，不宜采用反插法。5、桩顶处理 如果发现桩顶标高低于设计标高，可采用比原桩身混凝土强度等级高一级的混凝土接高桩顶。对于断桩的检查，在23m以内，可用锤敲击桩头侧面，同时用脚踏在桩头上，如桩已断，会感到浮振；深处断桩常采用动测或开挖的办法检查。一旦检查发现断桩，应将断桩段拔去，略增大面积，或加铁箍接驳，清理干净后，再重新灌筑混凝土补做桩段。6、材料控制钢筋混凝土预制桩尖必须选用有按规定配筋的，并且混凝土强度不得低于C30。以免沉管时，预制桩尖因强度不足而破损，被挤入管内，造成拔管振动时未能将桩尖压出，管拔至一定高度时才落下，但又被硬土层卡住，未落到孔底而形成吊脚桩；或桩尖被打碎进入桩管，泥砂和水同时也挤入桩管，与灌入的桩身混凝土混合而形成松软层。综上所述，影响振动沉管灌注桩工程质量的因素有很多，要想彻底解决，就必须从地质勘察、工程设计到施工各个环节积极预防，尤其是施工时沉、拔管过程的质量控制。施工单位施工前应详细研究地质勘探资料及设计文件，据此提出全面有效的工程施工组织设计，组织各方参加有代表性的打试桩，施工中应随时仔细观察各种现象，经常测定混凝土灌注情况，及时判断并处理出现的各种问题，积极预防质量事故发生，确保工程施工质量沉管灌注桩是土木建筑工程中众多类型桩基础中的一种。它是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中(钢管直径应与桩的设计尺寸一致)，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。 利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩;利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩是用振动沉桩机将有活瓣式桩尖或钢筋混凝土预制桩靴的桩管(上部开有加料口),利用振动锤产生的垂直定向振动和锤、桩管自重等对桩管施加压力,使桩管沉入土中,然后边向桩管内浇筑混凝土,边振边拔出桩管,使混凝土留在土中而形成桩 与一般钻孔灌注桩比，沉管灌注桩避免了一般钻孔灌注桩桩尖浮土造成的桩身下沉，持力不足的问题，同时也有效改善了桩身表面浮浆现象，另外，该工艺也更节省材料。但是施工质量不易控制，拔管过快容易造成桩身缩颈，而且由于是挤土桩，先期浇注好的桩易受到挤土效应而产生倾斜断裂甚至错位。 由于施工过程中，锤击会产生较大噪音，振动会影响周围建筑物，故不太适合在市区运用，已有一些城市在市区禁止使用。这种工艺非常适合土质疏松、地质状况比较复杂的地区，但遇到土层有较大孤石时，该工艺无法实施，应改用其它工艺穿过孤石。 目前，还发展出了Y型沉管灌注桩，在处理软地基上更显成效。 沉管灌注桩施工工艺标准 （一） 施工准备 1.材料 （1） 水泥：425#及其以上的硅酸盐水泥、普硅、矿渣、火山水泥。水泥进场时应有出厂合格 证明书。施工单位应根据进场水泥品种、批号进行抽样检验，合格后才能使用。水泥如 存放时间超过三个月，应重新检验确认符合要求后才能使用。 （2） 中粗砂：采用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的河砂或海砂，其含泥量不大于3%。 （3） 石子：采用坚硬的碎石或卵石，最大粒径不宜大于40mm，且不宜大于钢筋最小净距的 1/3，其针片状颗粒不超过25%，含泥量不大于2%。 （4） 钢筋：钢筋进场时应有出厂质量合格证明书，应检查其品种规格是否符合要求及有无损 伤、锈蚀、油污，并应按规定抽样，进行抗压、抗弯、焊接试验，经试验合格后方能使 用（进口钢筋要进行化学成份检验和焊接试验，符合有关规定后方可用于工程）。钢筋 笼的直径除应符合设计要求外，还应比套管内径小60-80mm。 （5） 桩尖：一般采用钢筋砼桩尖，也可用钢桩尖。钢筋砼的桩尖强度等级不低于C30。其配 筋构造和数量必须符合设计或施工规范的要求。 2.作业条件 （1） 施工前应作场地查勘工作，如有架空电线、地下电线、给排水管道等设施，妨碍施工或 对安全操作有影响的，应先作清除、移位或妥善处理后方能开工。 （2） 施工前应做好场地平整工作，对不利于施工机械运行的松散场地，必须采取有效的措施 进行处理。雨季施工时，要采取有效的排水措施。 （3） 应具备施工区域内的工程地质资料、经会审确定的施工图纸、施工组织设计（或方 案）、各种原材料及预制桩尖等的出厂合格证及其抽检试验报告、砼配合比设计报告及 其有关资料。 （4） 桩桩机性能必须满足成桩的设计 要求。 （5） 按设计图纸要求的位置埋设好桩尖，埋设桩尖前，要根据其定位位置进行 钎探，其探测 深度一般为2-4m，并将探明在桩尖处的旧基础、石块、废铁等障碍物清除。 （6） 桩尖埋设经复核后方能进行打桩，桩尖允许偏差值：单桩为10mm，群桩为20mm。 （7） 应会同设计单位选定1-2 根桩进行打桩工艺试验（即试桩）以核对场地地质情况及桩基 设备、施工工艺等是否符合设计图纸要求。 （8） 其余参照打入桩的施工准备和作业条件。 （二） 操作工艺 1. 锤击沉管灌注桩的施工方法一般为“单打法”，但根据设计要求或土质情况等也可采用“复打法 “。 2. 锤击沉管灌注桩宜按流水顺序，依次向后退打。对群桩基础及中心距小于3.5 倍桩径的桩，应采 用不影响邻桩质量的技术措施。 3. 桩机就位时，桩管在垂直状态下应对准并垂直套入已定位预埋的桩尖，桩架底座应呈水平状态及 稳固定位，桩架垂直度允许偏差不大于0.5%。 4. 桩尖埋设后应重新复核桩位轴线。桩尖顶面应清扫干净，桩管与桩尖肩部的接触处应加垫草绳或 麻袋。 5. 注意检查及保证桩管垂直度无偏斜后采正式施打。施打开始时应低锤慢击，施打过程若发现桩管 有偏斜时，应采取措施纠正。如偏斜过大无法纠正时，应及时会同施工负责人及技术、设计部门 研究解决。 6. 沉桩过程中，应经常使用测锤检查管内情况及桩尖有否损坏，若发现桩尖损坏或水泥进入，应拔 出桩管，回填桩孔，重新设置桩尖进行施打。 7. 沉管深度应以设计要求及经试桩确定的桩端持力层和最后三阵，每阵十锤的贯入度来控制，并以 桩管入土深度作参考。测量沉管的贯入度应在桩尖无损坏、锤击无偏心、落锤高度符合要求、桩 帽及弹性垫层正常的条件下进行。一般最后三阵每阵十锤的贯入度不大于30mm，且每阵十锤贯 入度值不应递增。对于短桩的最后贯入度应严格控制，并应通知设计部门确认。 8. 沉管结束经检查管内无入泥进水后，应及时灌注砼。每立方砼的水泥用量应不少于300Kg。当桩 身配有钢筋时，设计无规定时砼塌落度宜采用80-100mm；素砼的塌落度宜采用60-80mm。第一 次灌入桩管内的砼应尽量多灌，第一次拔管高度一般只要能满足第二次所需要灌入的砼量时即 可，桩管不宜拔地太高。 9. 拔管时采用倒打拔管的方法，用自由落锤小落距轻击不少于40 次/min，拔管速度应均匀，对一 般土层以不大于1m/min 为宜。在软硬土层交界处及接近地面时，应控制在0.6-0.8m/min 以内。 在拔管过程中，应用测锤随时检查管内砼的下降情况，砼灌注完成面应比桩顶设计标高高出 0.5m，以留作打凿浮浆。 10. 凡灌注配有不到桩底的钢筋笼的桩身砼时，宜按先灌注砼至钢筋笼底标高，再安放钢筋 笼，然后继续案灌注砼的施工顺序进行。在素砼桩顶采用构造连接钢筋时，在灌注完毕拔出桩管 及桩机退出桩位后，按照设计标高要求，沿桩周对称、均匀、垂直地插入钢筋，并注意钢筋保护 层不应小于3cm。 11. 对于对于砼灌注充盈系数小于1.1 的桩，应会同设计单位研究补救措施。 12. 按设计要求进行局部复打或全复打施工，必须在第一次灌注的桩身砼初凝之前进行。 13. 灌注桩身砼时应按有关规定留置试块。 （三） 质量标准 1.保证项目 （1） 所用的原材料和砼强度必须符合设计要求和施工规范的规定。 （2） 桩的入土深度应满足设计要求的桩端持力层，最后三阵每阵十锤的贯入度，最后1m 的 沉管锤击数和整根桩的总锤击数，应符合设计及试桩确定的要求。 （3） 砼灌注充盈系数不得小于1.1。 （4） 灌注后的桩顶标高、钢筋笼（插筋）标高，及浮浆处理必须符合设计要求和施工规范的 规定。 2.允许偏差 锤击沉管灌注桩的允许偏差和检验方法应符合下表的规定。 项目 允许偏差（mm） 检验方法 主筋间距 10 箍筋间距 20 加强箍间距 50 直径 10 钢筋笼 长度 100 尺量检查 1-2 根或单排桩 70 3-20 根桩基的桩 d/2 边缘桩 d/2 桩的位置移 偏 桩数多于20 根 中间桩 d 拉线和尺量检查 垂直度 H/100 吊线和尺量检查 注：d 为桩径，H 为桩长。 （四） 施工注意事项 1.避免工程质量通病 （1） 为防止出现缩颈、断桩、砼拒落、钢筋下沉、桩身夹泥等现象，应详细研究工程地质报 告，制订切实有效的技术措施。 （2） 灌注砼时，要准确测定一根桩的砼总灌入量是否能满足设计计算的灌入量，在拔管过程 中，应严格控制拔管速度，用测锤观测每50-100cm高度的砼用量，换算出桩的灌注直 径，发现缩颈及时采取措施处理。 （3） 如采用跳打法施工，跳打时必须等相邻成形的桩达到设计强度的60%以上方可进行。 （4） 严格检查桩尖的强度和规格，桩管沉至设计要求后，应用测锤量测桩尖是否进入桩管 内。如发现桩尖进入桩管内，应拔出桩管进行处理。灌注砼后，拔管时，也应用测锤测 量，看砼是否确已流出管外。 （5） 钢筋笼放入桩管内应按设计标高固定好，防止插斜、插偏和下沉。 （6） 拔管时尽量避免翻插。确需翻插时，翻插的深度不要太大，以防止孔壁周围的泥挤进桩 身，造成桩身夹泥。 2.主要安全技术措施 （1） 在施工方案中，认真制订切实可行的安全技术措施。 （2） 清除妨碍施工的高空和地下障碍物，平整打桩范围内的场地和压实打桩机行走的道路。 （3） 对临近原有建（构）筑物，以及地下管线要认真查清情况，并研究采取有效的安全措 施，以免震坏原有建筑物而发生伤亡事故。 （4） 打桩过程中，遇有施工地面隆起或下沉时，应随时将桩机垫平，桩架要调直。 （5） 操作时，司机应集中精神，服从指挥，并不得随便离开岗位。打桩过程中，应经常注意 打桩机的运转情况，发现异常情况应立即停止，并及时纠正后方可继续进行。 （6） 打桩时，严禁用手去拨正桩头垫料，同时严禁桩锤未打到桩顶即起锤或刹车，以免损坏 打桩设备。 （7） 严格执行施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46-88）。 3.产