湿作业成孔灌注桩常见质量问题分析

湿作业成孔灌注桩常见质量问题分析

堆垛布设计是一项技术性很强的设计技术，属于隐蔽工程。如果施工过程中的处理不充分，项目的质量就会下降。但由于目前尚无可靠快速的检测方法及时掌握并了解成桩过程中的质量,桩基础施工发生的质量问题,往往是多方面原因造成。一、混凝土砌块的一般质量分析(一)灌注桩的地质作用干作业成孔灌注桩,即不用护壁措施而直接排出土成孔的灌注桩,适用于地下水以上的地质条件。干作业成孔灌注桩常见的质量问题:孔底虚土多、桩身混凝土强度低于设计要求、塌孔、桩孔偏斜、桩顶位移偏差大等。1.国内土层结构带树体的抗打击成孔后,孔底虚土过多,厚度超过规范的规定(端承桩≤50mm,摩擦桩≤150mm)。主要原因有:(1)土质差,如松散填土;含有炉灰、砖头等大量杂物的土层;以及流塑淤泥、松散砂土等,成孔后或成孔过程中土体容易坍落。(2)钻杆不直或使用过程中变形,钻杆拼接后弯曲等都能使钻杆在钻孔过程中产生晃动,造成孔径扩大,提钻时部分土滑落孔底。(3)孔口的土示及时清理干净,使土掉入孔内,或因款及时灌注混凝土,孔壁或孔底被雨水冲刷或浸泡。2.桩身混凝土强度低灌注的钢筋混凝土桩身表面有蜂窝、空洞、桩身夹土、分段级配不均匀。分析其原因,主要有:(1)混凝土配合比不当,材料选用不合现,造成桩身混凝土强度低;(2)没有按照合理的施工工艺边灌边振捣,混凝土不密实,出现蜂窝孔洞等;(3)灌注混凝土时,孔壁受到振动使孔壁土塌落,同混凝土一起灌入土中,造成桩身夹土,或放钢筋笼时碰到孔壁土掉入孔内;(4)每盘或每车混凝土的搅拌时间或水灰比不一致造成和易性不匀,坍落度不一,灌注时有离析现象。使桩身出现分段不均匀。3.泥质土夹层中成孔的注意事项成孔后,孔壁局部塌落的主要原因有:(1)在有砂卵石、卵石或流塑淤泥质土夹层中成孔,这些土层不能直立而塌落;(2)局部有上层滞水渗漏作用,使该层坍塌;(3)成孔后没有及时浇注混凝土;((4)桩孔偏斜,成孔后,桩孔偏离桩轴线,桩孔垂直偏差大于规范要求的1%。(二)灌注桩的出入网湿作业成孔灌注桩是指采用泥浆护壁排出土成孔的灌注桩。适用于一般黏性土、淤泥和淤泥质土及砂土地基,尤其适宜在地下水位较高的土层中成孔。1.塌孔形成沉渣钻孔灌注桩的塌孔质量事故主要有三类,一类是成孔过程中塌孔、埋钻;第二类是浇注混凝土前塌孔,造成沉渣超厚;第三类是混凝土浇筑过程中塌孔形成缩颈夹泥、断桩。2.机磨损严重,部件滑动(1)建筑场地土质松软,桩架不狠,钻杆导架不垂直;(2)钻机磨损严重,部件松动;(3)起重滑轮边缘、固定钻杆的卡孔和护筒三者不在同一轴线上,又没有经常检查和校正;(4)钻孔弯曲或连接不当,使钻头钻杆中心线不同轴;(5)土层软硬差别大,或遇障碍物。3.浇注混凝土时的注意事项(1)孔壁坍塌;(2)水下浇注混凝土时,导管提出混凝土面;(3)浇注混凝土过程中产生卡管停浇;(4)混凝土浇筑不及时。二、工程实例(一)工程概况及倾斜某市桥苑新村B栋大楼为18层钢筋混凝土剪力墙结构住宅楼(以下简称B栋楼),建筑面积1.46万m2,总高度56.6m。2008年1月开始桩基施工,4月初基坑挖土,9月中旬主体工程封顶,11月底完成室外装修和室内部分装饰及地面工程,12月3日发现该楼向东北方向倾斜,顶端水平位移470mm,为了控制因不均匀沉降导致的倾斜,采取了在倾斜一侧减载与在对应一侧加载以及注浆、高压粉喷、增加锚杆静压桩等措施,曾一度使倾斜得到控制。但从12月21日起,B栋娄又突然转向西北方向倾斜,虽采取纠编措施,但无济于事,倾斜速度加快,12月25日起,顶桩水平位移2884mm,整座楼重心偏移1442mm。为确保B楼楼结构安全、相邻建筑及住户的生命财安全,采取了6～18层定向爆破拆除的措施,造成直接经济损失711万元。(二)原因分析1.桩型确定的前提提供该工程地基勘察资料:(1)1.5～6m厚人工回填杂土;(2)8.8～15m高压缩性淤泥;(3)1.2～3.4m厚淤泥质黏土;(4)5～9.6m稍中密细砂;(5)12.4～18m中密粉砂;(6)1.3～3.2m厚砂卵石;(7)基岩。为此,如采用桩基,其桩体必须要穿过较厚的淤泥层。地质勘察报告提出建议:选用大口径钻孔灌注桩,桩尖持力层可选用层面埋深40.1～42.6m的强度较好的砂卵石层。在选择桩型时,根据勘察资料提供的地质条件,该地流塑淤泥厚达8～15m,含水量最高为78.1%。设计单位原决定采用钻孔灌注桩基础,建设单位为了节约投资,建设单位要求打入394根砂桩,以改良地基条件,但建设单位为节约投资,以砂桩打不下去为由不采纳,最后设计单位签字同意取消了砂桩。在这样的地质条件下,选择夯扩桩有其缺陷:(1)夯扩桩是一种挤土型桩,在超厚饱和水淤泥地层中施工,像其他打入或预制桩、沉管灌注桩一样,打入如此巨量、密集的群桩,必然会产生后打入桩对先打入的已达初凝的邻桩的挤压,产生偏位;(2)夯扩桩的桩端进入持力层第4层粉砂内的深度较浅,易成为铰接端,不利于抗水平推力,加上桩周淤泥水平抗力很小,不利于桩基稳定。虽然选择错误的桩型不是这次事故的主要原因,但设计上的先天不足,又取消了砂桩,未考虑淤泥场地条件下施工因素的影响。2.支护方案确定该工程地质勘报告中强调指出:“基坑开挖时应采取坑壁支护及补底封强措施。”并提供了坑壁支护设计所需要的有关参数。设计了开挖5m的支护方案——9排粉喷柱重力式挡土墙,但变形和稳定计算难以通过。该方案未成为正式方案。建设单位为了节约投资,自行确定了支护方案:在基坑南侧和东南段五排粉喷桩,在基坑西端二排粉喷桩,其余坑边采用放坡处理。基坑支护方案未完成全封闭,基坑开挖后,边坡产生滑移,出现险情,支护方案存在严重缺陷,造成工程桩大量倾斜,这是桩基础整体失稳的主要原因。3.基坑开挖中出现的问题(1)在地基土十分软弱,又无封闭支护措施的情况下,施工单位编制的施工方案是:先在基坑内满揭表层土3m,再在深坑区跳坑区跳格接桩。但在基坑开挖时,仅在深坑区(D区)揭表层土3m,接着采用5m宽条状连续顺序开挖时,一次到位,在Ⅰ区和Ⅱ区[[肖形面5m高的临空面,致使工程桩大量倾余。(2)工程桩在土方开挖过程中受到重型机械的碾压和铲头的碰接,形成断桩。(3)施工单位违反施工规范,在部分工程桩和粉喷桩龄期未到的情况下就进行基坑开挖。据调查,基坑内工程桩的共336根,其中歪桩172根,占51.2%,歪桩最大偏位1700mm。与此同时,对工程桩的动测试验检测抽查63根工程桩,其中13根为Ⅲ类桩(有4根为深层缺陷,9根为浅层机械开挖引起的损伤),占被检测数的20.6%。原基坑开挖方案在当时当地的具体条件下是比较合理的,但并未得到实施,实际开挖施工不当是导致桩基大量定向偏斜的主要原因。(4)不合格钢筋的大量使用。基坑在开挖过程中,发现两根桩上部断裂,经查发现桩身钢筋脆裂,后经送检,发现钢筋屈服点不明显,伸长率不合格,并且脆性断裂。但当时并未引起建设单位的重视。据调查,该工程桩基使用的钢材全部由建设单位组织供应,分别从三个供应点先后五次进场Φ16钢筋。建设单位和施工单位仅对第一次进场的钢筋进行抽样检验,为合格。后四次均未抽样检验,致使不合格的钢筋进入施工现场。该工程在正常情况下使用部分屈服点、伸长率两项指标均不合格的钢材,对桩的竖向承载力不会构成大的影响,但是在工程发生质量事故过程中,在大量歪桩正接、桩受力条件复杂的情况下,部分桩身钢筋材质不合格,也是不利因素之一。4.不稳定埋置深度m该工程原设计桩顶标高为-5.50m,当336根夯扩桩已完成190根时,设计人员竟然同意建设单位将地下室底板标高提高2m,从而带来了下列问题:(1)地下室底板标高往上提高2m,就使该工程埋置深度由-5m变为-3m。按《钢筋混凝土高层建筑物结构设计与施工规程》规定,最小埋置深度不应小于建筑物高度的1/15。埋置深仅为3,仅仅是建筑物高度的1/18.9,削弱了建筑物的整体稳定性。(2)由于地下底板标高往上提2m,使已经完成的190根桩均要接长2,灌注桩的接长处是桩体的最薄弱体,如此大量的接桩具有较大的危险性,特别是已完成的190根桩体中已发现有不少桩是倾斜的,如垂直地面水平接桩,就使接桩后的桩体形成折线形,不仅严重降低单桩承载力,而且在水平推力的作用下,往往使接桩部位首先发生破坏。5.中下建桩折线形严重,导致桩身承载力下降在336根桩中,有172根桩是歪桩,其垂直度超出了规范规定的允许偏差值,而其中最大偏位竟达1700mm,这种歪桩导致作用力方向的改变,使桩的承载力明显降低,同时,由于地下室底标高抬高2m,使先期打入的的190根在同一层面上必须接桩,在歪桩上接桩,桩身形成折线形,引起桩身的侧向荷载分量,导致单桩承载力下降。6.许多设计节点存在不同程度的质量差异在336根桩施工完成后,通过对