几种主要桩型常见施工质量事故分析

1.打入式预制桩

几种主要桩型常见施工质量事故分析

①桩身本身质量问题。主要原因有预制桩生产过程中材料、胎膜、生产工艺、养护龄期等控制不严导致桩身强度不够,桩身几何尺寸偏差大等质量问题,装卸、运输、堆放不当造成桩身裂缝等缺陷,在施工前又未能及时发现。桩身本身质量有缺陷的桩经锤击打入后,将严重影响基桩承载力,造成的事故是很难处理的。

②接桩质量问题。主要原因有接桩材料、接桩方法等原因,如上下节平面偏差、焊接不牢、焊接后停歇时间过短、螺栓未拧紧、胶泥质量差等。可采用对接桩部位进行补强的方法处理。③桩身垂直度问题。原因很多,如施工中垂直度控制、布桩密度、打桩路线、持力层面坡度、地面超载、基坑开挖、相邻工程挤土桩施工等,造成基桩倾斜,严重影响桩身质量及基桩承载力。处理方法将根据事故原因采用纠偏补强、补桩等方法。

④“拒打”造成的质量问题。打入式预制桩施打过程中常出现送桩困难或无法送桩现象,桩长达不到设计要求。主要原因有勘察资料失实,设计参数、桩型、持力层选用不当,施工中采用的锤重锤垫不当,停歇时间长,或出现复杂地质现象(如夹砂土层等硬土层、地下孤石等),过多的重锤打击,易导致桩头碎裂,桩身损伤。

⑤“上浮吊脚”造成的承载力不足问题。在深厚软土地区,已打入的桩在施工其相邻基桩时,往往会发生整桩“上浮”、桩端离开持力层的现象。这种现象对基桩承载力影响很大,但如果采取措施将“上浮吊脚”桩压回原位,一般说其承载力能满足设计要求。

⑥锤打出现的桩身质量问题。当重锤打击桩头时,由桩头向桩身射入的压力波,当桩长较长、桩尖为软土层时,桩尖将反射回拉力波,此时的拉力波往往会集中在桩的中部0.3~0.7倍桩长的位置;当桩尖为硬土层时,桩尖将反射回压力波,压力波到达桩顶后又产生拉力波,该拉力波一般集中在桩头部分。如果拉力波产生的拉应力超过预制桩桩身混凝土抗拉强度,混凝土将会出现裂缝,形成断裂面。应选用合适的桩型,采用合适的重锤与锤垫,避免锤打中出现桩身质量问题。

2.钻(冲)孔灌注桩

钻孔灌注桩施工包括泥浆护壁、水下成孔、水下下笼、清孔、水下灌注等工序,每道工序多或轻或重会出现一些缺陷。

①钻孔倾斜。在钻进过程中,遇孤石等地下障碍物使得钻杠偏斜,桩倾斜程度不同,对基桩承载力的影响不同,由于该类事故无法通过基桩质量检测手段测定,所以施工中的垂直度检验显得尤其重要,特别是大直径钻孔灌注桩。

②坍孔。易造成断桩、沉渣、孔径突变等缺陷。主要原因有:

1)由于护壁不力。如泥浆质量差,易沉淀,比重小,护筒内无足够压力水头,护筒埋深不够,导致筒底漏土等。

2)钻进速度过快。

3)操作碰撞。如下落提升钻具、放置钢筋笼时碰撞,由于无导向装置的正循环钻机,钻杆细,刚度小,摇晃大而造成钻头导向圈碰撞孔壁。

4)土质原因。如粉砂土等粗颗粒土层以及松散地层中成孔时,常易发生坍孔事故。

5)有较强的承压水,并且水头较高,易造成孔底翻砂和孔壁坍塌。

③充盈系数过大。一般设计要求混凝土浇灌充盈系数在1.05~1.25之间,但由于成孔的工艺,地质条件等原因,造成充盈系数超过1.3,甚至于达到1.6或更大,这都属于施工不正常现象,它既造成材料的浪费,也造成左右桩刚度不一致的弊病。

④桩身缩径、夹泥、断桩、离析,均为不同程度的桩身质量问题,对基桩承载力有很大影响,一般说发生原因有:

1)断桩。混凝土浇注过程中,导管不慎拔出混凝土面,或由于堵管、停电等原因而采取的拔管措施,或软土层中流土,砂土层中流砂挤入钢筋笼内,或是导管大量进水。混凝土灌注中出现的这些事故,会使混凝土灌注面与护壁泥浆混合,形成断裂面。此外,采用机械挖土时,机械设备对桩头的碰撞易使桩浅部断裂。钻孔灌注桩在使用商品混凝土时,在混凝土浇注过程中,由于坍孔较大,实际灌注的混凝土量大大超过预估的混凝土量,在再灌时的混凝土超过原混凝土的初凝时间,产生桩身浅部局部裂缝。

2)夹泥。混凝土灌注过程中,出现坍孔和内挤,坍落和挤入的土体混入混凝土中,这是一种严重桩身缺陷。

3)离析。混凝土和易性差、混凝土初灌量过小、导管进水、导管埋深不足、在混凝土初凝前地下水位变化等,造成桩身局部断面混凝土胶结不良,离析。

4)缩径。钢筋笼设计太密,如果混凝土级配和流动性差时,造成桩身某些断面尺寸达不到设计要求,或地下承压水对桩周混凝土侵蚀。

⑤孔底沉渣。孔底沉渣对端承桩、摩差端承桩来说,孔底沉渣对其承载力有着致命的影响,处理也很困难。施工中未按有关规范要求清孔、清孔后未及时灌注混凝土、下钢筋笼时碰撞孔壁、混凝土初灌量太小、混凝土灌注前出现坍孔,这些现象多会造成孔底沉渣超标,采用正循环法施工时沉渣问题更为突出。

⑥初灌方法不当造成的质量事故。在混凝土初灌过程中存在一定的质量隐患,如采用阻球法进行初灌时,如果桩径较小,阻球常夹在导管与钢筋笼之间而无法上浮,采用混凝土块法又易堵塞导管,采用砂袋法时,由于砂袋密度与混凝土接近,但强度低于混凝土,一旦沉于桩底易造成沉渣,夹在桩身造成桩身质量缺陷。故建议采用混凝土袋法,能达到不堵管,不造成沉渣,满足桩身强度的要求。

⑦桩头浮浆。这是正常现象,但桩头必须处理后才能使用,由于桩顶是承受荷载最大的部位,所以这里着重要提出的是如何处理桩顶浮浆,对大直径钻孔桩,建议先采用气泵等机械方法进行上部清桩,在距设计标高0.5米时,必须采用人工凿除法,对小直径桩建议采用人工凿除法,避免机械施工。另外,对现场灌注桩在可能的情况下应加大超灌长度。

3.人工挖孔桩

理论上讲,人工挖孔是最容易控制施工质量的桩型,但实际施工中应保证以下的施工质量:

①桩底积水。桩底积水如果可以人工清除,必须清除、擦干。如果存在地下渗水,人工无法清干,必须采用机械降水,否则极易造成桩底混凝土离析,由于一般的挖孔桩属端承桩,桩底混凝土离析造成的事故很难处理。

②桩身混凝土的灌注。对桩长较短的桩,可采用滑板法灌注,不应采用直接倾倒法。桩长较长的桩,严禁直接倾倒,否则极易造成混凝土离析、混凝土夹气、夹泥;不应采用滑板法,也易造成混凝土离析、混凝土夹气、夹泥;应采用导管法送浆,边送边采用机械振捣。

4.沉管灌注桩

在多层工业与民用建筑工程中,就地沉管灌注桩与其技术经济综合比较上的优势被广泛采用。沉管灌注桩为挤土型桩,桩径一般为Ф377、Ф426,桩长20m左右。近些年由于施工设备与技术的提高,桩径有着逐步增大的趋势,出现了Ф500、Ф550桩径的沉管桩,桩长在浙江省宁波地区最长达到45m左右,长径比达到80~90.沉管桩有振动、静压等施工方法,鉴于沉管灌注桩截面尺寸的特点,无论哪种施工方法,施工中易产生以下质量问题有:

①缩径、夹泥、离析。混凝土充盈系数硬土中小于1.1,软土中小于1.2.原因主要有:

1)土的性状原因。在软土中沉桩时,土受到强制扰动产生超孔隙水压力,在桩管拔出后挤向刚灌注的混凝土,使桩身局部缩径或夹泥。所以软土层中一定要控制拔管速度。在软硬土层交界处,也极易发生缩径现象,如回填的池塘,回填土下夹有未被清除的河底淤泥,在这种地层中沉管施工,缩径往往发生在淤泥地层中。在桩身埋置范围内的土层中有承压地下水,桩身会产生局部缩径现象。

2)拔管速度过快。施工中不按有关规范要求,拔管速度过快,造成管内混凝土高度过低,使得混凝土的排挤力小于地层地侧压力而造成缩径夹泥。

3)管内混凝土量少。管内混凝土应保持2m左右高程,并高于地下水位1.0~1.5m或不低于地面高程,否则管外土体挤入造成缩径夹泥。

4)混凝土质量差。坍落度小,和易性差,拔管时管壁对混凝土产生摩阻力造成缩径离析。

5)桩间距过小,邻近桩施工时挤压也有可能造成缩径。

6)采用反插法施工工艺时,反插深度太大,易把孔壁周围的土体挤入桩身,形成夹泥。

7)桩身渗水引起的离析。沉桩时,土受到强制扰动产生超孔隙水压力,桩周土如果为渗透系数较大的土层时,在桩管拔出混凝土灌注的过程中,土中的超空隙水压力会向尚未初凝的桩身混凝土中渗透,沿桩身向水压力较小的桩顶上移,常见桩顶冒水现象,造成桩身上部混凝土离析,这种质量事故很难控制,施工中应加强观察。

②断桩。一般为贯穿全截面的水平向裂缝,造成断桩的原因与缩径基本相同,主要是工程地质、施工工艺、混凝土质量、设计桩距、挖土碰撞等原因。尤其在软土地区,当布桩密度较大时,邻近桩互相水平向挤压,常常在钢筋笼底部形成断裂面,断桩严重程度大于缩径。

③“吊脚桩”。桩底混凝土架空或桩底进泥砂,在桩底部形成薄弱层,造成原因一般有:

1)预制桩尖质量差。在沉管时,桩尖由于强度不足被挤压破损后进入桩管,在振拔时未能将桩尖压出,直到管拔至一定高度才落下,但未能落到原标高,形成“吊脚”;或者桩尖被挤压破碎后,泥砂和水从破损处挤入桩管,与桩底混凝土混合成松软的薄弱层。

2)桩长度较长时,活瓣桩尖被周围土体包围打不开,拔管至一定高度后才打开。

3)混凝土级配不合理,和易性差,在拔管时,混凝土拒落,造成桩尖下没有混凝土或量少,一般称为“软桩”,类似这种故障可使用大流动性的混凝土或如压拔管的办法来杜绝事故的出现。

5.环境变异

导致桩基础事故的环境因素很多,常见的因素有:

①基础开挖对工程桩造成的影响。例如,机械挖土时,挖机碰撞桩头,一般容易导致桩的浅部裂缝或断裂。在软土地区深基坑开挖时,基坑支护结构出现问题时,会使基坑附近的工程桩产生较大的水平位移,灌注桩桩身中上部会裂缝或断裂,薄壁预应力管桩桩身上部裂缝或断裂,厚壁预应力管桩与预制方桩在第一接桩处发生桩身倾斜,基坑降水产生的负摩阻力对桩身强度较差的桩产生局部拉裂缝。

②相邻工程施工的影响。间距较近的邻近建筑施工密集的挤土型桩时,如不采取防护措施,土体水平挤压可能造成桩身一处甚至多处断裂。

③地面大面积堆载,桩身倾斜,桩中上部裂缝或断裂。

④在刚施工完成的桩基础上重型机械行进,尤其是预制桩桩基础工程,对桩头水平向挤压造成桩头水平位移,桩身中上部裂缝或断裂。

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