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岩土研究院

静力压桩的施工工艺、常见问题及对策

506 2021-03-19 15:18:19

一、静力压桩的沉桩机理

静力压桩系以设备自重及配重作反力,克服桩在被压入过程中的桩侧摩擦阻力和桩端阻力,当预制桩在竖向静压力作用下贯入土层中时,桩周土体发生急速而激烈的挤压,桩尖首先直接使土体产生冲剪破坏,随着桩身的沉人,沿着桩身土体连续剪切破坏,土体中孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头,产生急剧上升的超孔隙水压力,扰动了土体结构,这种破坏和心动随着桩的贯入会连续不断地向下传递,使桩周一定范围内土体抗剪强度降低,发生扰动软化,从而使桩被连续压入土体中。


压桩过程中的阻力主要为桩端阻力,其桩侧摩擦阻力为土体在扰动破坏状态下的滑动摩阻力,相对较小;其大小并不一定随桩的入土深度的增加而累计增加,而是随桩尖穿越土层强度变化而变化,和静力触探曲线一样反映土体的软硬程度,这一点从压桩阻力随桩入土深度变化曲线很明显可以看出,这对判断沉桩的可行性非常重要。沉桩结束后,经过一段时间的休止期,土体中孔隙水压力逐渐消散,土的抗剪强度和侧摩阻力恢复提高,从而使桩获得较大的承载力,一般情况下,土性越软,恢复休止期越长,桩身获得的后期单桩极限承载力也越高。


静力压桩沉桩阻力的大小和分布规律主要受土质、土层的排列、硬土层的厚度、持力层的埋深及强度、桩的断面大小、桩的数量、桩距、布桩形式、施工顺序、沉桩速率及速度等因素影响。一般情况下,桩端阻力和桩侧阻力占沉桩阻力的比例是一个变值,当桩的入土深度较大时,通常要多考虑其侧摩阻力;当桩入土深度较浅时,桩端阻力所占的比例则较大。当桩穿越较硬土层时,其桩端阻力占沉桩阻力比例较大。对相同土质土层的地基土,桩的断面越大其沉桩阻力越大;同样大小的桩,穿越土层越硬,其沉桩阻力越大。


二、静力压桩施工工艺流程

静力压桩施工同打入桩施工一样,一般采取分段压入,逐段接长的方法,其桩的制作、起吊、运输、堆放、施工流程、测量放线、定位等同打入法施工一样。

(1)施工前准备工作∶

①认真查阅岩土工程勘察报告及设计要求,弄清场地周围环境情况及工程进度要求,结合当地经验或有关公式,选择合适的压桩机型号及数量。


②踏勘现场,弄清场地周围交通情况,做好"三通一平"及场地内临时道路的铺设,满足压桩机及桩材进出场要求。将压桩机运入现场并安装调试正常。


③弄清施工场地及周围区域内地下及地上管线、地下建(构)筑物及障碍物、暗浜暗塘等,理场地内影响压桩施工的高空及地下障碍物、暗浜暗塘等,以满足压桩机接地比压强要求,保证施工时不陷机。


④饱和软黏土地区,周围地下管线较复杂的场地,应预先做好防挤压措施及变形监测点的布设,施工时进行监测,做到信息化施工。


⑤测量定位,在不受施工影响的地方设置坐标、标高控制点及轴线定位点。


⑥会审图纸,设计交底,编制施工组织设计或施工方案。⑦供电、供水、道路、排水、夜间施工照明、临设等应满足施工要求。⑧向现场施工人员进行安全技术交底。


⑨施工前应同时具备下列文件和资料∶场地岩土工程勘察资料、桩基施工图纸及会审!要、施工组织设计或施工方案、桩材出厂合格证、压桩机及吊机的出厂合格证及安检部门出具的大型设备安检合格证、测量仪器及压力表的校准校核合格证、特种人员上岗证书等。


(2)测量定位、放好样桩经复核检验完毕,移机就位,对中样桩,调平主机平台,将下节桩吊入夹持装置,夹持油缸将桩抱紧后,启动压桩油缸将桩压入土中lm左右,再次复查桩位后,用两台经纬仪相互交叉成 90°方向测桩的垂直度,桩插人土中的垂直度偏差不得超过桩长的 0.5%,满足要求后,压桩油缸继续升程将桩压入土体中,一个行程压桩完成,夹持油缸回程松开,压桩油缸回程提升,夹持油缸再次夹抱桩,压桩油缸再次升程压桩,重复上述操作即可连续将桩压入预定土层中。


(3)预制桩的分节长度根据桩的制作工艺条件、起吊、运输、现场条件、桩的断面大小及配筋情况决定。一般情况下,PHC、PC桩,直径 爽00mm 的单节长度≤11m;直径μ400mm 的单节长度≤12m;直径500~600mm 的单节长度≤15m。250mm×250mm~500mm×500mm断面预制钢筋混凝土方桩单节长度在 12~15m 内。


(4)桩的连接方法有焊接、法兰及硫黄胶泥锚接三种方法,前两种可适用于各类土层;硫黄胶泥锚接适用于软土层,且对一级建筑桩基或承受拔力的桩宜慎重选用。目前焊接法比较常用。当第一节桩桩顶压到距离地面 0.5~1.0m时,吊人第二节桩进行接桩,接桩时,上、下节桩的中心线偏差不大于 5mm,节点弯曲高不得大于桩长的千分之一,且不大于20mm。


焊接接桩宜优先采用二氧化碳保护焊,同时应满足以下要求∶


①方桩预埋件或管桩端板表面应用铁刷等清理干净,管桩坡口处应刷至露出金属光泽,并清除油污和铁锈,上下节桩桩顶平整度必须小于 2mm,纵轴线必须保持一致。


②方桩上下节桩之间的间隙应采用厚薄适当、加工成楔形的铁片填实焊牢。


③方桩应先四角电焊牢固,管桩应先在坡口圆周上电焊 4~6 点,然后对称施焊,以减少焊接变形。第一层焊应采用细焊条(3.2mm)打底,确保根部焊透,内层焊渣清理干净方可施焊外层,第二层焊可用粗焊条。焊缝必须每层检查,不应有夹渣、气孔等缺陷,焊缝要连续饱满,焊缝厚度必须满足设计要求。


④桩接头焊接完毕后,焊缝应在自然条件下冷却 5~8min 方可继续沉桩,严禁用水冷却焊缝。


⑤接桩的焊接质量应符合 GB 50205—2001中对三级焊缝的要求,重要的工程尚应做探伤试验,对有腐蚀性的土层尚应做防腐处理。


⑥接桩拼缝允许偏差见表 4-5。


⑦每根桩应一次连续压到底,接桩、送桩应连续进行,中间不得无故停歇,且尽可能避免桩尖在穿越硬土层时进行接桩。


硫黄胶泥锚接法应符合下列规定∶

①硫黄胶泥应严格按硫黄∶水泥∶砂∶聚硫橡胶=44∶11∶44∶1的重量配比配置成半成品,并应提供产品质量合格证。


②硫黄胶泥在运输、储存和使用时不得混有杂质,并应注意防潮、防火和防油污。③接桩前应先调直和清刷锚筋,并应检查锚筋长度、锚孔深度及锚筋锚孔平面位置是否匹配。锚孔内应做到干燥清洁,不得有积水、杂物和油污。


④硫黄胶泥的熔煮应采用自控电热熔化器,其浇注温度控制在 140~145℃之间,浇注时间不得超过 2min。


⑤接桩时接头的平面间隙和锚孔应灌满硫黄胶泥,灌注前宜在下节桩桩顶处装上夹箍,确保桩头顶面满铺 20mm 厚的胶泥,严禁采用在桩头边缘堆砂止流的作业法。


⑥硫黄胶泥试块每班不得少于1组,每组三块,试验方法参照混凝土试块试验规定。⑦灌注硫黄胶泥后需停歇的时间应符合表 4-6 的规定。

(5)送桩是压桩施工最后一道工序,施工现场必须配备专用送桩器。由于送桩器和桩存在不连续面,会使送桩器与桩的断面存在间隙或差异,使桩顶局部应力集中,导致桩顶破碎,还会造成桩的局部弯曲。因此,对于压桩施工中的送桩,应严格按下列要求执行。

①对于抱压式压桩机,送桩器截面外周形状应与静压桩横截面外周形状相一致,并应有足够的强度和刚度,其表面尚应有防止夹持机构打滑的设施,其长度应满足送桩深度的要求。

②送桩器应采用专制钢质送桩器,不得借用施工用的工程桩作送桩器。与桩顶面接触的送桩器端面应平整,并与送桩器中心轴线垂直。

③送桩前应对桩位再作一次复测并详细记录,有异常情况及时通知有关单位作出补救措施。

④送桩器上应有尺寸标志,以便测读桩顶标高,控制桩的入土深度。

⑤送桩器与桩顶的接触面间应加衬垫,防止桩顶压碎。衬垫需经常更换,送桩器与桩顶接触面要保持密贴。控制送桩深度时,还要加上衬垫的厚度。

⑥送桩时,若送桩器垂直度控制不好,送桩后很容易使桩平面位置产生偏差,尤其是送桩深度越深,桩的偏斜越大。故施工中必须保证送桩器与桩身的纵向轴线保持一致。送桩时,需用两台互为正交的经纬仪观测控制送桩器的垂直度。

⑦拔启送桩器,切忌偏心。

⑧送桩器拔出后,要及时回填桩孔洞。


(6)静力压桩施工停压控制标准∶

①对于摩擦桩和端承摩擦桩,桩端(指桩的全断面)位于一般土层,以标高控制为主,终压力作参考,应按设计的桩长度,把桩顶压至设计要求的桩顶标高。

②对于端承桩和摩擦端承桩,以终压力控制为主,桩端标高可作参考。


桩端持力层一般为坚硬、硬塑的黏性土,中密以上的粉性土、砂土、砾石类土、风化岩等,对于端承桩,压桩施工时以单一的标高控制很难做到,故以终压力作为控制主要参数,终压力值要具体分析土层的性质、密实程度、埋深、桩的大小、设计单桩极限承载力等因素后确定,一般可根据下列条件和原则综合确定∶

a. 根据现场试压桩的试验结果。

b. 地区经验或参考条件相似工地的施工经验。

c. 终压力值不宜大于桩身允许抱压压桩力的 1.1倍。


(7)在压桩过程中,遇下列情况之一应暂停压桩作业,并及时与有关单位研究确定是否继续施工∶

①压桩机压力表读数巨变或读数与地质资料中土层性质明显不符。

②桩难以穿越具有软弱下卧层的硬夹层。

③实际桩长与设计桩长相差较大。

④桩身混凝土出现裂缝或破碎、露筋,超过规范允许值。

⑤桩顶破碎,桩身突然弯曲,无法沉入土内。

⑥土中桩身出现崩裂声等异常现象。

⑦桩身突然倾斜、跑位。

⑧地面明显隆起,附近房屋及市政设施开裂受损。

⑨夹持机构打滑、桩机下陷等。

⑩邻桩上浮或桩头位移。


三、静力压桩施工常用辅助措施 

1.引孔压桩法当地基土在 20m深度范围内有难以穿越且不能作为桩端持力层的硬土层时,为确保沉桩质量,可采用"引孔压桩法"。引孔的直径一般比桩径或桩边长小100mm左右,宜用螺旋钻干作业法。引孔的垂直度不宜大于0.5%,引孔作业和压桩作业应连续进行,间隔时间不宜大于12h。


2. 辅助振动法

当地基土在 12m(单节桩长度范围内)深度范围内有难以穿越的粉性土、砂性土、碎石类土等,且不能作为桩端持力层的硬土层时,为确保沉桩质量,可采用"辅助振动法",桩沉到该层顶部,松开夹桩装置,用相应激振力的振动锤夹住桩顶振动,直至穿过该层,再继续压桩。


3. PHC 桩十钢管桩组合桩法

压桩施工为PHC桩时,当地基土在 30m 深度以下有薄厚不等、软硬相间的好几层硬土层,其下有可作为持力层的稳定土层,设计要求桩须穿越该层又需进入持力层一定深度,判断压桩力超越 1.1倍的桩身允许抱压压桩力,且"引孔压桩法"和"辅助振动法"都难以实施时,其下节桩可采用与 PHC 桩等直径的钢管桩,并对其桩端部进行加强处理。


四、静力压桩施工顺序

静力压桩施工顺序基本同锤击法施工一样,只是在饱和软黏土地区要多考虑其挤土效应,一般情况下综合考虑下列原则后确定。


(1)根据桩的密集程度及桩基础与周围建(构)筑物、地下管线的关系∶

①若桩较密集且距周围建(构)筑物、地下管线距离大于1.0~1.5倍的桩入土深度,施工场地较开阔时,宜从中间向四周进行。


②若桩较密集且一侧靠近建(构)筑物、地下管线时,宜从毗邻建(构)筑物、地下管线的一侧开始由近及远进行。


(2)根据场地工程地质条件∶

①若场地较大部分区域的上覆土层中含砂(碎石、卵石)时,宜先在含砂(碎石、卵石)区域内施压。


②若持力层埋深或桩入土深度差别较大时,宜先施压长桩后施压短桩。


③上覆饱和软土层较厚,挤土效应较大时,宜"走长线"分散压桩,以减少超孔隙水压力的累积叠加。


(3)根据桩的规格及分布情况∶

①当场地内桩的规格不同时,宜先施压大桩,后施压小桩。


②当场地内存在 30 根以上的大承台时,宜先施压大承台桩,后施压小承台桩。


五、静力压桩施工质量检验与验收

1. 施工质量检验

(1)施工前应对成品桩(预制方桩或管桩)做外观及强度检验,接桩用焊条、焊丝或半成品硫黄胶泥应有产品合格证,或送有关部门检验,硫黄胶泥半成品应每 100kg作一组试件(3件)。


(2)静力压桩施工过程中,应检查压桩力、桩身垂直度、接桩间歇时间、接桩质量及压入深度。重要工程应对电焊接桩的接头做 10%的探伤检测。


(3)施工结束应检查桩顶标高、桩顶平面位置,并应做桩的承载力及桩身质量检验等。按桩顶标高控制的桩顶标高允许偏差为主50mm,按终压力控制的桩截桩后的桩顶标高允许偏差为主10mm。


桩身完整性检验∶施工结束后对单体工程抽取 20%,且不少于 10 根,每根柱子承台下不得少于 1 根,进行小应变检测,检查桩身完整性及焊接质量。


桩的承载力检验∶施工结束后对单体工程抽取1%,且工程桩总数在50根以内的不少于2根,其他条件不少于 3 根,做单桩承载力静载荷试验。


具体质量检验要求详见相关规范。

2. 静力压桩施工验收

(1)验收程序∶

①当桩顶设计标高与施工场地标高相同时,或桩基施工结束后,有可能对桩位进行检查时,工程验收工作可待全部桩施压完毕一次性完成。

②当桩顶设计标高低于施工场地标高,送桩后无法对桩位进行检查时,在送桩前进行中间验收,待全部施工完毕并开挖到设计标高后,再进行竣工验收。


(2)验收时应具备的文件和资料∶

①桩基设计文件和施工图纸,图纸会审纪要、设计变更单等。

②桩位测量放线图,工程测量复核验线签证单。

③场地岩土工程勘察报告。

④经审定的施工组织设计或施工方案,包括实施中的变更文件及资料。

⑤桩材料出厂合格证及其性能资料,现场制桩的原材料质保书、复试检验报告、混凝土试块强度报告等。

⑥压桩施工记录、隐蔽工程验收记录,桩位编号及压桩流程图。

⑦桩位竣工图。

⑧桩身完整性检验报告(小应变检测)。

⑨单桩承载力检测报告。

⑩质量事故处理资料等。


六、静力压桩施工常见问题及对策

静力压桩施工常见问题及对策见表 4-7。