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一文搞定桩基础勘察、设计、施工常见问题及处理方法

489 2020-09-11 17:34:56


1、勘察中经常遇到的桩问题

岩土工程勘察报告所提供的地质剖面图、钻孔柱状图和土的物理力学性质指标以及建议值不准确。对岩土分层违反力学分层原则,往往只是按土类粗分,把原位测试、室内土工试验成果视为可有可无的资料。不适当的将成因相同但性质相差悬殊的划分为一层。建议的桩端持力层不合适、桩端阻力和桩侧摩阻力取值不当。


2、设计中经常遇到的桩问题

设计习惯于按静力公式法计算拟打入的预制桩进入持力层深度和桩的有效长度,而不考虑持力层的工程性质和打入规定深度的可能性,势必会导致大量高位桩或桩被打断、打裂。


3、施工中经常遇到的桩问题

施工质量问题在目前桩基础事故中占的比例较大。

预制桩的施工质量问题表现在:如对预制桩的桩长和贯入度双控制的片面理解,后患无穷。地基土层空间分布不均匀,土的力学性质不均匀是客观存在的,这决定了“双控制”在很多条件下不可能完全实现。两种控制之中,贯入度是主要的。若贯入度满足要求后,桩长不满足时极易产生“拒打”,若继续加压或加大锤击能量,桩身易产生疲劳损伤,微裂隙开展并逐渐扩大连通,桩的强度明显降低,弹性模量锐减,甚至出现断桩。

钻孔灌注桩的施工质量问题表现在:施工队伍素质差、经验少、技术水平低,缺乏严格的质量保证体系。作业马虎粗糙,责任心差,甚至直接违反操作程序,如桩端进入持力层深度不够;混凝土导管拔出刚浇的混凝土面,泥浆涌入桩身位置形成夹泥、断桩、缩径、混凝土离析、空洞;钻孔护壁不力造成塌孔和桩端沉渣厚度过大;钻孔泥浆浓度过大又会造成桩壁泥皮过厚,使侧摩阻力下降。


4、如何防范桩问题的发生

桩基础全面开工之前,根据“三试”(试成孔、试成桩、桩静载荷试验)成果分析、复核勘察单位提供的岩土工程勘察报告,进一步确认或修正报告中所建议的岩土力学指标和桩的设计参数。再次组织对桩基础工程施工图进行审查,确认或调整桩的设计尺寸(桩长、桩径)、桩数和配筋等。然后在桩的施工过程中抓住施工各个重要环节实施专项和专业监理。对于易发生质量事故的薄弱环节进行专门研究,提出整改措施。


5、预制桩事故分析与处理

5.1、常见事故表现形式及其危害

1) “拒打”现象。过度的锤击引起桩头打坏、桩身破裂,送桩无法到位,桩长不符合设计要求,而顶部截桩造成严重浪费。

2) 桩身偏位和倾斜。使实际施工的桩位与设计施工图上的不一致,改变桩的受力状态,恶化桩的工作性能,严重者可能造成各个击破,产生“多米诺”骨牌效应,导致桩基础整体失稳。

3) 桩的吊脚现象。即已打入的桩在其临桩施打时向上浮起,其桩端与持力层土体脱空。这种现象可能导致群桩整体承载能力下降。

4) 桩本身强度不足。

5) 接桩处的松脱开裂,降低桩的承载力。


5.2、事故原因分析、预防措施和事故后处理

事故原因分析、预防措施和事故后处理

实际施工过程中,可能出现的工程事故远不止以上五类。在深厚软土场地打桩,上述各类事故表现形式几乎都会发生。此外,还会发生在深厚软土层内桩的压曲、拦腰折断。基坑开挖不当,还会引起桩大量倾斜、推歪、移位和折断;有的一边倒,有的对称倾斜(对倾),前者最危险,倾斜桩受荷后所产生的水平向分力需要受荷前方有足够的土抗力,否则建筑物荷载施加后可能产生整体平移,倾斜桩失去约束支点,成不稳定的转动机制,倾斜率增加与受力条件恶化互为因果,出现恶性循环,一发不可收拾。若个别桩或局部范围内出现断裂或失稳,就会迅速蔓延到整个桩基。

打桩机或压桩机的行走路线十分关键。在深厚软土层场地上打桩,只能后退,不能前进。已打好的桩不容许有局部超载在其上方游移,否则有压扁、压弯和压歪的危险,更不容许履带式的打桩机在已打好的群桩上方转动或转弯行走,因为它产生的转动扭力可能使桩扭曲或产生斜裂缝。设计单位应考虑打桩机械行走路线和打桩顺序问题,使设计的桩位排列不要过于复杂。淤泥质土上不宜插花式补桩,宜补锚杆静压桩。打桩机或压桩机在软土层上方反复行走更会引起软土触变强度下降或丧失强度。

在强度较高、密度较大的砂土上打桩,需选择合理桩距和打桩顺序。桩距过大,单桩承载力有限,桩数较多时就会使承台面积过大不经济;但过密的会导致“拒打”桩端深度不易到位,过多的锤击数使桩身容易疲劳受损。中密以上的砂基,打桩顺序应该由里向外打,不能由外向里打。

当持力层(如中、细砂)自然坡度较陡(≥1:4),由穿透淤泥层进入持力层的桩,桩位砂面高的部位阻力大,低的阻力小,桩端在进入过程中自动会向砂面低的部位平移,使桩自动产生倾斜趋势。相反地在灵敏粘土中打桩,桩端会自动向已打区的方向平移,因为已打区土受扰动变软。因此,持力层砂坡场地打桩顺序应该由砂面低的位置向高的位置逐步进展。


5.3、预制桩常见事故

1) 打桩区场地基土内高土中应力和高孔隙水压力问题

在饱和的软粘土地基中打桩,不但会引起土中应力和孔隙压力迅速升高,而且还经久不散。打桩区地面上抬,基土向周围挤压推移。

挤压作用还能引起已成桩的移位、倾斜甚至断裂,已建成的邻近建筑物也可能因新近打桩工程的施工挤土作用而产生上抬、开裂、推移挤裂或下拽等现象。

打桩区基土内高应力和高孔隙水压力,将随着软粘土的排水固结而逐渐下沉和侧向收缩,以致建筑物的基础底面下产生土面与基础底板脱空的现象。

2) 挤土桩与软粘土排水固结不能同时并用

一般认为:在软土区,则应该在其中先插入塑料排水板,然后打桩,这样可使软土加速固结排水,保证桩间土的强度有较大提高,但是实际上,有可能适得其反。如果淤泥或淤泥质土渗透系数很低,又没有堆载预压,在短期内它不易产生有效固结,如急于打桩,则后续的软土排水固结仍会引起严重的桩侧负摩阻力和土面沉降、基底脱空的弊病,更有甚者,可能引起桩基的持续沉降。因此,软土排水固结与打桩应该保持一个时间差,并且必须先堆载预压,固结在前,打桩在后,不能同时并用。

3) 打桩不能实现“双控”目标,产生大量断桩

目前桩基工程设计人员普遍遵循“双控”原则,即打桩必须达到设计要求的进入持力层深度,同时必须满足设计要求的承载力,对打入桩来说,要求达到贯入度控制值,对压入桩则要求压桩力必须达到设计极限承载力。事实上,工程中常常遇到两者不可兼得的情况,即贯入度或压桩力都大大超过了设计要求,但桩仍然不能达到预定深度,此所谓的“拒打现象”。“拒打现象”经常发生设计与施工双方的互相推诿,有的工程还因“双控”的矛盾而出现大量断桩事故或出现高位桩,最终截桩造成浪费。

高位桩的出现既有设计原因也有施工原因。事实上,问题更多的情况应归咎于设计原因,设计沿用了陈旧的静力公式法,即以桩侧总摩阻力和桩端阻力之和来推算设计桩长和桩进入持力层的必要深度。同时桩侧单位摩阻力和桩端阻力的数值又要求采用查各种规范表格的办法来确定,丝毫没有顾及桩的类型、尺寸、长短、材料、沉桩施工方法、桩的间距与布置、打桩次序等因素。施工单位也因循守旧,照套照搬,盲目猛打,不及时反应、交流、研究解决措施。有时,还涉及工程地质勘察报告的质量问题,如报告中提出的土层工程力学性质指标不准确、偏保守等。施工过程中应及时解决,出现大量断桩、歪桩之后则很难处理。

4) 桩端“吊脚”现象的消除

在南方沿海软土地区深厚软土层下,往往下卧有中细砂或中粗砂层。桩基设计一般要求以砂性土层作为持力层,做成摩擦端承桩或端承桩比较可靠放心些。但是,打(压)入式挤土桩沉桩过程中桩周土有上抬现象,它握裹着临桩一起上抬,以致邻近桩端上移脱离砂层,形成空腔或有淤泥挤满空腔。桩逐条依次沉入,“吊脚”现象也依次重复,十分普遍。若建筑物底板浇捣以前不及时消除“吊脚”现象,势必造成建筑物日后产生严重超量沉降和不均匀沉降的后果。

解决的办法可从两方面入手:第一,严密监测已沉桩桩顶高程是否在新桩沉入时有上抬现象,或在浇基础底板前普测一遍;第二,采用“跑桩法”普遍压一遍。一般“吊脚”现象大都出现在小直径,或重量较轻的桩上,所以只要带有重载的移动式压桩架对每一根已沉桩施压一遍,即可消除“吊脚”现象。

5) “群台效应”可能引起各桩承台的不均匀沉降

在多层建筑中,特别是桩承台间距较大的商业楼,通常采用大量少桩、小桩承台基础,同时用钢筋混凝土地梁纵横交错将各承台连接起来,构成格式梁基础底板,底板厚度一般较薄。建筑物建成后,常发现各层梁柱系统多处开裂,满布斜裂缝。分析并通过测量证实,其原因是所采用的多是小直径摩擦桩,而且桩端持力层下方,往往还下卧有强度较弱的软粘土层。设计中一般用承载力匹配计算布桩数量。承台有大有小,角承台桩最少,边承台次之,中部承台面积最大,布桩最多。结果是,沉降分布呈锅底状,外边小,中间大,而且建筑物绝对沉降量也偏大。

问题出在设计中未准确计算各带桩承台的绝对沉降量。将单桩静载试验中所得的荷载----沉降量(Q~s)曲线贸然用之于群桩中引起过量沉降。殊不知,群桩的沉降相当大程度上是由桩端以下的下卧层软硬程度所决定。因此,单桩试桩的荷载----沉降量曲线对于摩擦桩而言,绝不能用于带群桩的承台沉降量计算中。

6) 箱式带桩基础,若用的是摩擦桩,照样会产生相类似的事故

某市高层建筑采用数百根沉管灌注长桩来支撑建筑面积约5万平米的大楼。由于打入困难,中间主楼底下的柱距还略大于四周副楼。基础底板虽厚达1.4m,但结果照样产生锅底式沉降和地下室严重开裂,后来用化学灌浆和增设防渗底板护面等措施予以解决。反思其原因,该地区第四系土层厚度达数百米,最厚处曾测得近700m,在地面以下100m的范围内还有泥炭、软粘土埋藏。因此,即使采用的是30m的长桩,但还属于摩擦桩类型。在地下室建造过程中,荷载不大,问题尚未暴露出来。接着在地面以上五层建筑建造过程中,框架结构刚度很小,加上荷载分布中间较周边为大,逐渐就形成了锅底状沉降分布。这种有害趋势一直要到楼层建至相当高,上部结构刚度相当大时才会停止发展。昆明市近滇池的住宅小区,基土软弱,地表以下又新近回填很厚的粘土。因深部埋藏有大量泥炭土,地面在基土自重作用下固结也尚未完成,而泥炭土层有厚有薄,有多有少,自然产生多个大面积的沉降盆,有的地方盆深还较大。在其上建设住宅小区时,虽然用了20~22m的沉管灌注桩,仍然产生大量房屋的超量沉降和不均匀沉降。

7) 打(压)入桩与基坑开挖之间施工工序矛盾

有的先用水泥搅拌桩墙作为基坑支护结构,然后再在坑内打(压)入预制桩。打(压)入预制桩所产生的外挤力使水泥搅拌桩墙挤破打裂,格构式水泥土挡墙更深受其害。

有的深厚软土层上覆盖有数米杂填土层,先在地面上打(压)入预制桩,土中应力和孔隙水压力甚高,远未消散,坑周又依次用预制桩做支护结构,应力和孔压更加上升。此时,若过急地进行基坑开挖,则极易在坑底软土中产生工程桩大量挤推移。


6、灌注桩事故分析与处理

6.1、常见事故表现形式及其危害性

1) 孔壁坍塌:主要为护壁不力、操作碰撞、土质差等三方面原因。其危害性极大,增大孔底沉渣厚度、充盈系数变大使单桩混凝土方量激增、使桩端与持力层不接触降低桩端阻力、使桩侧土体变松软降低桩侧摩擦力。

2) 桩身缩径、夹泥和断桩:最主要原因就是灌注混凝土过程中孔壁具体坍塌和内挤。影响桩身完整性,桩身强度和承载力都降低。

3) 混凝土导管漏水:是浇筑的混凝土断断续续的被水稀释而严重离析。

4) 混凝土导管堵塞:主要是隔水塞制作粗糙,导管内壁不平直,变形过大,使隔水塞受阻卡住,导致已浇好的混凝土面上易重新积存沉渣,处理堵管需要时间,新混凝土与已浇混凝土之间存在夹泥,易致断桩。

5) 桩身蜂窝、麻面、露筋:主要由于作为受弯构件的水平承载桩布筋过密,筋间距过小,混凝土粗骨料就难以从笼内挤出笼外填满孔壁与钢筋笼间的空隙,混凝土严重离析;再者钢筋制作段间焊接空中作业操作不规范,笼体弯曲不直,笼与孔壁间隙过大或过小,其后果是严重削弱桩的轴向受压和抗弯的承载能力;用作基坑开挖支护桩时露筋不但影响外观,还易锈蚀。

6) 桩头浮浆缺失粗骨料且疏松几乎无强度,其主要原因是混凝土离析。其后果是桩上段承载能力丧失,必须截除后重新灌注混凝土。


6.2、事故原因分析、预防措施和处理措施

事故原因分析、预防措施和处理措施

7、环境变化引起桩基工程事故分析

加强支护结构的强度和刚度、尽量减少其变位;严格规定并实时控制基坑开挖、降水、打桩的方法、速度和顺序;承台跳挖跳筑;加强承台间的纵横向连系梁;控制坑外环境变异的时间与空间限度。基坑开挖应分层分段平衡的逐级开挖,严密监测坑壁支护结构水平位移和沉降,必要地采取筑中心岛向外斜撑的施工方法,尽量减少开挖对工程桩的影响。若软土层太厚太软,还应用水泥土在坑底淤泥质土内做暗撑;桩头高程混凝土垫层宜分块跳浇,然后连成整体,避免一次开挖到底淤泥上涌。用地震测震法检测临近打桩对待建场地基土可能产生的振动量级;配合土工动力三轴压缩仪进行动强度和动变形性能的测定以及砂土、粉土的液化势测定;基坑降水和环境降水对工程桩沉降的影响有许多工程事故先例,在充分调查研究和理论分析的基础上应作出定性判断和定量计算来,特别是深厚软土地基中的摩擦桩和深层降水条件下的短桩基础,降水所引起的附加固结沉降数量十分可观。