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桩基施工中的一些问题

363 2022-07-06 16:28:28

为了检测桩的完整性和承载力,应对桩基施工中产生桩身缺陷和影响桩承载力的一些问题有所了解和认识。这对综合分析和评价桩基质量具有重要意义。


按照成桩方法,桩可以分为两大类∶打入桩和灌注桩。下面分别叙述这两种桩施工中常出现的一些问题。


打入桩

这些桩都是将预制的桩身构件打入土层中。桩身材料一般为钢筋混凝土、钢、木材等。由子预制的桩身构件在打入土层之前,都可以进行仔细的检测,因此桩身质量通常还是可以保障的。但对于钢筋混凝土桩,在预制、起吊、运输和堆放中仍能发生一些问题。例如;由于混凝土收缩而产生的裂缝。预制桩须待桩身混凝土达到设计强度等级的70%后方可起吊,过早的起吊将会引起桩身开裂。在运输和堆放时如不注意也会造成桩身的损坏。


在设计打入桩时,不仅要考虑桩所承受的工作荷载,还应估计到在打桩和施工过程中可能引起的应力变化。


对于打入桩,桩的损伤主要来自沉桩过程中。下面讨论几种主要情况。


(1)桩头损坏。特别对于混凝土桩,在高冲击荷载重复作用下,桩头容易严重变形和损坏。再由于种种原因,致使这一向题更为严重;例如,桩头配筋不合理;垫层材料选用不当或未及时更换;混凝土强度未达到设计标准;桩顶平面与桩的轴线不垂直,造成偏心冲击状态,局部应力增大等。在桩尖通过坚硬土层时,可能出现"过打",即施打时间长,锤击次数多或冲击能量过大等。


(2)桩身中出现断裂。在高强度重复荷载的作用下,桩身中原生小裂纹(在预制和运输中出现的缺陷)将会逐渐扩展而发展成为大的断裂。打桩过程是应力波在桩中的传播过程。在桩尖遇到坚硬土层或基岩时,由应力波的反射或桩土间高摩阻力所激发的压力波,在桩身中会引起过大的压应力。而当桩底是松软土层时,又会产生较大的反射拉应力。由于混凝土抗拉强度低,后者更容易造成桩身损坏。因此在打桩过程中进行仪器监测是十分必要的。


(3)打歪。桩顶不平,桩尖偏心,接桩不正。'土中有障碍物等都会造成将桩打歪。但操作不当是更重要的原因。桩身歪斜将会改变桩的受力状态,造成桩身断裂和承载力的大幅度下降。这是必须引起高度重视的。


(4)接头质量。对拼接起来的多节桩,接头质量是重要的。特别要保障两节桩的育线性,否则在打桩时将会引起高的弯曲应力。


(5)对邻桩的影响。在软弱土层中,当桩贯入土中时,桩身将挤压和扰动周围土体。靠近地面的部分将会隆起和水平移动。若布桩较密和打桩顺序又不合理时,致使邻桩上升或倾斜。当桩的中心距离≤5d(d为桩直径)时,应合理安排打桩顺序。


(6)时间效应。打入桩对软土地基的扰动主要表现在两个方面∶破坏了土的天然结构和桩周主受到急剧挤压,致使孔隙水压力迅速上升,有效应力减小。这将使桩周土和桩尖土强度显著下降。但随着时间的推移,土的强度还可逐渐恢复,甚至还可以超过原来的强度。


其原因有∶

①软土具有触变性。受扰动后损失的强度可以逐渐恢复。在现场埋藏条件下,静止几天后可以恢复原始强度的40%~50%。

②随着桩周土中水分的逐渐排出,孔隙水压力逐渐消散,有效应力相应地增大,桩周土强度得以恢复。


灌注桩

由于漂注桩是非排土桩,桩周土所受的扰动与排土桩完全不同。排土桩将土体向外挤压,桩周土被压密。而灌注桩成孔后,孔周附近土体中的应力被部分解除。孔壁土体向孔内移动。但在灌注混凝土之后,又会将土体向外挤压点减小了先前由于应力解除产生的效应。相对而,言,灌注桩对周围土体的扰动程度比排土桩要小得多。


由于灌注桩的成桩是在工程现场进行的,不能直接观察和准确地控制成桩过程,所以施工中出现的问题比较多。下面对几种主要情况进行讨论。


一、桩身混凝土质量问题

混凝土强度低主要存在两方面原因∶一是原材料质量不合格。例如水泥质量不合格或超过有效期,砂石含泥量高,砂子太细、碎石风化严重等。二是来严格构行混凝土配合比。桩头混凝土质量低劣是比较普遍存在的问题。目前使用的灌注水下混凝土的导管法是利用导管内砼柱的压力灌注的,砼靠自重压密。在接近地面时,超压降低,导管埋深减小,致使在桩头附近混凝土所受的自重压力下降。同时顶部混凝土始终与泥浆和沉渣接触,易混入杂质。在施工过程中。由于管理不善造成砼原材料级配差。拌制质量差,计算不准等是造成砼离析的管理原因。另外,由于导管轻度漏水,某段地层透水性强,灌入的砼在初凝之前因地下水流动冲刷带走水泥浆等也会发生离析事故。


二、桩身断裂、夹泥和缩颈

灌注桩中发生的断裂与打入桩不同。它是由于在某一桩段,泥砂混入混凝土中形成一泥砂层或局部泥砂层。常见原因有以下几种;

①表面砼流动性差,导管埋深浅,继续灌注的砼冲破表层上升,将混有泥浆的 表层压入混凝土中,致使桩身中形成软弱泥层。

②导管提升过猛。如导管提离砼面,则易形成断桩或缩颈。

③测深不准确,错误判断砼面高度,使导管提离砼面。④中途停止灌注时间过长。由于突然事故,如停电、砼卡管或导管严重漏水等,混凝土灌注停顿时间过长,不得不将导管抽出。


三、泥浆套的影响

在钻孔灌注桩成桩过程中,为了防止孔壁坍塌,利用泥浆或清水维持一定的水头高度而产生的静水压力来保护孔壁。由于桩周土对泥浆的吸附作用、钻头下冲压力、高速旋转引起的离心力、水力梯度产生的渗透动水压力等因素,致使泥浆附着在孔壁上形成所谓的泥浆套或称泥皮。泥浆套的厚度与泥浆的性质、成孔延续时间、供浆是采用正循环还是反循环、清孔方法等因素密切相关。现场观测表明,泥浆套厚度可达10~20mm。它的出现改变了桩—土之间接触面的性质。李作勤指出,桩一土间可能存在四种滑动面;

①混凝土一泥浆套之间的接触面;

②泥浆套本身中的滑动面;

③泥浆套一土层之间的接触面和

④土层中的滑动面。滑动往往发生在这些部位中强度最低的地方。泥浆套过厚将会降低桩的摩阻力。


四、桩底沉渣

孔底沉渣对桩端阻力的发挥有着重要影响。吕福庆等【67】给出的工程实例表明,主要是桩底沉渣厚度过大导致武汉市10根嵌岩桩中7根桩的沉降量超过了40mm。因此对于清理孔底沉渣必须予以充分的重视。关于清孔质量标准,国家标准GBJ202-83 规定,灌注混凝土之前,对于以摩阻力为主的桩,孔底沉渣厚度不得大于300mm,对于以端承力为主的桩,孔底沉渣厚度不得大于100mm。


不仅要清除掉孔底沉渣,孔底的过量积水,在灌注混凝土之前也必须清除掉。否则将会造成桩尖混凝土的离析。


五、嵌岩桩的一些问题

在基岩埋深不大的情况下,将灌注桩穿过全部覆盖层嵌入基岩中。这种桩称为嵌岩灌注桩。对于这类桩除了前面提到的沉渣问题之外,还须注意以下几个问题∶

(1)为保障桩基的稳定,要求桩端嵌埋入岩体一定的深度。国家《建筑地基基础设计规范GBJ7-89)》规定,桩周边嵌岩最小深度应大于0.5m,以确保桩端与岩体面接触。

(2)如基岩面不是水平的,桩底不能放置在基岩斜面上。而必须开挖一平底槽,将桩身嵌入到该楷中,以防止桩身沿基岩坡面下滑。

(3)大直径嵌岩桩往往是承受较大荷载的柱下单桩,为确保其可靠性,应对桩底下面一定深度的岩体性状有足够的了解。特别对于岩溶地区。国家《建筑地基基础设计规范(GBJ7-89)》对这一深度确定为桩底直径的3倍。可以利用钻孔或声波法探测孔底基岩中是否存在溶洞和断裂等。


关于各类桩的成桩工艺请参考文献【68】。

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