地基處理概述及沉管灌注樁施工技術(shù)與質(zhì)量控制

1、,地基處理質(zhì)量管理與控制（之一）,1 地基處理的概念,土木工程建設(shè)中，基礎(chǔ)直接建造在未經(jīng)加固的天然土層上時(shí)， 這種地基稱之為天然地基。當(dāng)天然地基不能滿足建（構(gòu)）筑物對(duì)地基的要求時(shí)，需對(duì)天然地基進(jìn)行加固改良，形成人工地基，以滿足建（構(gòu)）筑物對(duì)地基的要求，保證其安全與正常使用。這種地基加固改良稱為地基處理。 天然地基是否需要進(jìn)行地基處理取決于地基土的性質(zhì)和建（構(gòu)）筑物對(duì)地基的要求兩個(gè)方面。,在土木工程建設(shè)中經(jīng)常遇到的軟弱土

2、和不良土主要包括：軟粘土、人工填土、部分砂土和粉土、濕陷性土、有機(jī)質(zhì)土和泥炭土、膨脹土、多年凍土、巖溶、土洞和山區(qū)地基等。 地基指承受建（構(gòu)）筑物荷載的地層。建（構(gòu)）筑物的地基所面臨的問題有以下五方面：（1）承載力及穩(wěn)定性問題；（2）沉降、水平位移及不均勻沉降問題；（3）滲透問題；（4）液化問題；（5）特殊土不良地基問題。,加拿大 Transcona 谷倉，南北長(zhǎng) 59.44m ，東西寬 23.47 m ,高 31

3、.00m 。基礎(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，厚 61cm ，埋深 3.66m 。谷倉 1911 年動(dòng)工， 1913 年秋完成。谷倉自重 20000 t ，相當(dāng)于裝滿谷物后總重的 42.5% 。 1913 年 9 月裝谷物，至 31822m 3 時(shí)，發(fā)現(xiàn)谷倉 1 小時(shí)內(nèi)沉降達(dá) 30.5cm ，并向西傾斜， 24 小時(shí)后傾倒，西側(cè)下陷 7.32m ，東側(cè)抬高 1.52m ，傾斜 27 度 。地基雖破壞，但鋼筋混凝土筒倉卻安然無恙，后用 388 個(gè)

4、 50t 千斤頂糾正后繼續(xù)使用，但位置較原先下降 4m 。,1）加拿大特朗斯康谷倉,2 地基處理工程事故案例,事故的原因是：設(shè)計(jì)時(shí)未對(duì)谷倉地基承載力進(jìn)行調(diào)查研究，而采用了鄰近建筑地基 352kPa 的承載力，事后 1952 年的勘察試驗(yàn)與計(jì)算表明，基礎(chǔ)下埋藏有厚達(dá)16m的軟粘土層，該地基的實(shí)際承載力為 193.8 ～ 276.6kPa ，遠(yuǎn)小于谷倉地基破壞時(shí) 329.4kPa 的地基壓力，地基因超載而發(fā)生強(qiáng)度破壞。,2）美國(guó)北達(dá)科他

5、州的Fargo 裝運(yùn)谷倉（ 10 個(gè)筒倉） 1955 年 因地基破壞而倒塌。,3）墨西哥城某建筑，可清晰地看見其發(fā)生的沉降及不均勻沉降。該地基土層為深厚的湖相沉積層，天然含水量高達(dá) 650 ％，液限500 ％， 塑性指數(shù) 350 ，孔隙比 15 ，具有極高的壓縮性。,4）砂土液化造成建筑物嚴(yán)重傾斜或傾倒,5）砂土液化造成橋梁地基及結(jié)構(gòu)破壞,3 地基處理對(duì)象,1）換土墊層法2）振密、擠密法 （1）表層壓實(shí)法

6、 （2）重錘夯實(shí)法； （3）強(qiáng)夯法 （4）振沖擠密法 （5）土樁與灰土樁法 （6）砂樁 （7）爆破法,4 地基處理方法分類,3）排水固結(jié)法 （1）堆載預(yù)壓法 （2）砂井法 （3）真空預(yù)壓法 （4）降低地下水位法 （5）電滲排水法4）置換法 （1）振沖置換法（碎石樁法） （2）石灰樁法 （3）強(qiáng)夯置換法 （

7、4）水泥粉煤灰碎石樁法（CFG樁法）,5）加筋法 （1）土工聚合物 （2）加筋土 （3）土層錨桿 （4）土釘 （5）樹根樁法 6）膠結(jié)法 （1）灌漿法； （2）高壓噴射注漿法 （3）水泥土攪拌法 7 ）冷熱處理法 （1）凍結(jié)法 （2）燒結(jié)法,采取人工的方法改善地基土的工程性質(zhì)(提高地基承載力、減少沉降、加速滲透固結(jié)、防止液化)，達(dá)到滿足上部

8、結(jié)構(gòu)對(duì)地基穩(wěn)定和變形的要求 。 地基處理方法： ●換土墊層法 Replacement method ： 挖去軟土，換填砂、卵石、 灰土等，分層夯實(shí)。,換填,1）換土墊層法,基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實(shí)土。? 按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。干渣分為分級(jí)干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調(diào)濕灰。? 換土墊層法可提

9、高持力層的承載力，減少沉降量；消除或部分消除土的濕陷性和脹縮性；防止土的凍脹作用及改善土的抗液化性。常用機(jī)械碾壓、平板振動(dòng)和重錘夯實(shí)進(jìn)行施工。,常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層(淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結(jié)的沖填土等)與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為2～3m。 適用于處理淺層非飽和軟弱土層、濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)性凍土、素填土和雜填土。? 墊層只解決承載力問題

10、而無助于減少沉降。,換填墊層法注意點(diǎn):? a.淺層(深層施工困難);? b.換填厚度為0.5至3.0m(太薄無用,太厚施工困難,費(fèi)用高);? c.分層回填壓實(shí)(保證質(zhì)量);? d.驗(yàn)算變形；? e.大面積及深厚墊層宜考慮換填材料重度大于天然土?xí)r對(duì)變形的影響（本身影響以及對(duì)臨近建筑物的影響）。 現(xiàn)行地基處理規(guī)范關(guān)于換填墊層法的強(qiáng)制性條文 4.4. 2墊層的施工質(zhì)量檢驗(yàn)必須分層進(jìn)行。應(yīng)在每層的壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)

11、計(jì)要求后鋪填上層土。,2）擠密壓實(shí)法 強(qiáng)夯、擠土或半擠土成樁（土樁、灰土樁、碎石樁、沉管灌注樁、打入或靜壓樁）。,強(qiáng)夯,打入預(yù)制管樁,樁帽,3）排水固結(jié)法堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、降水預(yù)壓法、電滲排水法。 其排水通道常有：砂井、袋裝砂井、塑料排水板等。,,排水系統(tǒng),加壓系統(tǒng),排水固結(jié),插塑板,4）化學(xué)加固法攪拌樁法（如水泥或石灰土攪拌樁）；灌/注漿膠結(jié)法（水泥、水玻璃、水泥和水玻璃等）。

12、 5）其他加筋土 、土釘?shù)取?水泥土攪拌樁,加筋土,筋帶,地基處理方法選用原則,選用地基處理方法應(yīng)力求做到技術(shù)先進(jìn)、 經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量。 地基處理方法很多，沒有一種方法是萬能的。對(duì)每一具體工程均應(yīng)進(jìn)行具體細(xì)致分析，從地基條件、處理要求（處理后地基應(yīng)達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)、處理的范圍、工程進(jìn)度等）、工程費(fèi)用以及材料、機(jī)具來源等各方面進(jìn)行綜合考慮，以確定合適的地基處理方法。,地基處理工程的特點(diǎn)： （1）大部

13、分地基處理方法的加固效果不是在施工結(jié)束后就能全部發(fā)揮； （2） 每一項(xiàng)地基處理工程都有它的特殊性； （3） 地基處理是隱蔽工程，很難直接檢驗(yàn)其加固效果。,地基處理工程的施工管理 在地基處理施工過程中，只讓現(xiàn)場(chǎng)人員了解如何施工是不夠的，還必須使他們很好地了解所采用的地基處理方法的原理、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求，經(jīng)常進(jìn)行施工質(zhì)量和處理效果的檢驗(yàn)，使施工符合規(guī)范要求，以保證施工質(zhì)量。 對(duì)地基處理的效果檢驗(yàn),應(yīng)在地

14、基處理施工結(jié)束后一定時(shí)間再進(jìn)行檢驗(yàn)。效果檢驗(yàn)的方法有：載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、取芯試驗(yàn)等。有時(shí)需要采用多種手段進(jìn)行檢驗(yàn)，以便綜合評(píng)價(jià)地基處理效果。,一般建筑物由上部結(jié)構(gòu) 和下部結(jié)構(gòu)即 基礎(chǔ)或墩臺(tái)基礎(chǔ)兩部分組成。 基礎(chǔ)指與地基接觸的建筑物下部結(jié)構(gòu)。 地基 由于建筑物的修建，使一定范圍內(nèi)土層的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，這一范圍內(nèi)的地層稱為地基。,上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基的概念,5 基礎(chǔ)工程

15、,基礎(chǔ)按埋深分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ),,淺基礎(chǔ) Shallow foundation (埋深一般小于4-5m,底面積較大)●剛性獨(dú)立基礎(chǔ) ：剛性基礎(chǔ)通常是由磚、塊石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造的基礎(chǔ)，這些材料雖有較好的抗壓性能，但抗拉、抗剪強(qiáng)度卻不高。,,(a)橋梁墩臺(tái)的大塊實(shí)體基礎(chǔ),(b)磚基礎(chǔ) (c)素混凝土基礎(chǔ),橋墩,橋臺(tái),深基礎(chǔ) Deep Foundation,樁基礎(chǔ) Pile Foundation 樁Pile：豎

16、直埋在地下比較細(xì)長(zhǎng)的一種基礎(chǔ)構(gòu)件。 樁基礎(chǔ)由樁和樁頂?shù)某信_(tái)組成，是一種常用的深基礎(chǔ)形式。 由多根樁組成的稱為群樁基礎(chǔ)。,,群樁基礎(chǔ) Pile group foundation,,芙蓉路立交橋樁基礎(chǔ)施工,高層建筑樁基礎(chǔ)施工,樁基的分類：按 材料分：木樁、混凝土樁、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁、鋼樁等 按成樁方法分：預(yù)制樁、灌注樁（鉆孔、沖孔、挖孔等灌注樁） 按樁軸方向分：豎直樁、斜樁 按土對(duì)樁支承特點(diǎn)分：有摩擦樁和端承樁（又稱柱樁

17、）、 摩擦端承樁、端承摩擦樁,鋼管樁,,,,,預(yù)制樁,人工挖孔灌注樁,沖孔灌注樁,鉆孔灌注樁,,,,,●樁箱基礎(chǔ)：箱基+樁基 ●樁筏基礎(chǔ)：筏基+樁基 ●沉井基礎(chǔ) ●墩基礎(chǔ) ●地下連續(xù)墻,(a) 樁筏基礎(chǔ)； (b) 樁箱基礎(chǔ),沉井基礎(chǔ)施工,地下連續(xù)墻施工,沉井基礎(chǔ),鉆孔樁護(hù)壁+現(xiàn)澆砼內(nèi)支撐,挖孔樁護(hù)壁+鋼管內(nèi)支撐,樁錨支護(hù),錨桿施工：鉆孔,噴射混凝土,寶成鐵路某段滑坡后全貌,2008年11

18、月，施工中的杭州地鐵湘湖站北2基坑發(fā)生大面積坍塌事故，造成21人死亡，24人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失4961萬元。,2005年7月，廣州市海珠廣場(chǎng)工程發(fā)生基坑坍塌重大安全事故，造成3人死亡、8人受傷及大量財(cái)產(chǎn)損失。六個(gè)責(zé)任單位被告上法庭，要求其承擔(dān)連帶賠償責(zé)任4000多萬元。,基礎(chǔ)工程教訓(xùn)與事故分析,青?；又ёo(hù)失穩(wěn)垮塌事故，8死。,2009年6月27日，上海市閔行區(qū)發(fā)生一幢13層樓房向南整體傾倒事故，見照片。 倒塌住宅樓上部完整，問題出在

19、地基。 該樓所在地上覆軟 土，下有飽和細(xì)砂層， 基礎(chǔ)為預(yù)制樁。 倒塌該樓北面堆土 高約10米、南面開挖 基坑深約4.6米。,上海閔行區(qū)樓房整體傾倒事故與原因分析,◇原因分析： 該樓所在地上覆軟土，下有飽和細(xì)砂層，基礎(chǔ)為預(yù)制樁。 該樓北面堆土高約10米、南面開挖基坑深約4.6米。,北側(cè)堆土過高，大樓南側(cè)開挖地下車庫基坑開挖深度4.6米，大樓兩側(cè)的壓力差使土體產(chǎn)生水平位移，過大的水平力超過了樁基的抗側(cè)能力，導(dǎo)

20、致房屋傾倒。,6 沉管灌注樁施工技術(shù)與質(zhì)量控制,6.1　工程概況 梧州市河?xùn)|防洪堤一期工程位于梧州市河?xùn)|區(qū),全長(zhǎng)約3.7 km,由西江段和桂江段組成。堤防主要建筑物按2級(jí)設(shè)計(jì),次要建筑物按3級(jí)設(shè)計(jì)。 該工程地質(zhì)特點(diǎn)是巖性在水平方向上的變化較為紊亂,在垂直方向上的變化則顯示上細(xì)下粗的沉積規(guī)律,堤基沿線巖土共可分10層,自上而下依次為:人工填土、砂壤土、淤泥質(zhì)粘土、壤土(包括粘土夾砂)、含泥砂層、砂卵礫石(含中粗砂層)、殘

21、積粘土、全風(fēng)化帶砂巖、強(qiáng)風(fēng)化帶砂巖、弱風(fēng)化帶砂巖。,,工程采用樁基礎(chǔ)形式,包括沉管灌注樁、鉆孔灌注樁、人工挖孔樁,其中西江段長(zhǎng)約2.2 km范圍內(nèi)全部采用沉管灌注樁,共5700多根,類型為端承摩擦樁,以砂礫石或砂巖為持力層,設(shè)計(jì)樁徑480和500,各樁的橫向間距為2.7 m,縱向間距2.5 m,樁長(zhǎng)10～ 20m,單樁承受水平力60～ 110 kN,單樁豎向承載力1100 kN。使用的施工設(shè)備為滾管式錘擊沉管打樁機(jī),樁錘重3.5 t,電

22、動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)落錘,樁尖采用C30混凝土預(yù)制構(gòu)件。,6.2　沉管灌注樁施工的質(zhì)量控制1）沉管灌注樁施工前的準(zhǔn)備工作 (1)　認(rèn)真進(jìn)行圖紙會(huì)審,仔細(xì)領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖,掌握?qǐng)D紙中各堤段基樁的平面位置、直徑、樁長(zhǎng)及樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí),明確鋼筋籠的制作方式,同時(shí)還要熟悉施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)資料,然后制訂詳細(xì)的施工方案。,(2)　施工前應(yīng)做場(chǎng)地查勘工作,如有架空電線、地下電線、給排水管道等設(shè)施,妨礙施工或?qū)Π踩僮饔杏绊懙?應(yīng)先作清除、移位或妥善處理后方

23、能開工。施工前還要做好場(chǎng)地的平整工作,對(duì)不利于施工機(jī)械運(yùn)行的松散場(chǎng)地,必須采取有效的措施進(jìn)行處理。本工程中大部分的施工場(chǎng)地處于舊的河岸市場(chǎng),有200 mm厚的混凝土地面,能滿足打樁機(jī)的擺放與行走要求,局部地面為土質(zhì)或砂質(zhì)的,采取增加枕木墊塊的方法滿足打樁機(jī)的施工穩(wěn)定要求。雨季施工時(shí),要采取有效的排水措施。,（3)　進(jìn)行測(cè)量放樣,確定每根樁的樁位,然后埋入樁尖。本工程是群樁,樁尖允許偏差為20mm,埋完樁尖后還要再次進(jìn)行復(fù)核,確保樁位滿足

24、設(shè)計(jì)要求。 (4)　對(duì)采用的鋼筋、水泥、砂石等原材料進(jìn)行見證取樣和送檢。對(duì)進(jìn)場(chǎng)的鋼材,首先檢查其出廠合格證及生產(chǎn)許可證,并按規(guī)定見證抽取試件作力學(xué)性能檢驗(yàn),確保其質(zhì)量符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。水泥進(jìn)場(chǎng)必須提供出廠合格證和出廠檢驗(yàn)報(bào)告,并按規(guī)定見證取樣,對(duì)水泥強(qiáng)度、安定性等進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。由于沉管樁的樁徑較小,鋼筋籠的鋼筋間距較密,故使用的碎石粒徑要嚴(yán)格控制為5- 40 mm,以便施工中混凝土能夠從鋼筋間距中擴(kuò)散出以填滿鋼筋籠與樁管間的空隙,避免出

25、現(xiàn)縮頸。,2）沉管灌注樁施工過程中的質(zhì)量控制 (1)　本工程地處河岸,距離河邊很近,而且樁底高程在水面以下5- 8 m,故在沉管過程中樁管底部周圍不可避免地存在大量的地下水,因此需要在樁管與樁尖肩部的接觸處加墊草繩或麻袋,然后再套上樁管,這樣可避免在沉管過程中地下水進(jìn)入樁管中而影響混凝土灌注質(zhì)量。套上樁管后需要測(cè)量樁管的垂直度,偏差不能超過1%。,(2)　錘擊沉管開始時(shí)必須輕擊慢打,落錘高度小于1 m,以避免將樁管擊歪。當(dāng)樁管擊入地

26、面以下2 m時(shí),可增加落錘高度,以控制在1.5～ 2 m為宜。沉管過程中應(yīng)隨時(shí)注意樁管的垂直度,一旦超出允許的1%偏差,就必須采取措施糾正。如偏斜過大無法糾正時(shí),應(yīng)拔出樁管重新沉管或及時(shí)會(huì)同參建單位有關(guān)人員研究解決。為探明是否有樁尖破損及樁管內(nèi)有水進(jìn)入等情況出現(xiàn),可用測(cè)繩栓著重物吊入樁管內(nèi),正常情況下測(cè)錘在樁管內(nèi)應(yīng)接觸樁尖,且無水跡。在錘擊沉管的全過程中應(yīng)設(shè)專人記錄錘擊的次數(shù)及相應(yīng)的沉管深度(沉管深度可從預(yù)先焊在樁管上的刻度讀出),以對(duì)

27、照檢查實(shí)際地質(zhì)情況是否與原設(shè)計(jì)相符。,錘擊每10次為一陣擊,當(dāng)沉管深度接近設(shè)計(jì)要求或每陣擊的貫入度無明顯變化時(shí),應(yīng)將落錘高度控制在1 m左右,并測(cè)量每陣擊的貫入度,如果連續(xù)三陣的貫入度均不大于5 cm或達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)時(shí),即可停止錘擊沉管。 本工程中部分堤段下存在大量的舊基礎(chǔ)或孤石等障礙物,從而使許多樁遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)就已滿足了貫入度要求,造成短樁。而另有部分堤段無砂礫石層,又令所施工的樁遠(yuǎn)超出了設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)而又未滿足貫入度要求,針對(duì)實(shí)

28、際地質(zhì)條件與原設(shè)計(jì)不符的情況,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理則要及時(shí)組織勘察、設(shè)計(jì)等有關(guān)人員在現(xiàn)場(chǎng)研究,根據(jù)實(shí)際情況采取在相近位置重打或原樁位復(fù)打的方法進(jìn)行處理。,(3)　沉管結(jié)束經(jīng)檢查樁管內(nèi)無入泥入水后,應(yīng)及時(shí)安放鋼筋籠并灌注混凝土,避免因停留時(shí)間過長(zhǎng)而有水滲入樁管內(nèi)。鋼筋籠要先行預(yù)制,并通過檢查驗(yàn)收合格方可安放樁管內(nèi)。鋼筋籠檢查的重點(diǎn)是主筋、加勁箍筋、螺旋箍筋的間距、加密區(qū)長(zhǎng)度、主筋搭接和樁頂預(yù)留的錨固長(zhǎng)度,以及定位鋼筋籠在樁管內(nèi)的吊筋長(zhǎng)度等。主筋搭接必

29、須先進(jìn)行試焊、取樣、復(fù)試,合格后方可批量施工,螺旋箍筋與主筋焊接必須牢固,主筋間距均勻,各部位尺寸都要滿足設(shè)計(jì)要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。,在鋼筋籠外部應(yīng)焊幾組鋼筋弓,確保樁身混凝土保護(hù)層均勻及鋼筋籠在樁體內(nèi)的位置正確。灌注混凝土嚴(yán)格控制混凝土的坍落度在8- 10cm間,因?yàn)樘涠冗^大混凝土易出現(xiàn)離析,而過小則混凝土在鋼筋籠中不易擴(kuò)散,造成保護(hù)層不足,鋼筋外露。,（4)　拔管采用倒打拔管的方法,用自由落錘小落距輕擊不少于40次/min。拔管速度應(yīng)均

30、勻,對(duì)一般土層控制在0.7 m/min,在軟硬土層交界處及軟弱土層必須控制在0.5 m/min以內(nèi),確保樁管內(nèi)的混凝土得到充分?jǐn)U散。第一次灌入樁管內(nèi)的混凝土應(yīng)盡量多灌,第一次拔管高度一般只要能滿足第二次所灌入的混凝土量時(shí)即可。樁管不宜一次拔出太高,在拔管過程中,要用測(cè)錘隨時(shí)檢查管內(nèi)砼的下降情況,要確保樁管內(nèi)的混凝土面始終在底面以上約2 m,使混凝土在樁內(nèi)具有一定壓力,以抵抗樁管拔出后周圍形成的土壓力。本工程要求灌注混凝土的充盈系數(shù)不得小

31、于1.1。,（5)　由于本工程是群樁,各樁的最小間距僅有2.5 m,故采用跳打法施工,即不得連續(xù)施工相鄰的兩根樁。在必須連續(xù)施工相鄰兩根樁的情況下,也要等到先行施工完成的樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%以上方可進(jìn)行下一根樁的施工。 3）小結(jié) 沉管灌注樁的施工工藝較為簡(jiǎn)單,其質(zhì)量控制的關(guān)鍵是灌注混凝土的質(zhì)量及拔管速度,必須嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)允許的范圍之內(nèi)。而地質(zhì)條件是影響沉管灌注樁質(zhì)量的重要外部因素。,本工程樁基礎(chǔ)施工結(jié)束后對(duì)所

32、有的沉管灌注樁進(jìn)行了抽檢試驗(yàn),試驗(yàn)內(nèi)容為低應(yīng)變、高應(yīng)變、動(dòng)載、靜載及水平承載力等方面,結(jié)果顯示絕大部分的沉管灌注樁均合格,不合格的樁大部分是因?yàn)榇嬖诓煌潭鹊目s頸、斷樁,或水平承載力不滿足,而這些缺陷出現(xiàn)的地層均為較軟弱的淤泥層或雜填土層,厚度達(dá)10～ 15 m,在這些土層中還存在大量的磚塊及孤石等堅(jiān)硬的障礙物。根據(jù)實(shí)際的施工結(jié)果分析,沉管灌注樁不適合在不均勻的地層或軟弱分層較密集的地質(zhì)條件下施工,這也是本工程桂江段將初步設(shè)計(jì)擬采用的沉

33、管灌注樁改為鉆孔灌注樁的原因之一。,6.3.1 概述 沉管灌注樁又稱套管成孔灌注樁，是國(guó)內(nèi)采用最為廣泛的一種灌注樁。沉管灌注樁因操作簡(jiǎn)便、安全，適應(yīng)性強(qiáng)，節(jié)約鋼材，造價(jià)低廉，施工速度快，并且對(duì)周圍環(huán)境影響比其他型式打入樁要小得多，幾乎無污染等優(yōu)點(diǎn)，在濕陷性黃土層較厚地區(qū)（特別是有地下水的地區(qū)）得到了廣泛應(yīng)用。 按照國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，雖然已有比較完善的質(zhì)量控制體系，然而由于沉管灌注樁施工程序繁、技術(shù)要求高、施工難度大，而

34、且其成孔、灌注混凝土、成樁等施工過程都處于地下隱蔽狀態(tài)，故施工過程中仍然存在很多問題。 如何在施工過程中預(yù)防這些問題的發(fā)生并改進(jìn)其施工工藝已成為普遍關(guān)注的問題。,6.3 沉管灌注樁施工中質(zhì)量問題及處理措施,結(jié)合蚌埠市某污水處理廠沉管灌注樁工程實(shí)例，分析沉管灌注樁施工過程中容易發(fā)生的質(zhì)量問題及成因， 對(duì)各問題的處理措施進(jìn)行介紹；提出施工工藝的改進(jìn)方法。 某污水處理廠工程，該工程包括2座氧化溝、4座二沉池、1座配水井。氧化溝埋深在現(xiàn)

35、地面下3m、二沉池埋深在現(xiàn)地面下約7m；氧化溝和二沉池?cái)M采用筏板基礎(chǔ)，其他擬建物均采用正常淺基礎(chǔ)型式。,該工程地質(zhì)巖性自上而下依次為：①素填土層，厚度為0.8～1.2m；②粉質(zhì)粘土層，厚度0.8～2.1m；③粉土層，厚度1.1～8.3m；④淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚度0.6～6.3m；⑤粉質(zhì)粘土，層厚為1.2～9.7m；⑥礫砂、礫石呈亞圓狀、次棱角形，粒徑大小不一，2～6cm不等，級(jí)配不良，最大控制厚度3m；⑦全風(fēng)化花崗混合巖層，該層最大層厚2

36、m。 根據(jù)上述地質(zhì)情況及當(dāng)?shù)厥┕l件，基礎(chǔ)采用振動(dòng)沉管灌注樁，沉管灌注樁樁徑為500mm，樁設(shè)計(jì)時(shí)采用單打法。工程共包括Ф500振動(dòng)沉管灌注樁3623根。,6.3.2 施工中易出現(xiàn)的質(zhì)量問題1） 縮徑 沉管灌注樁的施工過程中有幾根樁出現(xiàn)了縮徑現(xiàn)象，縮徑現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在地表以下2～3m處，分析其主要原因： （1）在飽和淤泥或淤泥質(zhì)軟土層中沉樁管時(shí)土受強(qiáng)制擾動(dòng)擠壓，產(chǎn)生孔隙水壓，樁管拔出后，土擠向新灌注的混凝土樁中，

37、使樁身局部直徑縮小； （2）在流塑淤泥質(zhì)土中 ，由于套管的振蕩作用 ，使混凝土不能順利灌入，被淤泥質(zhì)土填充進(jìn)來，造成縮徑；,（3）樁間距過小 ，鄰近樁施工時(shí) ，擠壓已成樁使其縮徑； （4） 拔管速度過快，又未及時(shí)觀察每拔高 1m 混凝土的充盈系數(shù)是否大于1.1，樁管內(nèi)形成真空吸力，對(duì)混凝土產(chǎn)生拉力，造成縮徑； （5）拔管時(shí)管內(nèi)混凝土量過少 ； （6）混凝土坍落度較小 ，和易性較差， 拔管時(shí)管壁對(duì)混凝土產(chǎn)生摩擦力造

38、成縮徑。,2）斷樁、樁身夾泥 施工過程中有幾根樁出現(xiàn)了斷樁和樁身夾泥現(xiàn)象。斷樁表現(xiàn)為水平裂縫，裂縫略有傾斜并貫通全截面，斷樁一般位于軟硬土層交接處，分析其原因： （1）樁的間距小 ，剛灌注的成樁混凝土強(qiáng)度低 ，在鄰樁沉管過程中，由于振動(dòng)對(duì)于兩層土的波速不一樣，產(chǎn)生剪切力把新灌筑的樁剪斷； （2）混凝土粗骨料粒徑過大 ，灌注混凝土?xí)r在管內(nèi)發(fā)生 “架橋“現(xiàn)象，形成斷樁；,（3）采用反插施工工藝時(shí) ， 反插深度太大 ，反插

39、時(shí)活瓣向外張開，把孔壁圍垢泥擠進(jìn)樁身，造成樁身夾泥； （4）在飽和的淤泥質(zhì)土中施工 ， 拔管速度過快 ，而混凝土坍落度太小，混凝土未流出管外土即涌入樁身，造成斷樁或樁身夾泥。,3）樁尖虛脫 在沉管過程中，由于樁尖封閉不嚴(yán)，樁周圍土層或地下水受高壓作用擠入樁管內(nèi)，積于樁尖處，阻礙混凝土與樁尖土層直接結(jié)合，造成樁尖虛脫。 這是由于混凝土的加工質(zhì)量不穩(wěn)定，有時(shí)坍落度過小，粗骨料的粒徑過大，下沉?xí)r發(fā)生堵塞或因空氣不能全部排除

40、而被壓縮，阻礙混凝土下沉導(dǎo)致樁尖處混凝土與土層不能直接結(jié)合。,4） 混凝土泥漿“涌泉”現(xiàn)象 當(dāng)混凝土灌注樁施工至地面時(shí)，常有混凝土泥漿冒出，即本文所稱的“涌泉“現(xiàn)象。 工程施工中11根樁均存在“涌泉”情況，冒漿量在1～20L不等。 分析“涌泉”現(xiàn)象的原因： （1）振動(dòng)灌注樁管入土后 ，對(duì)土產(chǎn)生擠壓作用， 在擾動(dòng)和擠壓的雙重作用下，樁周圍的土在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)重塑區(qū)，土的粘聚力瞬間遭到破壞，產(chǎn)生了很強(qiáng)的超孔隙水壓力，沉

41、管灌注完成后，很強(qiáng)的超孔隙水壓力部分隨拔起的樁管，從樁側(cè)向上消散，而出現(xiàn)“涌泉“現(xiàn)象。,（2）有時(shí)成樁后 ，開槽時(shí)會(huì)出現(xiàn)樁頂冒水。這種情況一般發(fā)生在飽和軟土層中。 沉管時(shí)往往有地下水進(jìn)入樁管內(nèi)，并且灌注速度快時(shí)，使大量水涌入樁體混凝土中。 混凝土強(qiáng)度上升時(shí)，水沿著孔隙上溢，產(chǎn)生冒水現(xiàn)象，容易引起樁體空洞或蜂窩等缺陷。究其原因是樁體有貫通的孔隙。由于樁體外地下水壓大，樁體內(nèi)壓小，產(chǎn)生壓力差，使樁體內(nèi)的水產(chǎn)生向上滲流，發(fā)生冒水現(xiàn)象。,6.3

42、.3 樁身質(zhì)量檢測(cè)方法 本工程對(duì)沉管灌注樁成樁質(zhì)量的檢測(cè)運(yùn)用動(dòng)測(cè)法和靜載試驗(yàn)。對(duì)于成樁無質(zhì)量問題的樁，其動(dòng)測(cè)波形和靜載試驗(yàn)所得Q-S曲線見圖1、圖2所示。 圖1顯示樁底波形衰減快，說明樁底與樁底持力層結(jié)合良好，樁間不存在反射波，說明樁身質(zhì)量良好。 圖2表明，樁的總沉降量不大，沒有位移的明顯增大階段，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。,當(dāng)沉管灌注樁出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，其動(dòng)測(cè)波形將發(fā)生變化，圖3中動(dòng)測(cè)波形在樁身間出現(xiàn)微幅反射，顯示樁

43、身在此處發(fā)生輕微徑縮現(xiàn)象。 樁身間出現(xiàn)的動(dòng)測(cè)波形反射幅度越大，說明樁身在此處發(fā)生的徑縮現(xiàn)象越嚴(yán)重。 圖4和圖5為樁身水平斷裂樁的動(dòng)測(cè)曲線和靜載Q-S曲線。,根據(jù)圖4所示動(dòng)測(cè)波形顯示： 反輻射處的樁身存在嚴(yán)重缺陷。 圖5所示Q-S曲線中，該樁在第一級(jí)荷載作用下，沉降明顯加大，而在后幾級(jí)荷載下，沉降又明顯減小，說明該樁缺陷為水平裂縫。 水平斷裂大都在樁身鋼筋籠的下端，其存在會(huì)明顯影響樁的水平承載能力，必須進(jìn)行工程處理。,6.

44、3.4 問題樁的處理措施1）預(yù)防樁身縮徑、斷樁、樁身夾泥的措施 （1） 保持正常的拔管速度 ， 嚴(yán)格控制拔管速度是樁身質(zhì)量以至工程樁質(zhì)量得到保證的關(guān)鍵。 （2）采用跳打法加大樁的施工間距 ，以減少鄰近樁施工的相互影響。 （3）拔管時(shí) ，管內(nèi)混凝土應(yīng)隨時(shí)保持 2m左右高度，也應(yīng)高于地下水位1～1.5m，或不低于地面。,（4） 混凝土要采用合適的坍落度：8～10cm （配筋時(shí)） ，6～8cm（素混凝土）。 （5）

45、密錘慢拔 ，即邊拔管邊密錘施打，在灌入混凝土后 ，應(yīng)先振動(dòng)5～10s，再開始拔管，邊振動(dòng)邊拔管，每拔0.5～1m，停拔振動(dòng)5～10s，如此反復(fù)直到樁管全部拔出，拔管速度不宜大于0.8～1m/min，以增加套管內(nèi)混凝土的自重壓力。,2）預(yù)防樁尖虛脫的措施 （1）采用預(yù)制樁尖時(shí)應(yīng)對(duì)樁尖和樁管連接處嚴(yán)加封閉 ，活瓣樁尖應(yīng)采用全封閉樁尖，不得漏水、漏土，在施工前必須經(jīng)過試孔嚴(yán)格檢查。 （2）確?；炷恋臄嚢栀|(zhì)量，使混凝土有較好的流動(dòng)

46、性和穩(wěn)定性。 （3） 樁管內(nèi)灌滿混凝土后 ，必須經(jīng)過 5～10s振動(dòng)后方可拔管，嚴(yán)禁停振管或先拔管后振動(dòng)。,（4）為了增加樁的端承面積 ，在樁底部采取連續(xù)反插，插次數(shù)不少于3次，第1次拔管1m，反插到底；第2次提管1m，反插0.5m；第3次提2m，反插1m，以使樁底部擴(kuò)大為葫蘆狀，從而提高了樁的端承力。 （5）沉管前 ，應(yīng)先檢查樁尖活瓣是否過疏，過疏應(yīng)另換樁尖，如在沉管過程中發(fā)現(xiàn)有少量水時(shí)，在下第一斗料時(shí)可適量減少混凝土水量

47、。,3）防止涌泉、涌水現(xiàn)象采用的措施 （1） 在承臺(tái)外打空樁的同時(shí) ，在樁的上部 3m 范圍內(nèi)增加水泥用量，按C30混凝土配合比下料，出現(xiàn)“涌泉“現(xiàn)象時(shí)，再增加水泥用量。 （2）采用預(yù)制樁尖時(shí) ，對(duì)于穿越飽和粘性土的樁 ，宜在預(yù)制樁尖與樁管接觸面處設(shè)稻草繩； 對(duì)于進(jìn)入硬塑粘土層或中密粉細(xì)沙層的樁，在樁尖與樁管接觸面處，須用環(huán)行鐵圈。 如在沉管過程中水或泥漿有可能進(jìn)入樁管時(shí)， 應(yīng)在樁管內(nèi)先灌入高1.5m左右的封底混凝土，再

48、開始沉管。,（3）在軟土地層中進(jìn)行沉管灌注樁施工出現(xiàn)“ 涌泉 ” 情況時(shí)，應(yīng)采取在承臺(tái)外打砂樁、空樁等措施，以使部分的超孔隙水壓力向周邊消散。同時(shí)，灌注樁的上部樁身混凝土強(qiáng)度應(yīng)適當(dāng)提高，以消除“涌泉”。 在以后的樁基工程中采取了上述辦法，取得了較好效果。,6.3.5 施工工藝改進(jìn) 針對(duì)沉管灌注樁存在的質(zhì)量問題，目前確實(shí)已經(jīng)有了些切實(shí)可行、比較合理的質(zhì)量控制手段，但更直接有效的辦法應(yīng)該是在現(xiàn)有設(shè)備及工藝流程的基礎(chǔ)上改進(jìn)施工設(shè)備

49、及工藝流程，防止沉管灌注樁出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題，以提高沉管灌注樁的承載力。本工程實(shí)踐中嘗試了一種改進(jìn)的沉管灌注樁施工工藝。 即在傳統(tǒng)的沉管灌注樁施工工藝的基礎(chǔ)上，在下鋼筋籠之前，增設(shè)一根PVC塑料內(nèi)套筒，然后再下鋼筋籠并灌注混凝土。改進(jìn)的沉管灌注樁由于增設(shè)了一根PVC塑料內(nèi)套筒，并且把PVC塑料內(nèi)套筒留在地下，作為灌注樁的一部分使用，具有以下特點(diǎn)：,（1） 樁基混凝土澆筑后 ，鋼樁管拔出 ，PVC塑料內(nèi)套筒的筒壁同時(shí)承受混凝土的側(cè)

50、向壓力和土體的作用力， 相互抵消一部分力的作用。改進(jìn)的沉管灌注樁由于增設(shè)了一根PVC塑料內(nèi)套筒， 它的施工成本比傳統(tǒng)的沉管灌注樁要略高一些。 （2）由于成樁后PVC塑料內(nèi)套筒留在土體內(nèi)，成樁后混凝土凝結(jié)硬化，與PVC塑料內(nèi)套筒形成復(fù)合混凝土受力樁，提高了樁基受壓能力， 既能承受鄰樁施工打樁時(shí)產(chǎn)生的水平橫向推力和隆起上拔力的作用，也能承受軟硬土層間傳遞水平力產(chǎn)生的剪應(yīng)力。,（3） 混凝土在 PVC塑料內(nèi)套筒中澆筑 ，拔管的速度 、

51、 混凝土澆筑的充盈系數(shù)、管內(nèi)混凝土的高度、骨料粒徑、混凝土的坍落度等人為因素對(duì)樁自身質(zhì)量的影響減小， 混凝土澆筑時(shí)與管內(nèi)壁的摩擦力減小，混凝土更容易下落，施工工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易保證。6.3.6 小結(jié)及建議 綜上所述，為盡量減少沉管灌注樁施工中發(fā)生縮頸、斷樁、樁身夾泥和樁尖虛脫等質(zhì)量問題，對(duì)其施工提出了如下建議：,（1）施工過程中要嚴(yán)把各工序 ，在施工時(shí)積極預(yù)防和排除各項(xiàng)不利因素，以免二次處理增加費(fèi)用，延長(zhǎng)工期。 （2