1、探讨建筑基础工程中沉管灌注桩的施工技术摘要：本文结合笔者多年的施工经验，首先阐述了沉管灌注桩的施工工艺，分析了施工中经常遇到的质量问题及原因，并通过某工程实例，详细分析了沉管灌注桩及其特点，提出有效的处理对策，以供同行参考与借鉴。 关键词：建筑基础工程：沉管灌注桩；施工技术 中图分类号：TU755.6 文献标识码：B 文章编号：1008-0422（2013）10-0146-02 1 前言 沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中，造成桩孔，然后放人钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。它以
2、锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩最为常见。施工工艺是：使用锤击式桩锤或振动式桩锤将一定直径的钢管沉入土中，造成桩孔，然后放人钢筋笼，浇筑混凝土，最后拔出钢管，便形成所需要的灌注桩。一般适用于粘性土、粉土、湿陷性黄土、淤泥、淤质泥土、稍密及松散的砂土及人工填土。具有施工操作简便、机械化程度高、速度快、工期短、造价低、适应范围广等特点，已经得到广泛应用。笔者在福州富水综合食品有限公司宿舍楼、3#厂房等工程中，作为项目技术负责人，就广泛应用沉管灌注桩，缩短了工期，降低了成本。 2 沉管灌注桩的施工工艺 2.1 工艺流程 定位埋设砼预制桩尖一桩机就位一锤击沉管一灌注砼一边拨管、边锤击、边继续灌注砼（中间
3、插入吊放钢筋笼）一成桩。 2.2 注意事项 （1）浇砼前应检查管内有无泥浆或进水，少量时可用千水泥灰。（2）当为提高承载力或补救缺陷而采用复打法施工时，复打应在初次浇筑的砼初凝之前完成，前后两次沉管的轴线必须重合。 （3）拔管速度要均匀，对一般土层以 1m/min 为宜，在软弱土层及软硬土层交界处宜控制在 0.30.8m/min 为宜。在管底未拔到桩顶设计标高之前，倒打和轻击不得中断。 （4）第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需灌入的砼量为限，不宜拔得过高。在拔管过程中应用专用测锤或浮标检查砼面的下降情况。 （5）锤击沉管成桩宜按桩基施工顺序依次退打，桩中心距在 3.5倍桩管外径以内或小于
4、2m 时均应跳打，以防止土体挤压而断桩。中间空出的桩需待邻桩砼强度达到设计强度标准值的 50%以后方可施工。 （6）砼充盈系数（实际灌注砼体积与按设计桩身直径计算体积之比）不得小于1.0，成桩后的桩身砼顶面标高应至少高出设计标高 500mm。 3 施工中经常遇到的质量问题及原因 在很多地方，尤其是沿海地区属于软土地基，而软土地基主要由淤泥、淤泥质土或其它高压缩性土层构成地基，沉管灌注桩比较适合软土地基，但是由于性价比比较差，同时沉管灌注桩属于隐蔽性工程，所以在施工的过程中质量容易出现以下问题。 3.1 断桩及其原因 桩身有些出现水平裂缝或者裂缝略有倾斜并贯通全截面。有的甚至桩身混泥土间断、退空
5、、不连续，从暴露的桩身反映出个别桩身局部残缺，夹有泥土或桩身的某一部位混凝土坍塌，上部被土填充。断桩是比较严重的质量问题，因为它不能承受相应的荷载。 例如某建筑工程是一幢六层居民住宅楼，其基础设计为条形基础梁下的振动沉管灌注桩，桩径 0.8m，桩端持力层为砾砂层，单桩设计承载力不小于 380kN，整个工程工完成工程桩 286 根。采用反射波法测试桩基完整性，第一次检测 20 根，发现有 6 根断桩。表 1 是部分桩检查结果。 我们通过反射波法来检测，将完整桩和断桩进行比较。图 1 无质量问题沉管灌注桩时域曲线，图 2 无质量问题沉管灌注桩 Q-S 曲线，图 3水平断桩沉管灌注桩时域曲线，图 4
6、 水平断桩沉管灌注桩 Q-S 曲线。 反射波法假设桩是一维弹性杆件，其介质均匀连续，信号沿桩身传播不发生衰减。在测试过程中，认为桩周土对桩身应力波的信号不发生影响。图 1 中因为在桩端有空气层，所以信号出现比较大的变化，在其它桩身中传播信号基本比较均匀。 图 2 反映荷载与沉降的关系，如果桩的质量没有问题，荷载与沉降是抛物线的关系，不会出现陡然下降阶段。 通过分析造成断桩的原因有以下几个： （1）工程桩间距偏小，对于饱和软土中的挤土灌注桩，最小桩距为4d（d 为桩径） ，而该桩距仅为 3d（即 1.2m） ，当已灌砼初凝后，在邻桩沉管过程中，土受挤压产生水平推力使桩产生断裂； （2）由于是属于
7、挤土桩，土体受挤后，向薄弱处传递挤压力，而使地面出现隆起现象，形成对邻桩的摩擦，构成一个向上的拉力，而使桩断裂； （3）砼的级配不太合理，坍落度较小，施工灌注砼的坍落度为 3-5cm，对于挤土桩的坍落度至少为 8-10cm，由于坍落度小极易造成桩身砼离析，夹泥和蜂窝： （4）拔管速度过快，振动沉管灌注桩在管内灌满砼后宜振 510s，再开始拔管，应边振边拨，每拔 0.51.0m 停拔振动 510s，如此反复，软弱土层中宜控制在 0.6-0.8m/min，由于拔管速度快，停拔振动时间短，或根本不停振，容易造成桩身断裂，造成工程桩质量事故。 3.2 缩颈及其原因 沉管灌注桩另外一种常见的质量问题是缩
8、颈，它的主要特征是成形后的桩身局部直径小于设计要求，根据实际工程经验总结这种现象一般发生在地面下 2m-3m 处。大多发生于淤泥、淤泥质土、杂填土等软弱土层。 桩身横截面面积变小就会导致单桩竖向极限承载力减小，也会造成严重的工程质量问题。造成缩颈的原因有几个方面： （1）在饱和淤泥质软土中，受强制扰动挤压产生空隙水压力，桩管拔出后软土便挤向新灌注混凝土或由于混凝土扩散严重不均匀形成缩颈：（2）在流塑淤泥质土中由于套管的振荡作用使混凝土不能顺利灌入，淤泥质土迅速填充进来造成缩颈； （3）桩身在上下土层条件不同，混凝土的凝固速度不同，在上下段临界之间引起缩颈； （4）拔管速度过快，桩管内形成的真空
9、吸力对混凝土产生拉力，造成缩颈； （5）拔管时管内混凝土量过少，自重压力不足或混凝土坍落度小，和易性差，管壁对混凝土产生摩擦力，混凝土扩散慢，造成缩颈等。 3.3 管内混凝土拒落及其原因 在沉管灌注桩施工过程中，当灌注完混凝土后拔管时，要求混凝土能立刻从管底部流出，这样能是混凝泥土与土层充分接触。但是有时候在拔至一定高度后，混凝土才流出管外，因此桩的下部没有混凝土或混凝土不密实。这样就回导致桩的承载能力降低，从而使桩的质量出现问题。 造成管内混泥土拒落的原因主要有在低压缩性粉质粘土层中打拔管桩，灌完混凝土开始拔管时，活瓣桩尖被周围的土包围压住而打不开，使混凝土无法流出而造成拒落。预制桩头混凝土
10、质量较差，强度不够，沉管时桩头被挤人套管内阻塞混凝土下落。在有地下水的情况下，套管下沉时间较长，封底混凝土过干，套管底形成“塞子”堵住管口，使混凝土无法流出。 3.4 桩尖虚脱及其原因 此外在沉管灌注桩施工过程中桩尖虚脱也是施工中经常遇到的问题，由于桩尖封闭不严，桩周围土层或地下水受高压作用挤入桩管内，积于桩尖处，阻碍混凝土与桩尖土层直接结合，桩尖处混凝土未能与下部土层直接结合，产生空隙或由虚土及地下水充填形成虚脱。桩尖虚脱使桩尖失去端承力，严重影响桩的承载能力。 造成桩尖虚脱的原因以下有四个： （1）这是由于混凝土的加工质量不稳定，有时坍落度过小，粗骨料的粒径过大，下沉时发生堵塞或因空气不能
11、全部排除而被压缩，阻碍混凝土下沉导致桩尖处混凝土与土层不能直接结合： （2）活瓣桩件开启不灵，不能将混凝土送到桩尖，产生桩尖虚脱： （3）桩尖封闭不严，沉管时桩周土或地下水积于桩尖处，使混凝土不能与桩尖土层直接结合而产生桩尖虚脱； （4）向管内送入混凝土后，振捣不充分，混凝土未达到桩尖处即拔管，使混凝土在土层中架空而产生桩尖虚脱。 4 具体的处理措施 4.1 针对断桩的处理措施（以上面实例说明） （1）对于数量比较多的断桩，不宜单独逐个处理，可将原桩基上断面 500x500mm2 的承台梁改为片筏桩基础； （2）对于缺陷深度在 1-3m 的断桩，可将原来断的桩段挖去，加套略大于原桩径的钢箍或钢
12、筋砼水泥管，清理干净断裂位置，设素水泥浆一道，再重新灌注砼补做桩段： （3）对于缺陷深度在 3m 以下的桩，由于地下水位较高和土质较软，开挖补桩对于施工是较为困难的，可采取在原 500500m2 承台梁下作放大角，下设中 12180 受力筋及 6200 分布筋，放大部分长度以相邻轴线长度为准，组成一个复合的桩一梁一土受力体系，以保证荷载的重新分布，减轻原缺陷桩的荷载负担。 对于一般的工程应该尽量避免出现断桩现象，跳打法施工可以避免出现断桩现象，跳打应在相邻成型的桩达到设计强度的 60%以上进行。拔管速度控制在 12m/min-15m/min 之间，对于松散性和流态淤泥质土，应该边振边拔。混凝土
13、终凝不久应该避免振动和扰动，桩与桩中心距太近，可采用跳打或者控制时间的方法。此外复打法可以解决出现断桩的问题。4.2 针对缩颈的处理措施 （1）控制拔管速度，采取“密振慢拔”或慢抽密击法： （2）管内混凝土必须高于地面，并使桩管内的混凝土高度保持在 2m以上，使混凝土出管时有较大重压力的扩张力，避免抽管时空隙水压和泥压挤向新浇筑的混凝土； （3）在易产生缩颈部位采取复打或反插工艺解决缩颈，或放置钢筋混凝土桩段； （4）施工时用浮标检测法经常检查混凝土下落情况，发现问题及时处理。 4.3 针对混凝土拒落的处理措施 对于混凝土拒落可以根据工程和地质条件，合理选择桩长，尽量使桩不进入低压缩性土层严格
14、检查预制桩头的强度和规格。防止桩尖在施工时压入桩管。在有地下水的情况下，混凝土封底不要过干。套管沉至设计要求后。应用浮标测量预制桩尖是否进入桩管。如桩尖进入桩管。应拔出处理，浇筑混凝土后，拔管时应用浮标经常观测测量。检查混凝土是否有阻塞情况已出现混凝土拒落情况时，可在拒落部位采用翻插法处理。 4.4 针对桩尖虚脱的处理措施 严格按配比要求投料，搅拌时间控制适当，混凝土坍落度符合要求，确保混凝土拌合物的搅拌质量。桩尖封闭严密。不许漏水漏土。施工前进行试孔检查，发现问题及时处理，确保无漏水漏土现象时方可施工。桩管内灌入混凝土后，必须先振捣，确保混凝土落到桩尖处方可边振捣边拔管，严禁先拨管后振捣或停
15、振拔管。 5 能较好解决施工质量问题新工艺 尝试一种改进的沉管灌注桩施工工艺。即在传统的沉管灌注桩施工工艺的基础上，在下钢筋笼之前，增设一根 PVC 塑料内套筒，然后再下钢筋笼并灌注混凝土。改进的沉管灌注桩由于增设了一根 PVC 塑料内套筒。并且把 PVC 塑料内套筒留在地下，作为灌注桩的一部分使用，具有以下特点： （1）桩基混凝土浇筑后，钢桩管拔出，PVC 塑料内套筒的筒壁同时承受混凝土的侧向压力和土体的作用力，相互抵消一部分力的作用。改进的沉管灌注桩由于增设了一根 PVC 塑料内套筒，它的施工成本比传统的沉管灌注桩要略高一些； （2）由于成桩后 PVC 塑料内套筒留在土体内，成桩后混凝土凝
16、结硬化。与 PVC 塑料内套筒形成复合混凝土受力桩，提高了桩基受压能力。既能承受邻桩施工打桩时产生的水平横向推力和隆起上拔力的作用，也能承受软硬土层间传递水平力产生的剪应力； （3）混凝土在 PVC 塑料内套筒中浇筑，拔管的速度、混凝土浇筑的充盈系数、管内混凝土的高度、骨料粒径、混凝土的坍落度等人为因素对桩自身质量的影响减小，混凝土浇筑时与管内壁的摩擦力减小，混凝土更容易下落，施工工艺简单，质量容易保证。 6 结语 沉管灌注桩施工是一项专门技术，又属重要的隐蔽工程，因此给工程的质量控制带来一定困难。由于各种原因所造成质量问题，都将影响到桩的设计承载力，给整个的建筑物带来安全隐患。所以施工时必须认真研究施工方案，提高施工技术，以确保沉管灌注桩的施工质量。
