浅谈锤击桩施工工艺及施工中常见质量通病的防治.doc

浅谈锤击桩施工工艺及施工中常见质量通病的防治预应混凝土管桩过去多用于桥梁、水工等基础工程中，但近年来在建筑工程中，特别是高层建筑物的深基础的桩基工程中较多选用。其直径一般为400mm、500mm，单节长度为9m、10m、11m、12m、13m，接长可达6070m。本文叙述锤击桩施工方法及施工中常见的质量通病防治方法。海口外滩中心一期华府天地桩基工程，设计地下室采用管桩PHC40095AB：单桩竖向承载力特征值Ru=1400KN，单桩有效长度为22米，共计567套桩；设计主楼采用管桩PHC500125AB：单桩竖向承载力特征值Ru=2000KN，单桩有效桩长为24米，共计：1601套桩。工程桩属摩擦端承桩，综合以上分析本工程采用HD62型筒式柴油锤击桩进行施工。此锤适用于桩端持力层为较厚的强风化或全风化岩层、坚硬粘性土层、密实碎石土、砂土、粉土层的场地，具有爆发力强、锤击能量大、功效高并施工前期准备时间短、施工速度快、检测简单快捷，造价低即单位承载力的造价低、节省施工费用、缩短投资者的投资回收时间。但不适宜以下场地：孤石和障碍物较多的场地；有薄而坚硬夹层的场地；石灰岩地区；上软下硬、软硬突变的场地；基岩埋蒇较浅且倾斜较大的场地。同时此锤工作时噪音大、振动大，会对周围居民的生活和工作造成一定影响。下面详细介绍锤击桩的施工工艺及在监理工作中遇到的质量问题的处理方法。、锤击桩的施工工艺成桩分为以下几点步骤：测量定位桩机就位底桩就位、对中和调直、焊接桩尖锤击桩沉桩电焊接桩再锤击送桩打至持力层收锤。打桩的顺序一般为：按中间向四周；中间向两端；先长后短；先高后低的原则。1、定位放线打桩前应通过轴线控制点，逐个定出桩位，打设钢筋标桩，并用白灰在标桩附近地面上画上一个圆心与标桩重合、直径与管桩相等的圆圈，以便插桩对中，保持桩位正确。桩位的放样允许偏差为：群桩20mm；单排桩10mm。2、桩机定位在整个沉桩过程中，桩身的垂直度须首要保证，垂直度是影响沉桩质量的重要因素。因此桩机定位应符合以下几点要求，桩架龙口必须挺直，应确保桩锤、桩帽、桩身在同一轴线上，桩架要坚固、稳定，并有足够的刚度，锤击时不产生颤动位移。桩垫应有一定的弹性和韧性，有足够的厚度并经常检查，及时更换或补充。3、吊桩第一节管桩起吊就位插入地面时的垂直度用长条水准尺或两台经纬仪随时校正垂直度偏差不得大于桩长的0.5，必要时拔出重插，每次接桩应用长条水准尺测垂直度，偏差控制在0.5内；，在施打过程中，桩锤、桩帽、桩身的中心线应重合，当桩身倾斜率超过0.8时，应找出原因并设法校正，当桩尖进入硬土层后，严禁用移动桩架等强行回扳的方法纠偏。4、沉桩锤击桩宜采用低锤轻击或重锤低打，以有效降低锤击应力，同时应特别注意保持底桩的垂直，在锤击沉桩过程中都应使桩锤、桩帽和桩身中心线重和，防治桩头受力不均匀，造成桩头爆裂。5、接桩接桩时，上节桩应对直，轴向错位不得大于2mm。采用焊接接桩时，上下节桩之间的空隙应用铁片全部填实焊牢，结合面的间隙不得大于2mm。两桩法兰盘表面用铁刷子刷干净，露出金属光泽。焊接时宜先在坡口圆周上对称点焊6点，待上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊。施焊宜由23名焊工对称进行，焊缝应连续饱满，焊接层数不少于三层，内层焊渣必须清理干净以后方能施焊外一层，焊好后的桩必须自然冷却58分钟方可施打。焊缝必须保证连续饱满。6、送桩为了将管桩打到设计标高，需采用送桩器继续送桩。7、收锤工程桩要以试桩的最后贯入度（或单桩有效长度），控制好工程桩的施打，确保单桩顶面标高与单桩承载力达到设计要求。由于持力层可能起伏较大，桩长会有变化，要根据地质报告和施打情况选配合适长度的桩节，以减少截桩浪费，收锤可按以下条件确定。（1）桩端沉入持力层贯入度达到试桩收锤条件可以收锤。（2）虽然未达到指定持力层，最后贯入度已达到40mm/10击（此时已达到锤击桩基承受极限），可以收锤。8、遇下列情况之一，应暂停施打，并及时与设计、监理等有关人员研究处理：.贯入度突变；.桩头砼剥落破碎；.桩身突然倾斜跑位；.地面明显隆起；.邻桩上浮或位移过大；.桩的总锤击数超过2500；.桩身回弹曲线不规则。、施工中常见的质量通病防治方法在整个沉桩施工过程中，监理工作的主控项目为贯入度，辅控项目为标高，当贯入度达到设计要求，标高未达到设计要求时，如贯入度很小，并小于1cm时，为了防止桩头爆裂的危险，可以收锤；当标高达到要求，贯入度未达到要求时，应再进行三阵锤，每阵锤为十下。在近4个月的桩基施工过程中，出现最多的施工质量通病无外乎为桩身断裂、桩头爆裂、桩身移位及未达到设计标高。针对以上情况下面介绍以下施工中常见的质量通病及防治处理办法。一、 桩身断裂 1、现象 桩在沉入过程中，桩身突然倾斜错位，贯入速度不正常，在桩顶的钢法兰与混凝土接触处裂碎，桩身断裂。 2、原因分析 (1)沉桩需要穿过12层较硬的土层时，造成锤击能量加大，次数加多。因在锤击时，会交替出现压应力和拉应力，压应力过大会将桩管打坏，拉应力过大易产生横向裂缝，桩在反复锤击疲劳作用下，造成破坏。 (2)遇到地下大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。 (3)稳桩时不垂直，打入地下一定深度后，用走桩架校正的方法，使桩身产生弯曲。 (4)多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折。 (5)采用“植桩法”时，钻孔垂直度偏差过大，管桩穿人后造成桩身倾斜。 (6)制作桩的水泥强度等级不合要求，砂、石含泥量大，规格不准，使桩身局部强度偏低，养护碳化期不够而影响正常施打。 (7)桩在起吊、运输、堆放、吊立稳桩过程中操作不合要求。 (8)开口桩在高地下水位施打时，管内会产生较高的水压力，致使桩身产生垂直裂缝，造成桩被打坏。 3预防措施 (1)施工前应将地下障碍物，如旧墙基、条石、大块混凝土等清理干净，尤其是桩位下的障碍物，必要时用钎探检查。桩的质量要认真检查，并作好记录，不符合要求的，不得使用。 (2)稳桩时，要进行双向校正，开始锤击时，要先打几次冷锤再进行校正，无误后方可正常施打，待打入一定深度，发现倾斜，要找出原因，不得用走桩架校正的办法。 (3)施打前要详细分析地质报告，若有穿过较厚的硬夹层时，要选用“植桩法”穿透夹层，同时，钻孔时要双向校正钻杆的垂直度，也可选用射水沉桩等方法。 (4)管桩的法兰接盘或接长铁板预埋件(焊接法时)要严格要求，与混凝土接触处要加强振捣和养护，或提高一级强度等级。 (5)在高地下水位施打此种管桩时，要选用闭口桩尖。 (6) 接桩时，要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处必须严格按设计要求执行。 (7)桩在起吊、运输、堆放过程中，按有关操作规程执行。 (8)要求施打的管桩，其强度必须达到100的老桩。 4治理方法 施工中发现断裂桩，应停打，会同设计人员研究处理方法。根据地质条件、上部荷载及桩所处的结构部位，可以来取补桩的方法。二、桩头爆裂1现象 在击打沉桩过程中，与桩顶钢接盘(螺栓或焊接接盘)接触处的混凝土发生碎裂。 2原因分析 (1)当桩头受锤击力作用时，桩头下混凝土发生纵向压缩变形，也产生了膨胀变形，所以在遭受过大锤击力作用时，易出现受拉破坏，产生纵向裂缝，扩大、剥落以至破坏。 (2)预制离心管桩时，混凝土配合比不良，施工控制不严。 (3)桩头受锤击时，还会产生某种程度的锤击偏心，或拉应力集中现象，而预应力管桩中的纵向预压力也起不利作用，所以打桩破损最容易出现桩头部位(钢接盘与混凝土接触处)。只要桩身完好，一般桩身就不会发生问题。 (4)桩顶与桩锤帽未加减振材料或未及时更换减振弹性材料。 3防治措施 (1)桩制作应严格按操作规程施工，离心旋转振动均匀成型，蒸养须达到要求时间，根据地质情况，可适当提高一级混凝土的设计强度等级，并采用快硬水泥，可有力地提高管桩的抗锤击能力，降低损坏率。 (2)施打前，可在钢桩头下沉混凝土部位加一道05m高的可拆式钢套箍(螺栓连接)，保护混凝土不致碎裂。 (3)稳桩前桩帽内预先放好合适的减振材料，如工业用的布轮、麻袋、纸袋等物，根据锤击时间与次数，要适时更换，保证减振效果。 (4)根据地质条件、桩断面尺寸、桩构件的长短，合理选择桩锤(见表9-1锤重选择表)，其原则以重锤低击为准。 (5)稳桩前先校正桩机架的垂直度，待稳桩后，再校正桩的垂直度，以保证桩被垂直打人，减小偏击现象，从而降低损坏率。 (6)沉桩前应对桩的质量进行检查，桩顶平面是否垂直桩轴线，桩尖法兰螺栓是否拧紧或偏斜，不合格者不得使用。 (7)根据工程地质条件、施工机械能力及混凝土的强度等级，合理确定单桩承载力及施工控制标准。发现问题，立即停打，待与设计单位研究后再行施打。三、沉桩达不到设计要求 1现象 桩基础设计时，对端承桩是以进入持力层的最终贯入度为控制标准，参考桩尖高程；而对摩擦桩则以桩尖标高为主，参考贯人度。但有的工程要求双控，又由于离心管桩多为长桩深基，有时就会沉桩达不到设计的最终控制要求。 2原因分析 (1)勘探点不够和粗略，对工程地质情况不明，尤其是持力层标高起伏，致使设计考虑持力层或选择桩尖标高有误，有时因设计要求过严，超过了施工机械能力或桩身混凝土的强度。 (2)勘探工作以点代面，对局部硬夹层不可能全部了解，尤其是在复杂的工程地质条件下，以及遇到地下障碍物如大块石头、混凝土大块等，沉桩就会达不到设计要求。 (3)群桩效应问题，砂为持力层时，桩数越多，会越挤越密实，最后就会出现下沉不多或不下沉的现象。 (4)打桩行机路线选择不合理，锤头选择太小或太大，使桩沉不到设计标高，或沉人过多。 (5)桩顶打碎或桩身打断，致使桩不能继续打入。 3防治措施 (1)详细探明地质情况，必要时应补充勘探，正确选择持力层或标高，根据工程地质条件、桩断面及长度，合理选择桩工机械、施工方法及行车路线。 防止桩顶打碎或桩身断裂。如采取法兰盘下加钢套箍、加垫减振材料、选老桩、严格校正垂直度等措施。 (2)遇有硬厚夹层，可采用“植桩法”、射水法或气吹法等措施。无论采用哪种方法，桩尖至少应进入未扰动土6倍桩径(保证设计要求)。 (3)施打前平整场地时，清除掉地下障碍物，必要时，放桩位时以钎探法探明地下物，及时清除。 (4)正式施打前，可在正式桩位上进行工艺试桩(选不同部位试打35根)，以校核勘探与设计要求的可能性、合理性。否则研究出补救措施以指导正常施工。 四、桩顶位移或桩身倾斜 1现象 在沉桩过程中，相邻桩产生横向位移，桩顶上升，或桩身垂直偏差过大。 2原因分析 （1）桩人土后，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。 （2）稳桩时不垂直，打入地下一定深度后，再用走桩架的方法校正，使桩身产生弯曲。 （3）采用“植桩法”时，钻孔垂直偏差过大。桩虽然是垂直立稳放入子L中，但在沉桩过程中，桩又慢慢顺钻孔倾斜沉下而产生弯曲。 （4）两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折，或接桩方法不当(一般多为焊接，个别地区使用硫磺胶泥法接桩)。 （5）在柱基群桩、多排条基布桩或满堂红布桩时，由于布桩过密又是端承桩，控制较严，出现地面被抬起，有的桩被涌起的现象。 (6)在软土地基施工较密集的群桩时，由于沉桩引起的空隙压力把相邻的桩推向一侧或涌起。 (7)桩位放得不淮，偏差过大；施工中桩位标志丢失或挤压偏离，施工人员随意定位；桩位标志与墙、柱轴线标志混淆搞错等，造成桩位错位较大。 (8)选择的行车路线不合理。 (9)打桩机架挺杆导向固定垂直于底盘，不能作前后左右微调，或虽能微调，但使用不便。在沉桩过程中，如果场地不平，有较大坡度，挺杆导向也随着倾斜，则桩在沉入过程中随着挺杆导向也会产生倾斜。 (10)稳桩时桩不垂直，桩帽、桩锤及桩不在同一直线上。 (11)桩制作时，桩身弯曲超过规定，桩尖偏离桩的纵轴线较大，沉入时桩身发生倾斜或弯曲。 (12)桩人土后，遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧。 （13）稳桩时不垂直，打入地下一定深度后，再用走桩架的方法校正，使桩身产生弯曲。 （14）采用“植桩法”时，钻孔垂直偏差过大。桩虽然是垂直立稳放入子L中，但在沉桩过程中，桩又慢慢顺钻孔倾斜沉下而产生弯曲。 （15）两节桩或多节桩施工时，相接的两节桩不在同一轴线上，产生了曲折，或接桩方法不当(一般多为焊接，个别地区使用硫磺胶泥法接桩)。 (16)桩顶与桩帽的接触面不平，替打木表面倾斜，桩沉入士中时桩身不垂直，使桩顶面倾斜，造成桩顶局部受集中应力而破损。 3防治措施 （1）施工前，应将地下障碍物，如旧墙基、条石、大块混凝土清理干净，尤其是桩位下的障碍物，必要时可对每个桩位用钎探了解。对桩身质量要进行检查，发生桩身弯曲超过规定，或桩尖不在桩纵轴线上时，不宜使用。一节桩的细长比不宜过大，一般不超过30。 （2）在初沉桩过程中，如发现桩不垂直应及时纠正，如有可能，应把桩拔出，清理完障碍物并回填素土后重新沉桩。桩打入一定深度发生严重倾斜时，不宜采用移动桩架来校正e接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处必须严格按照设计及操作要求执行。 （3）采用“植桩法”施工时，钻孔的垂直偏差要严格控制在1以内。植桩时，桩应顺孔植入，出现偏斜也不宜用移动桩架来校正，以免造成桩身弯曲。 （4）采用点井降水、砂井或盲沟等降水或排水措施。 （5）沉桩期间不得同时开挖基坑，需待沉桩完毕后相隔适当时间方可开挖，相隔时间应视具体地质条件、基坑开挖深度、面积、桩的密集程度及孔隙压力消散情况来确定，一般宜二周左右。 （6）采用“植桩法”可减少土的挤密及孔隙水压力的上升。 （7）认真按设计图纸放好桩位，做好明显标志，并做好复查工作。施工时要按图核对桩位，发现丢失桩位或桩位标志，以及轴线桩标志不清时，应由有关人员查清补上。轴线桩标志应按规范要求设置，并选择合理的行车路线。 （8）场地要平整，如场地不平，施工时应在打桩机行走轮下加垫板等物，使打桩机底盘保持水平。在打桩地面较软弱或含水量较高。造成桩工机械无法正常行走时，应采用铺垫一定厚度的砂卵石、碎石或路基箱，以确保桩被垂直打入。地面隆起的桩，采用复打方法(选贯入度较大的桩)，(打桩完毕后)校核是否涌起。 综上所述，在整个桩基过程中，沉桩的顺序和沉桩过程中的垂直度是确保桩基工程质量的关键。沉桩中一定要按由中间向四周；中间向两端；先长后短；先高后低的原则。从而保证桩基施工的顺利进行。主要参考文献：1、建筑施工手册（第四版） 中国建筑工业出版社 2003年9月2、中南地区建筑标准设计结构图集（3） （04ZG205）、（04ZG207） 中南地区建筑标准设计协作组办公室 湖北科学技术出版社 2004年7月3、国家行业标准建筑桩基技术规范（JGJ94-94）4、建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）5相关图集先张法预应力砼管桩图集（DBJ08-92-2000）