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1、靜壓沉管灌注樁的簡介、施工工藝、質量事故分析及解決等相關研究目 錄一、背景由來31.1、灌注樁系31.2、沉管灌注樁3二、靜壓沉管灌注樁施工32.1、概述32.2、靜壓樁的沉樁機理及常見問題分析42.3、特點及合用范圍52.4、施工工藝52.5.施工注意事項6三、 常見質量事故分析及解決73.1、樁身上抬73.2、引孔壓樁的問題73.3、樁端封口不實73.4、樁頂(底)開裂83.5、地質構造帶83.6、基坑開挖8靜壓沉管灌注樁一、背景由來1.1、灌注樁系灌注樁是一種直接在現場樁位上就地成孔，然后在孔內澆筑混凝土或安放鋼筋籠再澆筑混凝土而成的樁。按其成孔方法不同，可分為鉆孔灌注樁，沉管灌注樁、人2、工挖孔和挖孔擴底灌注樁等。1.2、沉管灌注樁沉管灌注樁，又叫套管成孔灌注樁，是目前采用較為廣泛的一種灌注樁。沉管灌注樁是指運用錘擊打樁法或振動打樁法，將帶有活瓣式樁尖或預制鋼筋混凝土樁靴的鋼套管沉人士中，然后邊澆筑混凝土(或先在管內放入鋼筋籠)邊錘擊或振動邊拔管而成的樁。依據使用樁錘和成樁工藝不同，分為錘擊沉管灌注樁、振動沉管灌注樁、靜壓沉管灌注樁、振動沖擊沉管灌注樁和沉管夯擴灌注樁等。這類灌注樁的施工工藝是：使用錘擊式樁錘或振動式樁錘將帶有樁尖的鋼管沉人土中，導致樁孔，然后放人鋼筋籠、澆筑混凝土，最后拔出鋼管，形成所需的灌注樁。沉管樁對周邊環境有噪音、振動、擠壓等影響。沉管灌注樁成樁過程為：3、樁機就位一錘擊(振動)沉管一上料一邊錘擊(振動)邊拔管，并繼續澆筑混凝土一下鋼筋籠，繼續澆筑混凝土及拔管一成樁。二、靜壓沉管灌注樁施工2.1、概述靜壓沉管灌注樁，簡稱靜壓樁:樁基礎的一種，采用的方法是采用靜力壓樁機壓樁，工作原理與錘擊截然相反，重要優點是沒有噪聲。 液壓靜壓樁屬于擠土樁。樁在壓入過程中對周邊土體進行排擠，使地基的側向應力增長，從而導致土的密度的增長。它的擠土效應取決于樁截面的幾何形狀和壓樁力。對同樣截面的樁截面來說，靜壓樁的擠土效應小于打入樁。一般來說，采用靜壓樁工藝的地基土含水量較高，孔隙比較大，在樁受垂直靜壓過程中，樁尖直接使土產生沖剪破壞，隨著或先發生沿樁身土體的直接剪切4、破壞，從而也產生了超孔隙水壓力，擾動了土體結構，使樁周約一倍樁徑土體的抗剪強度減少，發生嚴重軟化(粘性土)或稠化(粉土、砂土)，出現土的重塑現象，從而可連續地將靜壓樁送入很深的地基土層中。相反，若遇砂層，超孔隙水壓力消散，則摩阻力增長，壓樁困難。2.2、靜壓樁的沉樁機理及常見問題分析1）靜壓樁沉樁機理沉樁施工時，樁尖“刺入”土體中時原狀土的初應力狀態受到破壞，導致樁尖下土體的壓縮變形，土體對樁尖產生相應阻力，隨著樁貫入壓力的增大，當樁尖處土體所受應力超過其抗剪強度時，土體發生急劇變形而達成極限破壞，土體產生塑性流動（粘性土）或擠密側移和下拖（砂土），在地表處，粘性土體會向上隆起，砂性土則會被拖5、帶下沉。在地面深處由于上覆土層的壓力,土體重要向樁周水平方向擠開，使貼近樁周處土體結構完全破壞。由于較大的輻射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大擾動影響，此時，樁身必然會受到土體的強大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗，當樁頂的靜壓力大于沉樁時的這些抵抗阻力，樁將繼續“刺入”下沉。反之，則停止下沉。 2） 壓樁時，地基土體受到強烈擾動，樁周土體的實際抗剪強度與地基土體的靜態抗剪強度有很大差異。隨著樁的沉入，樁與樁周土體之間將出現相對剪切位移，由于土體的抗剪強度和樁土之間的粘著力作用，土體對樁周表面產生摩阻力。當樁周土質較硬時，剪切面發生在樁與土的接觸面上;當樁周土體較軟時，剪切面一6、般發生在鄰近于樁表面處的土體內，粘性土中隨著樁的沉入，樁周土體的抗剪強度逐漸下降，直至減少到重塑強度。砂性土中，除松砂外，抗剪強度變化不大，各土層作用于樁上的樁側摩阻力并不是一個常值，而是一個隨著樁的繼續下沉而顯著減少的變值，樁下部摩阻力對沉樁阻力起顯著作用，其值可占沉樁阻力的5080，它與樁周處土體強度成正比，與樁的入土深度成反比。 3） 終壓力與極限承載力。在靜壓樁施工完畢后，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發生固結強度逐漸恢復，上部樁柱穴區被充滿，中部樁滑移區消失，下部樁擠壓區壓力減小，這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力7、比壓樁施工時的終壓力要大，在某些土體固結系數較高的軟土地區，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍，但是粘性土中的短樁，土體強度經一段時間的恢復，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大，最終極限承載力達不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念，一些初接觸靜壓樁的設計、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數值上不一定相等，重要與樁長、樁周土及樁端土的性質有關，但兩者也有一定的聯系。2.3、特點及合用范圍(1)靜壓樁具有無震動、無噪聲、場地小和能定量監測單樁承載力等優點，特別適合在人口密集的市區及建筑群中施工。(2)施工引起的土體隆起和水8、平擠動比打入式樁小，適宜于危房、精密儀器房、岸邊和地下管線多的地區內施工。(3)由于避免了錘擊應力，可減少鋼筋和水泥用量，減少工程造價。(4)壓樁力能自動記錄和顯示，樁的承載力有保證，并且避免錘擊過度而使樁頂或樁身開裂的現象。(5)壓樁力有限，單樁垂直承載力相對錘擊樁來說較低。(6)施工速度快，工期短。(7)只適應于軟土地基，不合用于貫穿厚度大于2m的中密以上的砂土夾層或進入中密以上的砂土持力層。2.4、施工工藝靜壓樁施工工藝分為定位、樁尖就位、對中、調直、壓樁、接樁、再壓樁、送樁等過程。(1)定位：根據控制點和控制軸線，定出施工樁位，并在樁位中心插入一根短鋼筋，灑上石灰粉使樁位標志明顯。(29、)樁尖就位、對中、調直：對于步履式全液壓靜壓樁機而言，通過大、小船行走油缸的動作，作縱橫向的行走，從而將樁尖對準樁位，并開動壓樁油泵將樁壓入土中2m后停止壓樁，用兩臺經緯儀校正樁在兩垂直方向的垂直度。(3)壓樁：運用夾緊器的浮頂增力原理，夾緊工程樁，用壓樁油泵的壓力將樁壓入地下。每次壓樁行程為2m。當壓完第一行程后放松夾緊器裝置，用壓樁油缸提起夾緊器，當夾緊器到位后，再次夾緊壓樁，如此循環。(4)接樁：當下一節樁壓到露出地面0.51.0m時，應接上一節樁。(5)送樁：送樁可用專用的送樁器，也可用一節長度超過規定的樁，放在被送的樁頂上便可送樁。(6)移位：若樁頂高出地面一段距離，而壓樁力已達成規10、定值時則要截樁，以便樁機移位。2.5.施工注意事項(1)因壓樁機自重很大，對地面承載力規定較高，故在地面松軟處施工時要及時采用加固措施，以保證壓樁機的平衡。(2)壓入力由壓力表反映，在壓樁過程中要認真記錄樁入土深度和壓力表讀數的關系，以判斷樁的質量及承載力。當壓力表讀數忽然上升或下降時，要停機，對地質資料進行分析，看是否碰到障礙物或產生斷樁情況等。液壓靜壓樁機的壓入力與壓力表讀數換算式如下式所示。 F=2PS+G式中：F- 壓入力； P- 壓力表讀數； S- 壓下油缸活塞面積； G- 夾頭箱、壓下油缸柱塞及送樁器三者重量之和。(3)實踐表白：因接送樁的半途停留(2530分鐘)使得壓樁阻力增長311、668%。并且，停留時間較長，其阻力增長越多；壓樁入土越深，其阻力增長也越大。故靜壓樁施工時不宜半途停頓。必須接樁停留，宜考慮淺層接樁，還應盡量避開在好土層深度處停留接樁，且盡也許縮短接樁時間。(4)樁壓入過程中，需隨時用兩臺經緯儀從正面和側面校正其垂直度，保證樁的垂直度偏差小于0.5%。(5)施工時，整體沉樁流水要合理安排，避免向單一方向推動。當樁距小于3.5倍樁寬時，壓樁順序應符合下列規定：對于密集樁群，自中間向兩個方向或向四周對稱施壓；當一側毗鄰建筑物時，由建筑物一側向另一側施壓；應嚴格遵守“先密后稀、先深后淺、先長后短”三原則施壓。(6)由于靜壓樁不同于打入樁，鄰近樁互相擠土的干擾影響12、很小。實踐證明，對于壓入同樣深度土層的壓樁力，并不隨鄰近的壓樁先后而有所不同(有條件時，鄰近樁施工間隔時間不能太長)。故施工中注意此點，在局部樁群中施工時，就可以靈活地安排施工順序，以減少樁機的移位及行走時間。(7)終止壓樁的控制原則如下：對于摩擦樁以達成樁端設計標高為終止條件；對于端承摩擦型樁，是以設計樁長控制為主，終壓力值作對照為控制條件。三、 常見質量事故分析及解決3.1、樁身上抬 由于靜壓樁是擠土樁，在場地樁數量較多，樁距較密的情況下，時常后壓的樁會對已壓的樁產生擠壓上抬，特別對于短樁，易形成所謂的吊腳樁。這種樁在做靜載實驗時，開始沉降較大，曲線較陡，但當樁尖達成持力層，承載力又有明顯13、增長，沉降曲線又趨于平緩，這是樁身上抬的典型曲線。樁身上抬除了靜載沉降偏大外，對樁而言也許會把接頭拉斷，樁尖脫空，同時大大增長對四周樁的水平擠壓力,導致樁傾斜偏位。在解決上施工前合理安排壓樁順序,同一單體建筑物一般規定先壓場地中央的樁,后壓周邊的樁;先壓持力層較深的樁,后壓較淺的樁。出現樁身上抬后一般采用復壓的辦法使樁基按正常使用，但對承受水平荷載的基礎要慎重。 3.2、引孔壓樁的問題 為了防止樁間的擠土效應太大，或土質太硬而使樁身較短，施工中往往采用引孔壓樁的工藝 ，即先鉆比管樁略小規格的直徑鉆孔，深度是樁長的（2/31）L，然后將管樁沿預鉆孔壓下去。引孔應隨引隨壓，中間間隔時間不宜大長，否14、則孔內積水，一是會軟化樁端土，待水消散后孔底會留有一定空隙；二是積水往樁外壁冒，削弱了樁的側摩阻力。 對于較硬土質中引孔壓樁還會有樁尖達不到引孔孔底的現象，施工完畢后孔底積水使土體軟化，使承載力達不到設計規定。 3.3、樁端封口不實 當樁尖有縫隙，地下水水頭差的壓力可使樁外的水通過縫隙進入樁管內腔，若樁尖附近的土質是泥質土，遇水易軟化，從而直接影響樁的承載力。對于樁靴的焊接質量規定與端板間無間隙、錯位,保證焊縫飽滿,無氣孔。施焊對稱進行,焊拉時間控制得當,焊接完畢后自然冷卻10分鐘左右方可施打,因高溫焊縫遇水后變脆,容易開裂。工程上比較有效的補救技術措施是采用“填芯混凝土”法，即在管樁施壓完畢15、后立即灌入高度為1.2m左右的C20細石混凝土封底，樁端不漏水，樁端附近水壓平衡，樁端土承受三相壓力，承載力能保持穩定。 3.4、樁頂(底)開裂 由于目前壓樁機越來越大，最重可達6800KN，對于較硬土質，管樁有也許仍然壓不到設計標高，在反復復壓情況下,管樁樁身橫向產生強烈應力，假如樁還是按常規配箍筋，樁頂混泥土抗拉局限性開裂，產生垂直裂縫，為解決帶來很大困難。另一種情況就是管樁由軟弱土層忽然進入硬持力層，沒有通過渡層,樁機油壓迅速升高,樁身受到瞬間沖擊力也容易引起樁頂開裂,假如硬持力層面不平整,樁靴卡不進土引起樁頭折斷破碎,樁機油壓又下降,再壓時壓力不穩定,吊線測量樁長發現比入土部分短。解決16、上事前改善樁尖形式(圓錐形樁尖易滑),事后用壓力灌漿把樁底破碎混凝土粘結住,適當折減承載力設計值。 3.5、地質構造帶 廣州市區不少地段處在地質斷裂破碎帶上，如麓湖斷裂帶、瘦狗嶺斷裂帶等,在這些場地采用靜壓樁，由于受構造斷裂的影響，地層結構受到改變，破碎帶作為地下水通道常軟化持力層。壓樁時雖滿足終壓力及樁長規定,而靜載時樁又不合格。不合格樁長范圍可從8米至30米都會出現，與規程記錄的經驗公式完全不符，在瘦狗嶺斷裂帶曾有壓樁長80米仍止不住,可見由于土體的破碎加上水的潤滑,土的抗剪強度基本散失,壓力不再隨樁長的增長而增長,這要特別引起重視。對于有軟硬夾層，特別是硬夾層不厚的情況下，施工時樁尖到達硬夾層，由于超孔壓的反向作用，使樁的終壓力滿足設計規定，而施工完畢后隨孔壓消散，土抗剪強度還沒恢復，靜載時樁尖土承受更大的壓力，傳遞到軟弱下臥層后引起該層土壓縮增大，進而樁頂下沉增長,位移不滿足規定。 3.6、基坑開挖 由于靜壓樁逐漸用在高層建筑中,基坑開挖不可避免。應根據開挖深度考慮是否需要先圍護開挖再沉樁的方案。邊打樁邊開挖是不可取的,先打樁后開挖應考慮對稱均勻,如在中間開挖把土堆在周邊就會導致四周和中心的土體高差懸殊,同時超孔隙水壓及震動會使管樁傾斜或折斷,所以合理制定基坑開挖方案是必不可少的。