靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的施工質(zhì)量問題及控制措施
林 雯 峰
摘 要：本文主要針對靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工中容易出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)踐提出質(zhì)量控制措施與常見問題的處理方法，供同行參考。
關(guān)鍵詞：靜壓管樁；問題分析；質(zhì)量控制；處理措施
1、引言
靜壓管樁施工無噪聲、無振動，很少因施工擾民而引起投訴。管樁工廠化制作、質(zhì)量有保證、型號規(guī)格多、設(shè)計(jì)選擇余地大、單樁承載力高，在城鄉(xiāng)建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。雖然近幾年靜壓管樁施工技術(shù)得到了快速發(fā)展和提高，但還是經(jīng)常出現(xiàn)一些施工質(zhì)量問題和工程事故，有的已對靜壓管樁的應(yīng)用產(chǎn)生了一些負(fù)面影響。根據(jù)多年來在靜壓管樁施工管理方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照有關(guān)國家和地方規(guī)范規(guī)程，對靜壓管樁的施工提出一些質(zhì)量控制措施和常見問題的防治處理方法。
2、施工質(zhì)量控制
靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工質(zhì)量的影響因素是多方面的，有地質(zhì)條件方面的、有樁身材料質(zhì)量方面的、有設(shè)計(jì)方面的，也有制樁或壓樁施工管理方面的，工序多，涉及環(huán)節(jié)多，任何階段稍有不慎，就會出現(xiàn)質(zhì)量事故或質(zhì)量隱患。以下將從多個(gè)方面討論靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工質(zhì)量控制。
2．1靜壓沉樁機(jī)理
靜壓沉樁是依靠壓樁機(jī)械設(shè)備的自重和壓重對預(yù)制樁施加垂直壓力，將樁壓入或擠入土中。壓樁結(jié)束后，樁周土體內(nèi)孔隙水壓力逐漸消散，土體產(chǎn)生徑向固結(jié)，樁側(cè)摩阻力增大，土體強(qiáng)度得到恢復(fù)。壓樁一般分節(jié)壓人，逐段接長，同一根樁各工序應(yīng)連續(xù)施工，防止中途停歇過久而壓不下去，影響樁的極限承載能力。
2．2靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工前的準(zhǔn)備工作
2.2.1工程施工圖紙準(zhǔn)備
根據(jù)工程勘察報(bào)告和樁基礎(chǔ)施工圖紙，結(jié)合現(xiàn)場情況及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，認(rèn)真組織圖紙自審，圖紙會審，形成會審紀(jì)要；涉及變更的，應(yīng)有設(shè)計(jì)單位的書面變更手續(xù)，使工程施工依據(jù)準(zhǔn)確、合理。
2．2．2 施工技術(shù)資料準(zhǔn)備
(1)工程地質(zhì)勘察資料：施工單位應(yīng)結(jié)合施工圖要求，認(rèn)真熟悉勘察報(bào)告，掌握工程地質(zhì)特征，為正確施工樁基礎(chǔ)做好準(zhǔn)備。
(2)施工場地與環(huán)境條件的資料：特別在城市中心地帶或人口密集地區(qū)，交通設(shè)施、高壓線路、地下管線和構(gòu)筑物的分布往往很復(fù)雜，如果施工前情況不明，施工過程就可能破壞地下水管、刮碰高壓線路、損壞市政道路等，造成經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。
2．2．3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)資料準(zhǔn)備
結(jié)合工程特點(diǎn)編制樁基礎(chǔ)施工組織設(shè)計(jì)，對于保證樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量是相當(dāng)重要的，它是樁基礎(chǔ)施工準(zhǔn)備重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)文件。
2．2．4現(xiàn)場準(zhǔn)備
主要進(jìn)行場地三通一平工作、樁機(jī)移動及場內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆返男藿ㄆ秸�、場地排水溝�?zhǔn)備、清理高空和地下障礙物等，尤其軟弱地基或新回填場地應(yīng)進(jìn)行處理，保證場地地耐力滿足壓樁機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛的要求。
2．3靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工中的質(zhì)量控制
2．3．1嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的質(zhì)量
嚴(yán)格控制進(jìn)場質(zhì)量及控制運(yùn)輸、堆放和起吊。預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁質(zhì)量，著重檢查混凝土抗壓強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。管樁的外觀質(zhì)量應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。要認(rèn)真檢查進(jìn)場管樁的產(chǎn)品質(zhì)量保證書、合格證、檢測報(bào)告等是否齊全和符合要求。管樁的運(yùn)輸、堆放和起吊必須嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)程要求實(shí)施，否則管樁在施工前可能就已受到損傷，必將影響成樁質(zhì)量。
2．3．2合理選擇樁機(jī)和樁尖，加強(qiáng)樁機(jī)性能監(jiān)控
(1)合理選擇壓樁機(jī)械：一般要根據(jù)設(shè)計(jì)單樁承載能力和具體的工程地質(zhì)資料選擇合理噸位的機(jī)型。如果壓樁機(jī)噸位選擇過小，可能出現(xiàn)樁壓不下去的情況，無法滿足設(shè)計(jì)要求；如果壓樁機(jī)的噸位選擇過大，則對施工現(xiàn)場地耐力的要求將大幅提高，特別在新填土、耕植土及積水浸泡過的場地施工時(shí)易發(fā)生陷機(jī)，可能造成樁位偏移大、斜樁，甚至樁頭、樁身破損、上下節(jié)樁接頭斷裂，或上部樁體被擠壞等質(zhì)量事故。
當(dāng)前抱壓式液壓靜力壓樁機(jī)使用較多，樁機(jī)壓樁能力一般按1．5～2．0倍管樁極限承載能辦取值。實(shí)際工程中也有因樁機(jī)性能故障，導(dǎo)致樁在下沉過程中中斷時(shí)間過長，樁壓不下去的情況，值得注意。
(2)合理選擇樁尖：預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁常使用鋼樁尖，主要有封底十字型、閉口圓錐型及開口平底型三種形式，應(yīng)根據(jù)管樁所要穿越土層和持力層構(gòu)造及管樁的擠土效應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉都狻７獾资�字型加工容易，價(jià)格低，破巖能力強(qiáng)。但穿越砂層時(shí)，開口型和圓錐型較好。開口型樁尖一般用在入土深度為 35m以上且樁徑>500mm的管樁工程中，成樁后樁身下部 1／3～1／2樁長的內(nèi)腔被土體填塞，由于土體的閉塞效應(yīng)，單樁承載力不會降低，但擠土作用可以減少。
工程實(shí)踐表明：樁尖選擇不當(dāng)，可能造成沉樁困難，達(dá)不到預(yù)定深度或持力層；或造成樁頭、樁體破損，樁偏位傾斜過大等。
2．3．3合理安排打樁順序和打樁速度
預(yù)應(yīng)力管樁具有擠土效應(yīng)，打樁時(shí)應(yīng)根據(jù)樁的密集程度及與周邊建筑物的相鄰關(guān)系合理確定施打順序：若樁較密集，且距建筑物較遠(yuǎn)，場地開闊，宜從中間向四周對稱施打；若樁較密集，場地狹長，兩端距建筑物較遠(yuǎn)，宜從中間向兩端施打；若樁較密集，當(dāng)一側(cè)毗鄰建筑物時(shí)，宜從毗鄰建筑物向遠(yuǎn)側(cè)施打；根據(jù)樁的入土深度 宜先長后短；根據(jù)樁的規(guī)格，宜先大后小。
預(yù)應(yīng)力管樁沉樁速度過快，超孔隙水壓力將對已成樁體產(chǎn)生較大水平壓力或上浮力，導(dǎo)致樁體傾斜偏位，甚至開裂。
預(yù)應(yīng)力管樁沉樁對本工程及周圍環(huán)境的不利影響尤其值得注意，特別是在大的樁群由多臺樁機(jī)分區(qū)同時(shí)施打，附近存在深基坑工程施工和澆筑混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)及存在淺基礎(chǔ)多層建筑，容易產(chǎn)生事故，這種情況時(shí)有發(fā)生。
2．3．4嚴(yán)格控制沉樁工藝
預(yù)應(yīng)力管樁單樁施工工藝流程見下圖，以下對其中兩個(gè)關(guān)鍵過程加以討論：

管樁施工工藝流程圖
(1)確保樁身的垂直度：首先應(yīng)對場地進(jìn)行認(rèn)真的平整壓實(shí)，滿足樁機(jī)對地耐力的要求，避免在施壓過程中樁機(jī)產(chǎn)生不均勻沉降，使樁產(chǎn)生傾斜。其次確保節(jié)樁垂直壓入是關(guān)鍵，其定位和垂直度應(yīng)嚴(yán)格控制。
施工中由于沒有很好地控制垂直度導(dǎo)致樁身傾斜，甚至斷樁，嚴(yán)重影響樁基礎(chǔ)承載能力，帶來較大經(jīng)濟(jì)損失。
(2)確保管樁接頭及樁尖焊接質(zhì)量：對于預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，當(dāng)設(shè)計(jì)要求為長樁時(shí)，就出現(xiàn)多節(jié)樁接長問題，管樁接樁主要采用鋼端板焊接接樁。一般在每節(jié)樁樁頂沉至距離地表 0.5～1.0m時(shí)進(jìn)行接樁，接樁前用鋼絲刷清除接頭表面污物和鐵銹至坡口露出金屬光澤，用抱箍調(diào)整上下節(jié)樁，使之周邊吻合、接縫嚴(yán)密、上下垂直，上下端板錯(cuò)位量應(yīng)小于2mm，調(diào)整好后，將上節(jié)樁稍加向下壓，使接縫接角緊密，坡口間隙應(yīng)小于 4mm，當(dāng)接縫不嚴(yán)密時(shí)，應(yīng)用薄鋼片將空隙塞緊后施焊。焊接應(yīng)由三人同步對稱施焊 ，焊接道數(shù)不宜少于 3道，在進(jìn)行下道施焊前應(yīng)清除上一道焊渣，焊縫要求連續(xù)飽滿，焊條宜選用 E43。焊接速度盡量快，以減少樁身的時(shí)間效應(yīng)。焊縫應(yīng)自然冷卻至常溫后方可繼續(xù)壓樁，以防高溫焊縫見水變脆致裂。樁尖焊縫也要嚴(yán)格控制，應(yīng)保證周邊焊接牢固，避免打樁過程中樁尖脫落，影響其破土能力及導(dǎo)向性；如樁尖落于透水較好的砂層上，樁管腔內(nèi)不斷冒水，可能給樁接頭及承臺施工造成困難。
2．3．5連續(xù)沉樁，避免中途停歇
工程實(shí)踐表明：預(yù)應(yīng)力管樁靜壓沉樁中途停歇時(shí)間超長將給繼續(xù)沉樁帶來較大難度，可能造成沉樁達(dá)不到預(yù)定深度，或引起周圍地基嚴(yán)重變形，已沉樁受擠上浮，移位傾斜甚至斷樁，破壞周圍在施工程或已有建(構(gòu))筑物等，特別在較厚軟質(zhì)粘土場地，尤其值得注意。
個(gè)別工程采用復(fù)壓提高單樁承載能力的情況與此有機(jī)理上的區(qū)別，復(fù)壓提高單樁承載能力主要適用于樁端持力層為標(biāo)貫擊數(shù)較高、中密以上的中粗砂礫石時(shí)的情況，切不可將二者混淆。
2．3．6合理控制終壓力
合理確定終壓力是一個(gè)很關(guān)鍵的問題。若過大易壓壞樁；過小則樁無法達(dá)到合適的持力層，樁底嵌固不好，有效樁長不足，單樁承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求。安全適宜的壓樁力既可以保證樁身不受破壞，又可確保樁端嵌固至合適的持力層 。
2．3．7沉樁過程對周圍環(huán)境的影響及預(yù)防
沉樁過程中管樁周圍土體擠壓應(yīng)力和超靜孔隙水壓力共同作用，使樁基礎(chǔ)及周圍環(huán)境土體原來所處平衡狀態(tài)破壞，對周圍建筑物和地下設(shè)施帶來不利影響，一般表現(xiàn)為淺層大，深層小，近處大，遠(yuǎn)處小，影響范圍及程度與地質(zhì)狀況、平面布樁率、施工順序及壓樁速度等多因素有關(guān)。
總結(jié)多年施工經(jīng)驗(yàn)，減少和預(yù)防沉樁對周圍環(huán)境的有害影響，可采用以下措施：①采用預(yù)鉆孔打樁工藝；②合理安排沉樁順序；③控制壓樁施工進(jìn)度；④先施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)；⑤減少隙水壓力。
3、常見質(zhì)量問題的分析與防治處理
3．1管樁樁頂被壓碎
3．1．1原因分析
(1) 管樁制作不良，壁厚未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)或端部樁壁厚薄不均或管樁混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；
(2) 壓樁樁帽或送樁器樁帽的剛度不足，易產(chǎn)生變形使樁頂受壓不均勻；
(3) 靜壓樁機(jī)配重不足或配重放置不平衡，力大時(shí)樁機(jī)傾斜起身，使管樁偏心受壓；
(4)壓樁樁帽或送樁器樁帽與管樁不匹配，樁帽中心與管樁中心不重合，使管樁受偏心壓力；
(5) 壓樁前機(jī)架不調(diào)平或場地地基松軟，管樁垂直度偏差超標(biāo)。沉樁過程中，管樁始終偏心受壓，受最大偏心力的管樁頂部極易破碎。
3．1．2防治及處理方法
(1)對進(jìn)入施工現(xiàn)場的管樁按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格檢查驗(yàn)收，有問題的樁一律不得使用；
(2)靜壓樁機(jī)上的壓樁和送樁樁帽應(yīng)根據(jù)管樁設(shè)計(jì)尺寸，及時(shí)制作更換，管樁在樁帽內(nèi)的周邊間隙應(yīng)為5～l0mm，必要時(shí)可考慮在樁頂使用硬紙墊層；
(3)根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)要求和地質(zhì)條件選取合適的靜壓樁機(jī)，發(fā)現(xiàn)樁機(jī)能量太小或太大，都應(yīng)及時(shí)更換或調(diào)整；
(4)現(xiàn)場地表土的地耐力應(yīng)滿足施工要求，并做好雨天排水工作，只有在樁身垂直度符合要求的情況下，才能加壓沉樁；
(5)對于因樁頂破碎而沒有壓至設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁，應(yīng)會同設(shè)計(jì)、監(jiān)理等部門作出處理。
3．2管樁偏位和傾斜
3．2．1 原因分析
(1)靜壓樁機(jī)重量大，場地地基土較軟弱，樁機(jī)行走時(shí)，土?xí)�隆起和�?cè)移，對已壓入土中的樁產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，造成管樁傾斜和偏移；
(2)沉樁時(shí)地下遇到大塊障礙物，把樁擠向一側(cè)，發(fā)生偏移、走位；
(3)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)布樁疏密差別過大，加之高密區(qū)沉樁過快過多，土中超空隙水壓力不能及時(shí)消散，產(chǎn)生擠土效應(yīng)，將原先已壓人的樁擠偏斜；
(4)壓樁時(shí)，樁身垂直偏差太大，引起樁位置偏斜；
(5)表層土質(zhì)松弱，樁機(jī)行走時(shí)，將原先定好的樁位鋼筋或竹扦擠跑，引起樁施工時(shí)位置偏差。
3．2．2防治及處理方法
(1)如施工現(xiàn)場地基土軟弱，靜壓樁機(jī)可能發(fā)生“陷機(jī)”現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況采用適當(dāng)?shù)募庸檀胧�，如打微型擠密砂樁、井點(diǎn)降水等方法；
(2)管樁施工前，應(yīng)清除場地內(nèi)的地下障礙物；
(3)對密集群樁區(qū)域的施工，應(yīng)制定有效的壓樁流水線路，壓樁順序先中間后外圍，根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)高，先深后淺，控制壓樁速度和每日壓樁數(shù)量，日壓樁量 8～10根為宜；
(4)應(yīng)嚴(yán)格控制樁身垂直度，壓樁過程中須不斷觀察。如有接樁，應(yīng)在調(diào)整好上節(jié)的垂直度后，再焊接端板 ；
(5)軟土地基上放置的樁位，施工過程中應(yīng)不斷復(fù)查、修正，尤其雨天施工時(shí)，更要注意。
3．3成樁裂隙和裂斷
3．3．1原因分析
(1)管樁未按照規(guī)范要求吊運(yùn)、堆放；壓樁施工，起吊吊點(diǎn)位置設(shè)置不當(dāng)，使管樁混凝土產(chǎn)生裂，若裂紋貫通樁截面，則會發(fā)展成裂斷。
(2)直徑在500mm以下管樁，尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土薄壁管樁，采用抱壓式靜壓樁機(jī)施工，在抱樁器打滑或工作不正常時(shí)，過度增加抱樁力，使樁身混凝土受損開裂。
(3)壓樁時(shí)樁不垂直，壓入地下一定深度后，再行走靜壓樁機(jī)，調(diào)整垂直度，致使樁身彎曲超過規(guī)定，此時(shí)強(qiáng)行將樁下壓，樁身內(nèi)產(chǎn)生很大的彎矩，極易使樁身混凝土開裂 。
(4)場地淺層地基土軟弱，重載靜壓樁機(jī)行走時(shí)“陷”擠土，將已施工好的樁擠偏、擠裂甚至擠斷。
(5)樁基礎(chǔ)土方采用機(jī)械開挖，挖斗掘土深度控制不當(dāng)，挖刮到樁頂，使樁身產(chǎn)生裂隙或斷裂。
3．3．2防治及處理方法
(1)管樁吊運(yùn)、堆放的吊支點(diǎn)應(yīng)嚴(yán)格按要求設(shè)置。可在管樁運(yùn)輸進(jìn)場時(shí)，在樁身上量定吊支點(diǎn)位置，統(tǒng)一畫上標(biāo)記，便利工人作業(yè)。
(2)管樁(特別是小直徑樁)應(yīng)盡可能采用頂壓式靜壓樁機(jī)施工。
(3)壓樁前和壓樁過程中應(yīng)嚴(yán)格控制垂直度不超規(guī)范。如壓樁過程中發(fā)生垂直度偏差增加，應(yīng)弄清楚原因，若無地下障礙而是由土質(zhì)差異引起的，可采用連續(xù)將垂直的管樁壓入土中一定深度再拔起，再壓入的“預(yù)成孔法”來完成壓樁施工。
(4)場地淺層地基承載力應(yīng)滿足施工要求，不能發(fā)生“陷機(jī)”現(xiàn)象。
(5)土方機(jī)械開挖深度應(yīng)嚴(yán)格控制，不可超深挖掘，樁頂上 0.3～0.5m的覆土宜采用人工清挖。
4、結(jié)束語
綜上所述，施工質(zhì)量控制應(yīng)遵循系統(tǒng)理論，采用過程控制方法，科學(xué)分析各種影響因素的影響機(jī)理，采取符合工程實(shí)際的、有針對性的預(yù)案和措施，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范(程)，做好各種實(shí)驗(yàn)、監(jiān)測、檢測工作，嚴(yán)格過程控制，避免出現(xiàn)質(zhì)量事故或隱患，確保樁基礎(chǔ)質(zhì)量及周圍環(huán)境的安全。隨著靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，以及靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁理論研究的進(jìn)步和工程實(shí)踐的 不斷積累，靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁技術(shù)應(yīng)用水平必將有更大提高。

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