管樁在我國(guó)，從20世紀(jì)60年代在北京率先生產(chǎn)以來(lái)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。至20世紀(jì)80年代后期和90年代，更是被大量地應(yīng)用于建筑、港口、道路、橋梁、電力等工程建設(shè)中，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近年來(lái)在我國(guó)北方，特別是沿海地區(qū)，管樁應(yīng)用發(fā)展迅速，生產(chǎn)廠家不斷增多，新的施工隊(duì)伍不斷出現(xiàn)，良莠不齊，一些施工質(zhì)量問(wèn)題不能不引起我們的注意和重視。在這里，通過(guò)對(duì)近年來(lái)施工和檢測(cè)過(guò)程中常見(jiàn)的一些質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，與大家一起探討。?
1管樁沉樁機(jī)理分析
管樁沉樁機(jī)理主要為：在沉樁時(shí)樁尖“刺入”土體，造成樁尖下土體壓縮變形，隨著樁貫入力的增大，樁尖處土體所受應(yīng)力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度，土體發(fā)生急劇變形而達(dá)到極限破壞，土體產(chǎn)生塑性流動(dòng)(黏性土)或擠密側(cè)移和下拖(砂土)。在地表處，黏性土體會(huì)向上隆起，砂性土則會(huì)被拖帶下沉。在地下深處由于上覆土層的壓力，土體主要向樁周水平方向擠開(kāi)，使樁周土體結(jié)構(gòu)完全破壞。由于較大的輻射向壓力的作用，也使鄰近樁周土體受到較大擾動(dòng)，此時(shí)，樁身必然會(huì)受到土體的強(qiáng)大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗，當(dāng)樁頂?shù)膲毫Υ笥诔翗稌r(shí)的這些抵抗阻力時(shí)，樁將繼續(xù)“刺入”下沉；反之，則停止下沉。
壓樁時(shí)，樁的終壓力與極限承載力是兩個(gè)不同的概念，也是兩個(gè)不同的數(shù)值。當(dāng)預(yù)制樁在垂直靜壓力作用下沉入粘性土層中時(shí)，樁周土體發(fā)生劇烈的擠壓擾動(dòng)，土中孔隙水壓力急劇上升，從而在樁周一定范圍內(nèi)產(chǎn)生重塑區(qū)，土的抗剪強(qiáng)度降低，壓樁阻力并不一定隨樁的人土深度的增加而增大，大量工程實(shí)踐表明，粘性土中長(zhǎng)度較長(zhǎng)的靜壓樁，其最終的極限承載力比壓樁施工結(jié)束時(shí)的終止壓力要大。在某些土體固結(jié)系數(shù)較高的軟土地區(qū)。靜壓樁最后獲得的單樁極限承載力可比終壓力值高出二三倍。在砂層中壓樁，壓樁阻力也隨深度的增大而顯著增大，對(duì)于短樁，極限承載力仍遠(yuǎn)小于壓樁的終壓力。壓樁的機(jī)理和施工經(jīng)驗(yàn)表明靜壓施工的終壓控制條件與壓樁機(jī)大小、樁的類(lèi)型、長(zhǎng)度、單樁豎向設(shè)計(jì)承載力、樁周土和樁尖土的性質(zhì)、布樁密集程度以及復(fù)壓次數(shù)等因素有關(guān)，應(yīng)綜合考慮。
黏性土中樁尖處土體在擾動(dòng)重塑、超靜孔降水壓力作用下，土體的抗壓強(qiáng)度明顯下降。砂性土中密砂受松馳效應(yīng)影響土體抗壓強(qiáng)度減少，松散砂受擠密效應(yīng)影響使土體抗壓強(qiáng)度增大，在成層土地基中，硬土中的樁端阻力還將受到分界處黏土層的影響。上覆蓋層為軟土?xí)r，在臨界深度以?xún)?nèi)樁端阻力將隨壓入硬土內(nèi)深度增加而增大。下臥為軟土?xí)r，在臨界厚度以?xún)?nèi)樁端阻力將隨壓入硬土的增加而減少。
施工中因接樁或其它因素影響而暫停壓樁的間歇時(shí)間的長(zhǎng)短雖對(duì)繼續(xù)下沉的樁尖阻力無(wú)明顯影響，但對(duì)樁側(cè)摩阻力的增加影響較大；樁側(cè)摩阻力的增大值與間歇時(shí)間長(zhǎng)短成正比，并與地基土層特性有關(guān)，因此在靜壓法沉樁中，應(yīng)合理設(shè)計(jì)接樁的結(jié)構(gòu)和位置，避免將樁尖停留在硬夾層中進(jìn)行接樁施工。
2管樁施工特點(diǎn)
2.1適用范圍
管樁適用于樁端持力層較厚的強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖層、堅(jiān)硬黏土、密實(shí)碎石土、砂土、粉土等場(chǎng)地，不適用于土層中含有較多的孤石、障礙物或含有不適宜作為持力層且管樁難以貫穿的堅(jiān)硬夾層。
2.2管樁特點(diǎn)
管樁之所以迅速發(fā)展是與它本身所具有的特點(diǎn)分不開(kāi)的，同其它樁相比，它主要具有以下特點(diǎn)：樁身混凝土強(qiáng)度大、承載力高、結(jié)構(gòu)剛度好、抗錘擊性好；具有一定的環(huán)保作用，施工現(xiàn)場(chǎng)干凈整潔、污染小；施工速度快；材料用量少，價(jià)格相對(duì)較低；適應(yīng)性強(qiáng)，樁長(zhǎng)可以根據(jù)不同工程的需要進(jìn)行拼接，樁尖可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求配制，對(duì)錘擊、挖空、壓入、水沖和錘抓等不同的沉樁工藝都能適應(yīng)；工廠化生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)定型化，工藝標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)自動(dòng)化、機(jī)械化，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，有利于商品化生產(chǎn)，符合建筑工業(yè)化發(fā)展要求。
2.3施工常見(jiàn)質(zhì)量
歪樁歪樁是指樁的垂直度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的0.5%，明顯歪斜的樁；浮樁浮樁是指樁在施工完成后，樁身又出現(xiàn)整體上抬的樁。這種樁在載荷試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)為：荷載沉降曲線開(kāi)始平緩，在加到某個(gè)荷載時(shí)突然下沉，下沉一定深度后，曲線又趨于平緩；接頭開(kāi)裂、斷裂、接頭開(kāi)裂、斷裂是指沉樁過(guò)程中由于多種原因造成樁連接處焊縫開(kāi)裂、甚至斷裂。這種樁在低應(yīng)變檢測(cè)時(shí)通過(guò)曲線很容易看出，一般接頭開(kāi)裂的樁在連接處有缺陷反映，反映程度大小也表明了開(kāi)裂程度的大小，接頭斷裂的樁，低應(yīng)變曲線無(wú)樁底反射，樁長(zhǎng)為樁頂?shù)綌嗔烟幍拈L(zhǎng)度。
3施工質(zhì)量及其預(yù)防措施
3.1歪樁
形成原因：樁頂不平，樁身凸肚，樁尖偏心，接樁不正，壓入時(shí)樁身不正，樁機(jī)下基礎(chǔ)不穩(wěn)固，沉樁時(shí)發(fā)生沉降，壓樁時(shí)樁尖遇到障礙物等，這些都可能造成歪樁。
預(yù)防措施：應(yīng)采用雙向經(jīng)緯儀或其它措施校正樁身垂直度，沉樁時(shí)適時(shí)檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)垂直度超過(guò)0.5%時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整，再重新沉樁；樁機(jī)安裝周正、水平，沉樁時(shí)樁架、送樁器和樁身應(yīng)在同一中心線上；樁機(jī)基礎(chǔ)必須穩(wěn)固，對(duì)新填、整平軟弱區(qū)域尤其注意，發(fā)現(xiàn)樁機(jī)歪斜，及時(shí)糾正，防止意外事故發(fā)生；如遇地下障礙物、地層變化太大，樁身傾斜，應(yīng)及時(shí)分析、調(diào)整施工參數(shù)，進(jìn)行糾正；接樁時(shí)嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行，上下節(jié)在同一中心線上。
3.2浮樁
形成原因：由于樁間距過(guò)小，地下軟弱土層厚，施工速度過(guò)快，擠樁嚴(yán)重，都可能形成浮樁。預(yù)防措施：綜合考慮布樁方式，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況合理調(diào)配樁長(zhǎng)、樁徑等，使樁間距不宜小于3.5d；沉樁時(shí)認(rèn)真分析地層特征，制定合理的沉樁參數(shù)，要掌握合理的施工速度；適時(shí)監(jiān)控樁頂標(biāo)高的變化，對(duì)樁頂抬升的樁進(jìn)行復(fù)壓或復(fù)打。
3.3接頭開(kāi)裂、斷裂
樁在沉入過(guò)程中，樁身突然傾鈄錯(cuò)位，當(dāng)樁尖處土質(zhì)條件沒(méi)有特殊變化，而貫入度逐漸增加或突然增大，樁身出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，即可能樁身斷裂。主要原因：樁身在施工中出現(xiàn)較大彎曲，在集中荷載作用下，樁身不能承受抗彎度；樁身在壓應(yīng)力大于混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，混凝土發(fā)生破碎；制作樁的水泥標(biāo)號(hào)不符合要求，砂、石中含泥量大，石子中有大量碎屑，使樁身局部強(qiáng)度不夠，施工時(shí)在該處斷裂；樁在堆放、起吊、運(yùn)輸過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生裂紋或斷裂。
預(yù)防措施：施工前，應(yīng)清除地下障礙物。每節(jié)樁的細(xì)長(zhǎng)比不宜過(guò)大，一般不超過(guò)30；在初沉樁過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)樁不垂直應(yīng)及時(shí)糾正。樁打入一定深度發(fā)生嚴(yán)重傾斜時(shí)，不宜采用移動(dòng)樁架來(lái)糾正。接樁時(shí)，要保證上下兩節(jié)樁在同一軸線上；樁在堆放、起吊、運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定或操作規(guī)程執(zhí)行；普通預(yù)制樁經(jīng)蒸壓達(dá)到要求強(qiáng)度后，宜在自然條件下再養(yǎng)護(hù)一個(gè)半月，以提高樁的后期強(qiáng)度。
治理方法：當(dāng)施工中出現(xiàn)斷裂樁，應(yīng)會(huì)同設(shè)計(jì)人員共同研究處理辦法。根據(jù)工程地質(zhì)條件、上部荷載及所處的結(jié)構(gòu)部位，可以采取補(bǔ)樁的方法。
3.4斜樁
靜壓樁機(jī)自重加配重總重量大，樁機(jī)基礎(chǔ)如不平整，沉樁過(guò)程中，樁機(jī)容易產(chǎn)生不均勻沉降，樁身極易發(fā)生偏移；在施工中樁身不垂直，樁帽、樁身不在同一直線上、接樁時(shí)樁身、樁帽不在同一直線上；施工順序不當(dāng)，導(dǎo)致應(yīng)力擴(kuò)散不均勻，尤其是有地下室深基坑的承臺(tái)相鄰樁身過(guò)近過(guò)密，使先施工的一邊已有孔洞，再施工一面時(shí)樁身極易滑動(dòng)。沉樁過(guò)程中遇到大塊堅(jiān)硬物，把樁擠向一側(cè)；樁布置過(guò)多過(guò)密，沉樁時(shí)發(fā)生擠土效應(yīng)等樁身容易發(fā)生偏移。
防治措施：要求壓樁場(chǎng)地要平整堅(jiān)硬，在較軟的場(chǎng)地中應(yīng)適當(dāng)鋪設(shè)道渣，不能使樁機(jī)在打樁過(guò)程中產(chǎn)生不均勻沉降；施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制好樁身垂直度，垂直度偏差不得超過(guò)樁長(zhǎng)的0.5％，樁帽、樁身及送樁桿應(yīng)在同一直線上；盡量減少接樁，預(yù)制管樁接頭不宜超過(guò)三個(gè)，接樁時(shí)上、下段樁的中心線偏差不宜大于2mm，節(jié)點(diǎn)彎曲矢高不得大于樁段的0.1%；制定合理的施工順序，樁基施工后的孔洞應(yīng)及時(shí)回填，當(dāng)遇到障礙物時(shí)應(yīng)及時(shí)排除后再進(jìn)行沉樁；沉樁時(shí)發(fā)現(xiàn)不垂直應(yīng)及時(shí)糾正，必要時(shí)應(yīng)把樁拔出重打。合理布置樁位，樁與樁的中心距不小于3倍樁徑。
3.5樁身破壞
施工過(guò)程中由于斜樁現(xiàn)象的出現(xiàn)或樁端、送樁桿不平整導(dǎo)致樁端應(yīng)力集中，使樁帽滑落或樁頭爆裂；樁機(jī)施工過(guò)程中樁機(jī)擅自移動(dòng)機(jī)架進(jìn)行校正樁位、樁身垂直度，導(dǎo)致樁身斷裂；施工結(jié)束后人工鑿樁野蠻施工以及樁機(jī)施工后不合理的土方開(kāi)挖等都會(huì)造成樁身破壞。
防治措施：選用樁機(jī)合理有效的施工方法，控制樁身的垂直度，避免斜樁的發(fā)生；控制好樁機(jī)施工終止條件；樁機(jī)施工結(jié)束后合理的進(jìn)行土方開(kāi)挖以及鑿樁施工；施工中發(fā)生樁身破壞，宜采用小應(yīng)變等有效的手段檢測(cè)樁身情況，確定是否需要補(bǔ)樁或其他處理方法。
4結(jié)束語(yǔ)
管樁同其它樁一樣，是隱蔽工程，主要是通過(guò)地面上的控制完成樁的最終質(zhì)量控制，因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵措施，因此，試樁、施工過(guò)程信息化尤為重要。首先，試樁施工可掌握、積累、發(fā)現(xiàn)一個(gè)工程所具有的獨(dú)有的特點(diǎn)，指導(dǎo)下一步的施工，避免盲目、蠻干、過(guò)于自信造成不必要的損失。若試樁引入高應(yīng)變法對(duì)其沉樁過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，可有效控制沉樁過(guò)程的樁身應(yīng)力，適時(shí)調(diào)整參數(shù)、工藝，避免造成連接處的開(kāi)裂、斷裂，還可驗(yàn)證持力層的承載力。另外，借助測(cè)量、測(cè)試儀器等使施工過(guò)程信息化，使其貫穿于施工的各個(gè)環(huán)節(jié)，并及時(shí)匯總、整理、分析、總結(jié)，再用于工程，如此反復(fù)，相信，我們的一定會(huì)避免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，把工程做的更好。
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