沉管灌注桩施工技术应用控制研究

沉管灌注桩施工技术应用控制研究

发表时间：2016-01-07T17:57:18.203Z 来源：《基层建设》2015年18期供稿作者：韦新强

[导读] 沉管灌注桩是当前采用较为广泛的一种灌注桩，利用锤击打桩设备或者振动沉桩设备，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，然后放入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。

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摘要：文章简要介绍了沉管灌注桩的施工工艺，并针对施工中常见的问题，提出预防和处理措施，以供参考。

关键词：沉管灌注桩；施工技术；应用；控制

一、绪论

沉管灌注桩是当前采用较为广泛的一种灌注桩，利用锤击打桩设备或者振动沉桩设备，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，然后放入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。按照使用桩锤和成桩工艺不同，可分为锤击沉管灌注桩、振动沉管灌注桩、振动冲击沉管灌注桩、静压沉管灌注桩以及沉管夯扩灌注桩等五种类型，文章中的沉管灌注桩主要以较为常见的锤击沉管灌注桩与振动沉管灌注桩做为研究对象。其施工工艺是：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，然后放入钢筋笼，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。

二、沉管灌注桩的施工工艺

（一）施工流程

桩点定位→埋设预制桩尖→桩机就位→沉管造桩孔→吊放钢筋笼→灌注混凝→边拔管、边振动→成桩→移入下一桩点。（二）施工要点

（1）施工时，为了防地下水渗入管内，用桩架吊起钢桩管，对准埋好的预制桩尖。桩管与桩尖连接处要垫以麻袋、草绳。（2）缓缓放下桩管，套入桩尖压进土中桩管上端扣上桩帽，检查桩管与桩锤是否在同一垂直线上，桩管垂直度偏差≤0.5％时即可锤击沉管。

（3）先用低锤轻击，观察无偏移后再正常施打，直至符合设计要求的沉桩标高或者满足要求的贯入度，并检查管内有无泥浆或进水，即可浇筑混凝土。

（4）混凝土灌注时，一般采用现场搅拌混凝土，通过桩机自带的卷扬设施，将装有混凝土的小手推车提升到桩管顶端，然后垂直自由落下。

（5）管内混凝土应尽量灌满，然后开始拔管。拔管速度要均匀，对一般土层以1～2m／min为宜，存软弱土层及软硬土层交界处宜控制存0．5m／min为宜。

（6）当根据设计要求扩大桩的直径、增加桩的承载力时，扩大灌注桩的施工方法则称为“复扣‘法”。复打法是在第一次单打将混凝上浇筑到桩顶设计标高后，清除桩管外壁上污泥和孔周围地面上的浮土，立即在原桩位上再次安放桩尖，进行第二次沉管，使第一次未凝固的混凝土向四周挤压密实，将桩径扩大，然后第二次浇筑混凝土成桩。复打施工时，桩管中心线应与初打中心线重合且必须在第一次灌注混凝土初凝前完成复打工作，钢筋笼在第二次沉管后吊放。

三、沉管灌注桩施工常遇问题及预防处理方法

沉管灌注桩是当前国内采用得最为广泛的一种桩基形式，它具有：①设备简单、施工方便、操作容易、机械化程度高；②造价低；③施工速度快、工期短；④适用于除岩层以外的广泛土层。但是它最大的缺陷是：因施工方法和施工工艺不当，将会造成缩颈、混凝土泥浆“涌泉”、断桩、桩身混凝土坍塌、桩尖虚脱、夹泥、隔层、钢筋笼下沉或上浮等常见问题。

（一）缩颈

（1）现象：成型后桩局部直径小于设计桩径，一般发生在地下水位以下，含上层滞水层土层或饱和的粘性土中（如淤泥质土）。（2）产生原因：①在地下水位以下或饱和淤泥或淤泥质土中沉管时，土受强制扰动挤压，土中水和空气未能很快扩散，局部产生孔隙压力，当套管拔出时，混凝土强度尚低，把部分桩体挤成颈缩。②在流塑淤泥质土中，由于下套管产生的振动作用，使混凝土不能顺利地灌入，被淤泥质土填充进来，而造成缩颈。③桩身间距过小，施工时受邻桩挤压。④拔管速度过快，混凝土来不及下落，而被泥土填充。⑤混凝土过于干硬或和易性差，拔管时对混凝土产生磨擦力或管内混凝土量少，混凝土出管的扩散性差，而造成缩颈。（3）预防措施：施工时每次向桩管内尽量多装混凝土，借其自身抵消桩身所受到的孔隙水压力，一般使管内混凝土高于地面或地下水位1.0～1．5m，使之有一定的扩散力；桩间距过小，宜用跳打法施工；沉桩应采取“满抽密击（振）”；沉拔管速度不得大于0．8～1．0m／min；桩身混凝土应用和和易性好的低流动性浇筑。桩轻度缩颈，可采用反插法，每次拔管高度以1．0m为宜；局部缩颈宜采用复打法施工。

（二）混凝土泥浆“涌泉”

（1）现象：当混凝土灌注桩施工至地面时，常有混凝土泥浆冒出，即本文所称的“涌泉”现象。

（2）产生原因：①振动灌注桩管入土后，对土产生挤压作用，在扰动和挤压的双重作用下，桩周围的土住一定范围内出现重塑区，士的粘聚力瞬间遭到破坏，产生了很强的超孔隙水压力，沉管灌注完成后，很强的超孔隙水压力部分随拔起的桩管，从桩侧向上消散，而出现“涌泉”现象；②有时成桩后，开槽时会出现桩顶冒水。这种情况一般发生在饱和软土层中。沉管时往往有地下水进入桩管内，并且灌注速度快时，使大量水涌入桩体混凝土中。混凝土强度上升时，水沿着孔隙上溢，产生冒水现象，容易引起桩体空洞或蜂窝等缺陷。究其原因是桩体有贯通的孔隙。由于桩体外地下水密度大，桩体内密度小，产生压力差，使桩体内的水产生向上渗流，发生冒水现象。

（3）预防措施与处理方法：①在承台外打空桩的同时，在桩的上部3m范围内增加水泥用量，按C30砼配合比下料，出现“涌泉”现象时，再增加水泥用量；②采用预制桩尖时，对于穿越饱和粘性土的桩，宜在预制桩尖与桩管接触面处设稻草绳；对于进入硬塑粘土层或中密粉细沙层的桩，在桩尖与桩管接触面处，须用环行铁圈。如在沉管过程中水或泥浆有可能进入桩管时，应在桩管内先灌入高1．5m左右的封底混凝土，再开始沉管；③在软土地层中进行沉管灌注桩施工出现“涌泉”情况时，应采取在承台外打砂桩、空桩等措施，以使部分的超孔隙水压力向周边消散，同时，灌注桩的上部桩身砼强度应适当提高，以消除“涌泉”。（三）断桩、桩身混凝土坍塌（1）现象：桩身水平或略有倾斜裂缝，或桩身分离，甚至有一段桩没有混凝土。裂缝是水平的或略有倾斜，一般均贯通全截面。常位于地面以下1m～3m深不同的软土层交接处，等等。（2）产生原因：①桩下部遇软弱土层，桩成型后，还未达到初凝强度时，在软硬不同的两层土中振动下沉管，由于振动对两层的波速不一样，产生了剪切力把桩剪断。②拔管时速度太快，混凝土尚未流出套管，周围的土迅速回缩，形成断桩。③在流态的淤泥质土中，孔壁不能自立，浇筑混凝土时，混凝土密度大于流态淤泥质土，造成混凝土在该层中坍塌。④桩中心距过近，打邻桩时受挤压断裂，混凝土终凝不久，受振动和外力扰动。（3）预防措施与处理方法：采用跳打法施工，跳打应在相邻成形的桩达到设计强度的60％以上进行；认真控制拔桩管速度，一般以1．2～1．5m／min为宜；对于松散性和流态淤泥质土，不宜多振，以边振边拔为宜。已出现断桩，采用复打法解决；在流态的淤泥质土中出现桩身混凝土坍塌时，尽可能不采用套管护壁灌注桩；控制桩中心距大于3．5倍桩直径；混凝土终凝不久避免振动和扰动；桩中心过近，可采用跳打或控制时间的方法。（四）桩尖虚脱