桩基础施工技术与研究论文

桩基础在施工常见问题及处理方法论文

摘 要：正如我们所知道的， 桩基础是地基处理常用的方法之一，其中钻孔灌注桩就是桩基础施工的常用的施工方法，本文以此种方法来分析桩基础在施工过程中常见的问题及提出相应的解决对策。

关键词：桩基础；钻孔灌注桩；质量问题；处理措施

钻孔灌注桩基础是一种可以适应多种地质条件的基础地基建设的形式，在各领域的工程建设中都得到了广泛的应用。所以我们应给予其施工过程高度的重视，掌握施工过程中易出现的问题，并能予以高效率的解决。

1.桩基础施工过程中常见质量问题

桩基础施工过程中常常遇到的问题即是钻孔问题、混凝土灌注施工问题，下面本人将对这两方面进行一系列的分析。

钻孔施工问题

在钻孔施工的过程中，孔口的坍陷将会使钻孔质量无法得到保证，这是因为孔口的坍陷会导致护筒底部的土质变得松散、背后回填土不够结实，有时还会使护筒周围土质受雨水长时间浸泡等因素造成护筒失稳或脱落，这种问题会使护筒移位；有时因为钻机操作人员实施的操作不规范、穿过岩层时发生突变、钻机突然发生、机械故障等原因均有可能导致钻机发生卡钻问题；在钻孔施工时，如果塑性土发生膨胀，将会使成孔后的孔径产生弯曲、孔径局部变小，这将引起钻孔施工不能正常进行；在新疆这类松软土层中，如果进尺的速度较快、吊装钢筋笼碰撞孔壁或是未按照施工工艺的要求制备符合标准的泥浆等因素均会造成坍孔问题的发生，从而引起钻孔施工问题；在钻孔是，如果钻机的钢丝绳发生断裂、钻机出现机械故障或者钻孔发生坍塌，会使钻头掉落到孔底而无法进行正常的作业。

水下混凝土灌问题

这类施工问题主要是由封底失败、卡管、钢筋笼上浮等原因造成的。产生封底失败的主要原因是孔底沉渣厚度超过所规定的标准范围，从而引起了混凝土在灌注后没有实现水下混凝土封底，从而引起施工问题；因为混凝土具有和易性差、灌注混凝土时冲击力不足的特点，此外混凝土中还含有很多大块骨料或受潮凝固的水泥块，这就引发了卡管问题，无法正常的进行浇筑混凝土的操作；由于钢筋笼制作、堆放、吊装、运输等过程不符合施工的规范要求，钢筋骨架内径与导管外壁间距没有符合规定的尺码，导管在提升过程中挂带了钢筋笼，或是由于混凝土浇筑速度过快，混凝土面升至钢筋笼底部产生向上“浮力”导致钢筋笼上浮；由于混凝土的配合比不当、原材料也未能符合规定或灌注混凝土过程中局部坍塌的杂物土质等侵入混凝土及混凝土和易性差等因素，都会直接或间接的发生断桩的施工问题。

2.针对于施工过程中常见的问题的处理措施

钻孔施工所发生的问题的应对处理措施

首先，护筒埋入在土层中的深度一定要大于水头高度，而且必须穿过松散土层、淤泥层，此外，护筒四周的回填土必须夯填密实；再者，假如发生卡钻的施工问题是，我们不要直接强行拔出，应该晃动大绳以便钻头松动后提起或者插入高压水管置换泥浆，也就是先下放钻头而后迅速上提使岩层突变物受强力冲击而破碎或回缩，从而提起钻头，切忌不能蛮拉；在施工时，应用的是加大泥浆密度、加高水头、埋深护筒等方法进行操作，在坍孔问题严重时，我们必须回填重新钻孔，以免加大了施工问题；如果采用冲击法进行钻孔，可利用投黏土块夹小片石，用低锤冲击将其挤入孔壁来制止坍孔，而当钢筋笼吊装造成坍孔时立即将钢筋笼吊出，添加泥浆护壁将坍陷物清理干净，确认不再坍塌后重新安装钢筋笼。

水下混凝土灌所发生问题的应对处理措施

首先，我们要利用导管内安装高压风管的方法重新清孔，将已灌注混凝土彻底的清理干净，然后再重新开始水下混凝土浇筑，也可以先拆除导管，拔出钢筋笼，将未灌注混凝土部分回填，稍后用钻机钻头清除已灌注混凝土，然后再重新开始浇筑水下混凝土；在施工时，先慢慢的提升导管，而后快速下落导管，这样可加大混凝土灌注量而后快速提升再快速下落以冲击导管，便于导管的疏通，还可以适当的加长上部导管的长度，然后以一次性较大量混凝土来冲击混凝土达到疏通的目的；最后，我们应该关注混凝土浇注过快引起的钢筋笼上浮问题，面对这类施工问题，我们应立即控制混凝土的浇筑量和浇灌速度，并且反复上下摇动导管，采用这种方法，钢筋笼上浮现象还是得不到根治，就必须立即中止浇灌混凝土，拔出导管侯向孔内回填黏土，该桩作废处理，并及时与监理人员、设计人员联系重新补桩。

3.桩基础施工过程中的注意事项

钻孔过程中的注意事项

在钻孔前，应先对桩位反复进行测量，测量的同时要在护筒上用交叉十字线的'方法涂抹红漆，这样将方便于钻孔过程及成孔后桩位的技术施工核实。在钻孔过程中，我们必须详细准确地记录地层地质的变化情况。要做到详细、准确、认真地记录钻孔记录，技术人员积极了解地质变化情况并及时向上级反映相关情况起着相当关键的作用，尤其是能够为工程变更提供合理的依据和真实数据。为了准确地了解和掌握地质变化情况，最好的办法是对钻渣及时进行取样并留取渣样。

加强成孔检测

首先，施工人员应仔细查看详细真实的钻孔记录，切实准确得掌握不稳定的地层，依照不同的地形制定切实合理的灌注方案。第二，要详细记录各项检测数据，尤其是孔深的记录，这样做的主要目的在于计算泥浆沉淀速度和深度，便于做出合理的判断和采取合理的灌注办法。最后，我们应该认真做好灌前准备工作，根据土层的不同质地，应做好导管的打压试验，以确保导管的密水性符合要求。

4.结语

众所周知，钻孔桩基础是地基处理的主要方式之一，那么它施工的好坏将决定工程施工的好坏，所以我们应予以高度的重视，了解在施工的环节中可能出现哪些问题，提前做好准备，以预防为主，规范施工工序流程，做好质量控制，对可能出现的质量问题制定切实有效的防范措施，减少质量问题，杜绝质量事故的发生。

参考文献：

[1] 中国建筑科学研究院． JGJ94—2008 建筑桩基技术规范［S］． 北京：中国建筑工业出版社，2008．

管桩的应用和研究现状分析论文

摘要： 管桩作为一种新桩型以其施工方便、承载力高、质量可靠、较为经济等优点越来越得到广泛的应用。本文根据管桩的承载力特性和受力状况，分析了影响管桩承载力的因素以及提高管桩承载力的方法，并基于对施工中常见问题的探讨，提出有效的防治措施。

关键词： 管桩；承载力；施工；质量控制

1 前言

管桩作为一种地基处理及桩基础形式从上个世纪初产生到现在已经得到了很大的发展，在各种建筑基础中得到广泛地应用，并发挥着巨大的作用。从国外管桩的发展来看，从1920年澳大利亚发明了离心法制作混凝土制品、1925年日本引进这种技术用于钢筋混凝土管桩，在1962年开发预应力混凝土管桩(PC管桩)，到现在已有八九十年的历史，目前管桩已朝着全面取代传统实心桩方向发展。我国是1944年开始生产混凝土离心(RC)管桩，到SO年代末期研究成功预应力抽筋管桩，即采用后张法对桩身混凝土施加预应力。近15年，我国生产的预应力混凝土管桩无论从产品性能和产量上都达到了世界前列，呈现出布局面广，产品品种、规格齐全，生产技术成熟，配套应用技术日趋完善等特点。据资料反映，2004年福建省实际利用预制高强混凝土管桩就达2500万米。为了更合理利用管桩这一技术、有效地推广使用管桩，对管桩进行研究是极为必要的。

管桩的种类分为：钢管桩、预制混凝土管桩及钢管混凝土管桩。钢管桩及钢管混凝土管桩具有高强度、抗冲击疲劳性能好、贯入能力强、便于割接、质量可靠、运输方便、沉桩速度快及挤土影响小等优点，但造价高，约为预应力混凝土管桩的3－10倍。因此，一般只在必须穿越砂层或其它桩型无法施工和质量难以保证、或工期紧迫等情况下使用，或者是一些重要的特种工程的基础上，如海上钻井平台，港口平台等工程中使用。预制混凝土管桩之所以得到迅速发展和广泛的应用，主要是由于具有以下优点：

(a)施工工期短，施工方便、不受季节限制，工业化生产：

(b)对施工场地无污染，若采用静压式施工更无噪音，符合绿色环保施工要求；

(c)经济效益可观，同样的地基处理效果(竖向承载力及水平承载力)所使用的混凝土比实心桩节省30％－60％且抗腐蚀能力强，工作性能同钢管桩基本相似。

(d)对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强，一般情况下，软土、粘性土、粉土、砂土及全风化岩体等地层条件均可采用。因此像高层建筑、码头工程、桥梁工程、高速公路、铁道工程等除必须采用钢管桩的特殊基础外，在工程中钢管桩已大部分被预制混凝土管桩所代替。现在我国预制混凝土管桩使用量已经相当可观。

2 管桩的承载特性及承载力分析

2．1 管桩的承载特性

管桩的底桩端部的桩尖(靴)形式主要有十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型。采用封口型桩尖的管桩其承载力主要由桩周的侧摩阻力及桩端的端阻力组成；采用开口型桩靴的管桩则在沉桩过程中桩身下部1/3－1/2桩长的内腔被土体充塞，挤土效应较弱(与沉管桩、静压实心混凝土桩比)，对周围建筑物及环境影响小，具有较高的环保性能。但是内腔土塞却为管桩提供了内侧摩阻力，使得管桩的承载力的组成变得更为复杂。影响管桩承载特性的因素很多，比如桩侧土性、桩端土性、桩径、开口管桩的壁厚、人土深度、施工顺序等。预制混凝土管桩通常只具备开口桩的功效。

2．2 管桩的受力分析

2．2．1 管桩的竖向承载性状和单桩极限承载力 确定管桩竖向承载力的方法很多，最可靠的方法是静力载荷试验法，目前比较常用的公式有两类：一是以土的物理力学指标和大量的试桩资料为依据，经统计分析建立桩侧和桩端阻力与土类指标之间的关系；另一类是以土的力学性能指标如土的标准贯入击数为依据，我国、欧洲及美国API－RP2A的地基基础规范均采用第一类公式。其表达式为

由于各地地质条件不同，地质结构比较复杂，桩的类型又多，沉桩工艺也多种多样，很难用单一形式的公式来反映工程实际。

从文献进行的破坏荷载试验得知，当桩顶竖向受压时，桩身上部首先产生垂直应力和弹性变形，并向桩身下部传递，自上而下逐步建立摩阻力，桩身处于弹性压缩阶段。当荷载较小时，变形量较小，桩基基本没有发生位移，桩端阻力为零。随荷载增加，当垂直应力传递到桩端时，桩端土逐步压缩，桩土相对变形加大，桩侧摩阻力进～步发挥。在加荷载最后阶段，随着桩端阻力的不断增加，桩顶部位侧阻力首先达到极限(摩阻力趋于定值)，并向下逐步扩大极限阻力的'分布范围，在此过程中相对于荷载增量，作为抗力的摩阻力增量所占比例愈来愈小，而桩端阻力增量所占的比例则愈来愈大。最终导致桩端土出现塑性区并迅速扩展。桩因急剧下沉而失效，桩端土的刺入破坏先于桩身强度破坏。此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。

2．2．2 管桩的水平承载性状和单桩极限承载力

随着我国工程技术的迅速发展，大陆架浅海石油的勘探和开发技术的进步以及陆上高层建筑的发展，使得这些管桩不仅要承受巨大的竖向载荷，还要承受巨大的水平载荷。而桩在侧向载荷作用分析是工程中非常重要但却尚未圆满解决的问题。文献采用卧式千斤顶施加水平力试验来测定单桩水平载荷，施加的水平荷载分级一般取预估水平极限荷载的1/10－1/15，每级荷载施加－后，恒载4min测桩的水平位移值，然后卸载至零，停2min测出桩的残余水平位移值，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。多级加荷后，出现下列情况之一时可停止试验：1)桩身折断；2)水平位移超过40mm或达到设计要求的水平位移允许值。当桩身应力达到极限强度时的桩顶水平力使桩顶水平位移超过20－30mm，或桩侧土体破坏的前一级水平荷载，即是单桩水平极限承载力标准值。

2．2．3 影响管桩承载力的因素

2．2．3．1 偏斜

偏斜桩是指随着桩周土的水平运动，桩与土之间产生的水平压力导致桩身产生水平挠曲和弯矩，致使桩偏斜的被动桩。预应力管桩偏斜后，其极限承载力要低于铅直桩的极限承载力。偏斜预应力管桩的承载力减少程度不仅与其偏斜的程度有关，且与其所处的土层性质、入土桩长、桩与承台布置等均有一定的关系。

当遇到超过偏斜限量值的桩时，无论其是否发生裂缝，均应进行纠偏扶正处理，将其倾斜度控制在允许的范围内。较浅的(一般2－3m)可以将桩倾斜反向土方挖除后扶正；较深的可以用钻孔取土、高压水冲取土等方式将桩倾斜反向一侧土取出后扶正。然后对纠偏扶正的桩进行检测，看其是否在纠偏施工中发生异常情况，如无异常可进行下步施工。

2．2．3．2 裂缝

浅部裂缝——一般裂缝位置多发生在深度4－6m，也有的在3m以内，出现这种 情况多数是桩裂缝部位的下部有相对比较坚硬的土层。深部裂缝一裂缝位置发生在8－10m，出现此种情况多是地基土上部软土层较厚。裂缝的存在势必影响到桩基竖向永久性受荷特性，为确保桩基工程的安全使用，需对桩基进行加固处理。如接桩、补桩，一定情况下还需经计算确定。

2．2．3．3 偏心载

竖向荷载的偏心是预应力混凝土管桩产生弯曲荷载的重要原因，荷载的偏心也势必影响桩的竖向承载力。预应力混凝土管桩基础常采用柱下多桩承台，严格地讲，承台下大多数桩都处于偏心承载状态，对于偏心承载桩如何对桩的承载能力做出正确的评估，桩在正常使用极限状态下所能承受的偏心距临界值是多少，竖向荷载偏心距与桩的承载能力有何关系，这是预应力混凝土管桩基础设计要特别考虑的问题。

文献根据材料力学原理和现行钢筋混凝土结构设计规范的规定，提出预应力混凝土管桩在偏心荷载(或在桩顶水平位移)作用下内力与位移的计算方法，包括纯弯状态下桩身抗裂弯矩临界值；在轴心力和弯矩共同作用下桩身抗裂弯矩的极限值；桩顶允许承载力与竖向力偏心距(或桩顶水平位移)之间的相互关系式等。

3 管桩设计施工中的问题及质量控制

3．1 挤土效应

在沉桩过程中，土体向四周排挤，使周围的土受到严重的扰动，主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，产生较大的剪切变形，形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏，由于群桩施工中的迭加作用，会使已打入桩和邻近管线产生较大侧向位移和上浮。桩群越密越大，土的位移也越大。

施工遇到挤土效应采取的防治措施是：

①合理安排沉桩顺序、控制每日打桩的数量，减少孔隙水压力的迭加：

②采用先开挖基坑后沉桩的施工工序，可减少地基浅层软土的侧向位移和隆起，有利于降低沉桩所引起的超静孔隙水压力，从而减少地基深层土体变位。

③在场地设置袋装砂井或塑料排水板，创造排水条件以降低孔隙水压力。

④预钻孔辅助沉桩。

3．2 浮桩

浮桩现象是静压管桩挤土效应的一种表现形式。该问题表现得很隐蔽，并且往往是等到压桩工程完工后做静载检测时才发现，而此时桩机可能已退场。此时再来处理就非常被动。比较好的处理措施是：提前选取有代表性的桩进行测量监控，在桩施工结束后应立即用水准仪测量记录其桩顶标高，并在整个施工过程中定期复测，通过比较来检查桩身是否有上浮现象。如果发现有上浮现象，则需采取前面提过的控制压桩速率、重新调整压桩路线或钻孔取土等措施，减少挤土效应进而控制桩身上浮现象。如果采取上述措施后仍不能解决桩身上浮现象，则可采用复压的补救方法进行处理。

3．3 沉桩达不到设计要求

沉桩达不到设计的最终控制要求主要原因是：

①勘探点不够或勘探资料粗糙，对工程地质情况不明，尤其是对持力层起伏标高不明，导致设计考虑持力层或选择桩长有误。

②设计持力层选择不当，预应力管桩持力层宜选择强风化层，以达到较高承载力。但当强风化层埋深较深时，考虑到桩长限制，不得已选择全风化层作持力层时，承载力将受较大影响，特别是全风化层有遇水易软化特点，地下水可能通过桩管内从桩尖渗入，大大降低桩端承载力。

③设计对单桩承载力预估不准，导致实际桩长与压桩力不匹配。

④桩身断裂致使不能继续施压。

防治措施为首先详细探明工程地址地质情况，必要时应作补勘，正确选择持力层或标高；施工采用合适吨位桩机；根据工程地质条件，合理选择桩的施工方法及打桩顺序，避免断桩，确保桩身质量。科学设计，通过试桩确定合理终压标准。

3．4 断桩

断桩是预制混凝土管桩施工中常常遇到的问题，其产生的主要原因主要有：

①使用了厂家生产的未经检验的不合格的桩；

②桩尖碰到地下障碍物管桩被蹩断：

③管桩施工中垂直度没有控制好；

④管桩由软弱土层突然进入硬土层，桩机压力迅速升高，桩身受到瞬间冲击力而引起；

⑤基坑施工中，由于软土推挤隆起，基坑壁侧向移动造成断桩。

施工中若发现有断桩，就要采取补强加固方案处理。对预应力管桩浅层断桩可采用接桩。对深层断桩的接桩(包括部分错位桩纠偏后接头)要抽干桩内积水，确认桩的倾斜在允许范围内，放人钢筋笼，钢筋笼应伸到断桩下3m，用高等级混凝土灌注。接桩后要进行承载力检测。当断桩处错位，无法复原时，应重新补桩。对工程事故应分析问题的原因、补桩的可能性和对已施工桩的影响，考虑其它可利用条件以及经济和工期等要求。

4 结语

管桩作为一种新桩型以其桩身质量可靠、承载力高、施工速度快、现场整洁、较为经济等优点越来越得到广泛的应用。但由于管桩的应用时间不长，在研究和应用等方面都还存在着不少亟待解决的问题。而工程实践的发展已远远超过理论研究水平，使得管桩的应用受到严重制约。本文总结了管桩的承载力特性和受力分析、影响管桩承载力的因素以及提高管桩承载力的方法、施工中常见问题以及防治措施。但文中所涉及到的诸多问题目前都还没有得到圆满的解决，因此还需要通过大量的科学研究和工程实践来做进一步探讨。