论桩基施工问题的处理措施

'土木学院论桩基施工问题的处理措施【摘要】随着社会不断进步,经济建设的迅速发展及建筑技术的日益提高,桩基础在城市建设中得到广泛的应用。但在业主要求工期的前提下,施工单位为赶进度却往往忽视了桩基施工质量问题。文章指出了桩基施工过程中容易忽视的问题,并作了简要分析。【关键词】桩基工程;施工问题;桩基础;桩基检测桩基础是工业与民用建筑工程一种常用的基础形式。当采用天然地基浅基础不能满足建筑物对地基变形和强度要求时,可以利用下部坚硬土层或岩层作为基础的持力层而设计成深基础,其中较为常用的为桩基础。桩基础作为一种深基础,具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、沉降稳定快、良好的抗震性能等特性,因此在各类建筑工程中得到广泛应用,尤其适用于建造在软弱地基上的各类建(构)筑物。桩按材料可分为钢筋混凝土桩、钢桩、木桩等,按受力分类为摩擦桩和端承桩,按桩的入土方法可分为打入桩、压入桩和灌注桩等。建筑工程桩基础不论采用何种类型的桩,实际施工过程中保证桩基质量,使桩基符合设计要求,是基础工程施工中经常遇到的问题。一、桩基施工共性问题随着桩基础应用的日益广泛,其施工过程中出现的质量问题也多种多样,比如:颈缩、断桩、移位、斜桩、检测等问题。本文就桩基础施工中最容易忽略的几点加以分析。1、测量施线15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院建筑工程桩基础施工测量的主要任务:一是把图上的建筑物基础桩位按设计和施工的要求,准确地测设到拟建区地面上,为桩基础工程施工提供标志,作为按图施工、指导施工的依据;二是进行桩基础施工监测;三是在桩基础施工完成后,为检验施工质量和为地面建筑工程施工提供桩基础资料,需要进行桩基础竣工测量。理论上,《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)第5.1.3条规定,打(压)入桩(预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩)的桩位偏差,必须符合规定,如盖有基础梁的桩,沿基础梁中心线的允许偏差为150mm,垂直基础梁中心线的允许偏差100mm。此条为工程建设标准强制性条文,必须严格控制。规范5.4.5条又将桩位偏差列入钢筋混凝土预制桩质量检验标准的主控项目,即桩位偏差对桩基质量验收具有否决权,如有超出允许偏差范围,即为施工质量不符合要求。测量施线是桩基施工时最易发生的情况,一般情况下如果出现测量施线有误,都会采取加大桩承台或加桩的处理方式。但这样一来,不仅会增加成本,而且还延误了工期。(1)建筑工程桩基础施工测量技术要求设计和施工单位对建筑工程的尺寸精度要求不是按测量中误差来要求的，而是按实际长度与设计长度之比的误差来要求的，对长度尺寸精度要求分为2种：一是建筑物外廓主轴线对周围建筑物相对位置的精度，即新建筑物的定位精度。二是建筑物桩位轴线对其主轴线的相对位置精度。15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院1）建筑物轴线测设的主要技术要求。建筑物桩基础定位测量，一般是根据建筑设计或设计单位所提供的测量控制点或基准线与新建筑物的相关数据，首先测设建筑物定位矩形控制网，进行建筑物定位测量，然后根据建筑物的定位矩形控制网，测设建筑物桩位轴线，最后再根据桩位轴线来测设承台桩位。2）对高程测量的技术要求。桩基础施工测量的高程应以设计或建设单位所提供的水准点作为基准进行引测。在高程引测前，应对原水准点高程进行检测。确认无误后才能使用，在拟建区附近设置水准点，其位置不应受施工影响，便于使用和保存，数量一般不得少于2~3个，一般应埋设水准点，或选用附近永久性的建筑物作为水准点。高程测量可按四等水准测量方法和要求进行，其往返较差，附合或环线闭合差不应大于±20Lmm，L为水准路线长度，以km为单位。桩位点高程测量一般用普通水准仪散点法施测，高程测量误差不应大于±1cm。(2)建筑物定位测量建筑物的定位是根据设计所给定的条件，将建筑物四周外廓主轴线的交点（简称角桩），测设到地面上，作为测设建筑物桩位轴线的依据，这就是通常所说的建筑物定位测量。由于在桩基础施工时，所有的角桩均要因施工而被破坏无法保存，为了满足桩基础竣工后续工序恢复建筑物桩位轴线和测设建筑物开间轴线的需要，所以，在建筑物定位测量时，不是直接测设建筑物外廓主轴线交点的角桩，而是在距建筑物四周外廓5～10m，并平行建筑物处，首先测设一个建筑物定位矩形控制网，作为建筑物定位基础，然后，测出桩位轴线在此定位矩形控制网上的交点桩，称之为轴线控制桩（或叫引桩）。15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院1)编制桩位测量放线图及说明书为便于桩基础施工测量，在熟悉资料的基础上，在作业前需编制桩位测量放线图及说明书。①确定定位轴线。为便于施测放线，对于平面成矩形，外形整齐的建筑物一般以外廓墙体中心线作为建筑物定位主轴线，对于平面成弧行，外形不规则的复杂建筑物是以十字轴线和圆心轴线作为定位主轴线。以桩位轴线作为承台桩的定位轴线。②根据桩位平面图所标定的尺寸，建立与建筑物定位主轴线相互平行的施工坐标系统，一般应以建筑物定位矩形控制网西南角的控制点作为坐标系的起算点，其坐标应假设成整数。③为避免桩点测设时的混乱，应根据桩位平面布置图对所有桩点进行统一编号，桩点编号应由建筑物的西南角开始，从左到右，从下而上的顺序编号。④根据设计资料计算建筑物定位矩形网、主轴线、桩位轴线和承台桩位测设数据，并把有关数据标注在桩位测量放线图上。⑤根据设计所提供的水准点（或标高基点），拟定高程测量方案。2）建筑物的定位根据设计所给定的定位条件不同，建筑物的定位主要有5种不同形式：一是根据原建筑物定位；二是根据道路中心线（或路沿）定位；三是根据城市建设规划红线定位；四是根据建筑物施工方格网定位；五是根据三角点或导线点定位。15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院在建筑物定位测量时，可根据设计所给的定位形式选用直角坐标法、内分法、极坐标法、角度或距离交会法、等腰三角形与勾股弦等测量方法，为确保建筑物的定位精度，对角度的测设均要按经纬仪的正倒镜位置测定，距离丈量必须按精密测量方法进行。3）建筑物定位矩形网测量对建筑物定位矩形网测量，根据工程大小、复杂程度不同，一般采用下列方法：①定位桩法。若需要测设A、B、C、D建筑物时，要根据设计所给定的条件，首先测设出A＇和B＇两点，然后根据A＇、B＇测设出C＇、D＇两点，最后，以A＇、B＇、C＇、D＇定位矩形网为基础测设ABCD建筑物所有的桩位轴线进行建筑物定位。此种方法适用于一般民用建筑和精度要求不高的中小型厂房的定位测量。②主轴线法。大型厂房或复杂的建筑物，因对定位精度要求高，采用定位桩法不易保证建筑物定位要求。由于主轴线法测设要求严格，误差分配均匀，精度高，但工作量大，主要适用于大型工业厂房或复杂建筑物的定位测量。如要测设ABCD厂房时，应根据设计所给的条件首先测设出长轴线EOW，然后，再以长轴线为基线，用测直角形方法测设出短轴线SON、进行精密丈量和归化。最后根据长轴线点和短轴线点按直角形法,测设A＇、B＇、C＇、D＇各点。经检查满足要求后，才测设ABCD建筑物的桩位轴线进行建筑物定位测量。4）测量质量控制15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院①建筑物定位矩形网点需要埋设直径8cm，长35cm的大木桩，桩位既要便于作业，又要便于保存，并在木桩上钉小铁钉作为中心标志，对木桩要用水泥加固保护，在施工中要注意保护、使用前应进行检查。对于大型或较复杂、工期较长的工程应埋设顶部为10cm×10cm，底部为12cm×12cm，长为80cm的水泥桩为长期控制点。②必须加强检查工作，对桩位测量放线图的所有计算数据。必须经第二个人进行百分之一百的检查，确认无误后才能到现场测设。在建筑物定位测量成果经检查满足要求后，才能测设建筑物桩位轴线进行建筑物的定位测量。(3)建筑物桩位轴线及承台桩位测设1）桩位轴线测设的质量控制建筑物桩位轴线测设是在建筑物定位矩形网测设完成后进行的，是以建筑物定位矩形网为基础，采用内分法用经纬仪定线精密量距法进行桩位轴线引桩的测设。对复杂建筑物圆心点的测设一般采用极坐标法测设。对所测设的桩位轴线的引桩均要打入小木桩，木桩顶上应钉小铁钉作为桩位轴线引桩的中心点位。为了便于保存和使用，要求桩顶与地面齐平，并在引桩周围撒上白灰。在桩位轴线测设完成后，应及时对桩位轴线间长度和桩位轴线的长度进行检测，要求实量距离与设计长度之差，对单排桩位不应超过±1cm，对群桩不超过±2cm。在桩位轴线检测满足设计要求后才能进行承台桩位的测设。15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院2）建筑物承台桩位测设的质量控制建筑物承台桩位的测设是以桩位轴线的引桩为基础进行测设的，桩基础设计根据地上建筑物的需要分群桩和单排桩。规范规定3～20根桩为一组的称为群桩。1～2根为一组的称为单排桩。群桩的平面几何图形分为正方形、长方形、三角形、圆形、多边形和椭圆形等。测设时，可根据设计所给定的承台桩位与轴线的相互关系，选用直角坐标法、线交会法、极坐标法等进行测设。对于复杂建筑物承台桩位的测设，往往设计所提供的数据不能直接利用，而是需要经过换算后才能进行测设。在承台桩位测设后，应打入小木桩作为桩位标志，并撒上白灰，便于桩基础施工。在承台桩位测设后，应及时检测，对本承台桩位间的实量距离与设计长度之差不应大于±2cm，对相邻承台桩位间的实量距离与设计长度之差不应大于±3cm。在桩点位经检测满足设计要求后，才能移交给桩基础施工单位进行桩基础施工。（4）桩基础竣工测量质量控制桩基础竣工测量成果图是桩基础竣工验收重要资料之一，其主要内容：测出地面开挖后的桩位偏移量、桩顶标高、桩的垂直度等，有时还要协助测试单位进行单桩垂直静载实验。15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院1）恢复桩位轴线。在桩基础施工中由于确定桩位轴线的引桩，往往因施工被破坏，不能满足竣工测量要求，所以首先应根据建筑物定位矩形网点恢复有关桩位轴线的引桩点，以满足重新恢复建筑物纵、横桩位轴线的要求。恢复引桩点的精度要求应与建筑物定位测量时的作业方法和要求相同。2）单桩垂直静载实验。在整个桩基础工程完成后，测量工作需要配合岩土工程测试单位进行荷载沉降测量，对桩的荷载沉降量的测量一般采用百分表测量，当不宜采用百分表测量时，可采用S05或S1精密水准仪和铟瓦尺施测。3）桩位偏移量测定。桩位偏移量是指桩顶中心点在设计纵、横桩位轴线上的偏移量。对桩位偏移量的允许值，不同类型的桩有不同要求。当所有桩顶标高差别不大时，桩位偏移量的测定方法可采用拉线法，即在原有或恢复后的纵、横桩位轴线的引桩点间分别拉细尼纶绳各一条，然后用角尺分别量取每个桩顶中心点至细尼纶绳的垂直距离，即偏移量，并要标明偏移方向；当桩顶标高相差较大时，可采用经纬仪法。把纵、横桩位轴线投影到桩顶上，然后再量取桩位偏移量，或采用极坐标法测定每个桩顶中心点坐标与理论坐标之差计算其偏移量。4）桩顶标高测量。采用普通水准仪，以散点法施测每个桩顶标高，施测时应对所用水准点进行检测，确认无误后才进行施测，桩顶标高测量精度应满足±1cm要求。5）桩身垂直度测量。桩身垂直度一般以桩身倾斜角来表示的，倾斜角系指桩纵向中心线与铅垂线间的夹角，桩身垂直度测定可以用自制简单测斜仪直接测完其倾斜角，要求盘度半径不少30cm，度盘刻度不低于10′。15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院6）桩位竣工图编绘。桩位竣工图的比例尺一般与桩位测量放线图一致，采用1:500或1:200，其主要包括内容：建筑物定位矩形网点、建筑物纵、横桩位轴线编号及其间距、承台桩点实际位置及编号、角桩、引桩点位及编号。2、地下水问题当基础深度在天然地下水位以下时,在基础施工中常常会遇到地下水的处理问题。在桩基础工程中,地下水对人工挖孔桩的施工影响最大。地下水的处理有多种可行的方法,从降水方式来说总分为止水法和排水法两大类。止水法相对来说成本较高,施工难度较大;井点降水施工简便、操作技术易于掌握,是一种行之有效的现代化施工方法,已广泛应用。地下水的处理有多种方法，从降水方式来说可总分为止水法和排水法两大类。止水法，即通过有效手段，在基坑周围形成止水帷幕，将地下水止于基坑之外，如沉井法、灌浆法、地下连续墙等；排水法是将基坑范围内地表水与地下水排除，如明沟排水、井点降水等。止水法相对来说成本较高，施工难度较大；井点降水施工简便、操作技术易于掌握，是一种行之有效的现代化施工方法，已广泛应用。本文结合工程实例读一井点降水法作一简要介绍。15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院井点降水法是在拟建工程的基坑周围设能渗水的井点管，配置一定的抽水设备，不间断地将地下水抽走，使基坑范围内的地下水降至设计深度。井点法防水适用于具有不同几何形状的基坑，具有克服流砂、稳定边坡的作用。由于基坑内土方干燥，有利机械化施工，缩短工期，保证工程质量与安全。目前国内常用的井点降水法有轻型井点、喷射井点、电渗井点。1）轻型井点降水法①轻型井点系真空作用抽水，除管路系统外，很大程度取决于抽水设备。目前常用真空泵型、隔膜泵型配套抽水装置。轻型井点井点管、过滤管、集水总管、主管、阀门等组成管路系统，并由抽水设备启动，在井点系统中形成真空，并在井点周围一定范围形成一个真空区，真空区通过砂井扩展到一定范围。在真空力的作用下，井点附近的地下水通过砂井，经过滤器被强制性入井点系统内而使井点附近的地下水位得到降低。作业过程中，井点附近与真空区外的地下水位之间存在一个水头差，在其作用下，真空区外的地下水以重力方式流动，所以常把轻型井点降水称真空强制抽水法，更确切地说应是真空—重力抽水法。只有在这两个力作用下，基坑地下水才会降低，并形成一定范围降水的漏斗抛物线。井点管与总管的联接可用钢管和透明塑料管，因受真空力的作用，塑料管内装有弹簧，以加强抗外部张力，保证地下水流畅通。总管与总管的联接有法兰法和套箍法两种形式。②施工中注意问题：降低地下水位后，土壤会产生固结，也就会在抽水影响半径15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院范围内引起地面沉降，有时会给周围已有建筑物带来一定程度的危害。在进行降低地下水位施工时，为避免引起周围建筑物产生过大沉降，采用灌井点是一种有效措施。2）深井井点深井井点降水是在深基坑周围埋置深于基底的井管，依靠深井泵或深井潜水泵将地下水从深井内提升到地面排出，使地下水位降至坑底以下。它具有排水量大、降水深、不受吸程限制、井距大等优点。但其一次性投资大，成孔质量要求高。深井井点降水适用于渗透系数较大（10—250m/天）；土质为砂土、碎石，地下水丰富、降水深（10—50m）、面积大的情况。使用阶段注意事项：基坑内井点应同时抽水，使水位差控制在要求范围内；加强水位监测，特别是靠近已有建（构）筑物的深井井点，宜在建（构）筑物附近设观测井。水位差过大时，应采取补救措施。位于基坑内的深井井点，由于井管较长，挖土至一定深度后，井管应与附近的支护结构支撑或立柱等连接，予以固定；当基坑底部有不透水层时，为排除上层地下水，可采用砂井配合深井降水；井管使用完毕拨出。当地下水位不大时可进行单桩桩内抽水,当地下水位较大时可采用多桩同时抽水法来降低地下水。如果桩设计深度不大时可考虑在场地四周设置井点排水。人工挖孔桩在开挖时,如果遇到细砂、粉砂层地质时,再加上地下水的作用极易形成流砂,严重时发生井漏,造成质量和安全事故。15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院除此之外,地下水的影响在有冻土地基时也是施工的难点。我们应根据不同的地质采取不同的施工方法。比如,在冬季我们经常采用冻结法施工技术,冻结法施工即是利用人工制冷的方法把土壤中的水冻结成冰形成冻土帷幕,用人工帷幕结构体来抵抗水土压力,以保证人工开挖工作顺利进行。作为一种成熟的施工方法,冻结法施工技术在国际上被广泛应用于城市建设已有l00多年的历史。我国采用冻结法施工技术至今也已有40多年的历史,但主要用于煤矿井筒开挖施工。经过多年来国内外施工的实践经验证明,冻结法施工有以下特点:可有效隔绝地下水,其抗渗透性能是其他任何方法不能相比的。冻结法施工对周围环境无污染,无异物进入土壤,噪音小,冻结结束后,冻土墙融化,不影响建筑物周围地下结构。冻结施工用于桩基施工或其它工艺平行作业,能有效缩短施工工期。3、桩基检测《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第10.1.8条规定施工完成后的工程桩应进行竖向承载力检验;《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)第3.1.1条规定工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测;《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)第5.1.5条规定工程桩应进行承载力检验;桩的测试方法分为静载荷试验和动力测桩两大类,还有抽芯法和静力、动力触探以及埋设传感器法等辅助类方法。目前桩的静载荷试验主要采用锚桩法、堆载平台法、地锚法、锚桩和堆载联合法以及孔底预埋顶压法等。常用的检测方法的适用性：15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院1）静载试验法：这是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直接、最可靠的试验方法。但在工程实践中发现，基准桩的问题有时会被检测人员所忽视，容易出现基准桩打入深度不足，试验过程产生位移的问题。2）钻芯法：这种方法具有科学、直观、实用等特点，在检测混凝土灌注桩方面应用较广。一次完整、成功的钻芯检测，可以得到桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性的情况，并判定或鉴别桩端持力层的岩土性状。抽芯技术对检测判断的影响很大。某工程先用ＸＹ－１型工程钻机，采用硬质合金单管钻具，用低压慢速小泵量及干钻相结合的钻进方法，结果采芯率不到７０％，芯样完整性极差，大多呈碎块；后来改用ＳＣＺ－１型液压钻机，采用金刚石单动双管钻具，采芯率达９９％，芯样呈较完整的圆柱状。所以，《技术规范》对钻机和钻头作了相应的规定，就是为了避免抽芯验桩的误判。3）反射波法：目前在国内，绝大多数的检测机构采用反射波法（瞬态时域分析法）检测桩身完整性，主要原因是其仪器轻便、现场检测快捷，同时将激励方式、频域分析方法等作为测试、辅助分析手段融合进去。当然，低应变法检测时，不论缺陷的类型如何，其综合表现均为桩的阻抗变小，而对缺陷的性质难以区分，这是其最大的局限性。4）高应变法：15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院它的主要功能是判定桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。高应变法在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够在查明这些“缺陷“是否影响竖向抗压承载力的基础上，合理判定缺陷程度，可作为低应变法的补充验证手段。目前在某些地区，利用高应变法增加承载力和完整性的抽查频率，已成为一种普遍做法。5）声波透射法：与其他完整性检测方法相比，声波透射法能够进行全面、细致的检测，且基本上无其他限制条件。但由于存在漫射、透射、反射，对检测结果会造成影响。在桩基检测中,各个检测手段需要配合使用,利用各自的特点和优势,按照实际情况,灵活运用各种方法,才能对桩基进行全面准确的评价。但实际工程中施工单位为赶工期往往是桩基施工完后不及时通知检测单位,而擅自施工上部结构,待桩基检测出来后上部已施工了几层,如果桩基检测不合格,再采取补救的措施,代价是相当大的。国内不少地方就曾出现这种案例。所以我们在桩基施工时一定要重视桩基检测这道工序。二、钻孔灌注桩及预应力管桩的施工质量控制对于钻孔灌注桩来说,其成孔时孔深的控制对钻孔灌注桩至关重要。在(GB50202-2002)第5.6.4中明确规定:孔深只深不浅。对设计采用中风化及以上强度的基岩作为持力层的桩,尤其是抗水平推移、坡地岸边的桩,其桩尖进入持力层的深度对地基承载力及安全使用尤为重要。实际施工中,孔深往往是只浅不深,泥浆沉淀不易清除,影响端部承载力的充分发挥,并造成较大沉降,这给钻孔灌注桩留下了致命的质量隐患。近几年,随着国内管桩生产企业15B土木083·建筑工程·0810501303 土木学院的不断涌现,管桩产量大幅提高,价格也随之下降,促使管桩特别是预应力高强混凝土管桩在工业与民用建筑中得到广泛应用。但在施工过程中由于管理和质量控制不完善,管桩桩基础施工也容易产生质量问题。桩位及桩身倾钭超过规范要求;桩头破裂;桩身(包括桩尖和接头)破损断裂;桩端达不到设计持力层;单桩承载力达不到设计要求;桩的长度不够;桩身上浮,桩顶平面与桩的中心轴线不垂直及桩顶不平整等制作质量问题都会引起桩顶破碎。三、结束语总之,桩基施工质量关系到整个建筑物的工程质量,工程及施工验收规范规定,打桩过程中如遇到上述问题,都应立即暂停打桩,施工单位应与勘察、设计单位共同研究,查明原因,提出明确的处理意见,采取相应的技术措施后,方可继续施工。【参考文献】[1]吴步峰.某公寓楼小区桩基工程质量分析与处理[J].福建建筑,2010.2[2]张军.灌注桩基工程机械冲击成孔施工工艺[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2009.4[3]张跃川.桩基工程施工方案编制[J].工程建设与设计,2009,12[4]邓南、黄上进.汕头地区小高层复合桩基工程初探[J].广州建筑,2009.5[5]张毅、张文君.桩基工程成孔质量检测技术探讨[J].现代商贸工业,2009.19[6]中国建筑工程总公司．地基与基础施工工艺标准[M].中国建筑工业出版社，2003-11[7]叶建良．桩基工程[M].中国地质大学出版社，2000-10．[8]谢炳科．建筑工程测量[M].中国电力出版社，200415B土木083·建筑工程·0810501303'