振动沉管灌注桩事故分析及加固处理

振动沉管灌注桩事故分析及加固处理[摘要]采用静载荷法和低应变动测法对某一安居工程的振动沉管灌注桩进行了测试，结果表明基桩存在质量问题，并根据测试结果将工程桩分成Ⅰ~Ⅳ类。

然后对质量事故产生的原因进行了分析，并采取了加固措施，实践表明，效果良好。

[关键字] 振动沉管灌注桩，监测，事故分析，加固处理一、前言振动沉管灌注桩施工工艺：(1) 混凝土材料：混凝土强度等级C25，桩尖为C30。

水泥用po32.5普通水泥；碎石粒径不大于40mm，含泥量小于3％；砂用中砂，含泥量小于5％，混凝土坍落度为8-10cm。

(2)施工工艺要点：1)振动沉管灌注桩成桩过程为：①桩机就位：就位后吊起桩管，对准预先埋好的预制钢筋砼桩尖，放置麻(草)绳垫于桩管与桩尖连接处，以作缓冲层和防地下水进入，然后缓慢放入桩管，套入桩尖利用振动机及桩管自重，把桩尖压人土中；②沉管：开动振动箱，桩管即在强迫振动下迅速沉人土中。

沉管过程中，应经常探测管内有无水或泥浆，如发现水或泥浆较多。

应拔出桩管，用砂回填桩孔后重新沉管：、如发现地下水和泥浆进入套管，一般在沉人前先灌入lm高左右的混凝土或砂浆，封住括瓣桩尖缝隙，然后再堪续沉入。

沉管时，为了适应不同土质条件，常用加压方法来调整土的自振频率，桩尖压力改变可利用卷扬面把桩架的都分重量传到桩管上加压，并根据桩管沉入速度，随时调整离合器，防止桩架抬起发生事故；③上料：桩管沉到设计标高后，停止振动，用上料斗将混凝土灌人桩管内，混凝土一般应灌满桩管或略高于地面；④拔管：开始拔管时，应先启动振动箱片刻，再开动卷扬机拔桩管。

用预制桩尖时可适当加快；在软弱土层中，宜控制在o．6—0．8m／min。

混凝土已从桩管中流出以后，方可继续抽拔桩管，边振边拔，桩管内的混凝土被振实而留在土中成桩，接管速度应控制在1.2--1．5m／min。

2)、拨管方法根据承载力的要求．可分别单打法，即一次拔管：拔管时，先振动5--10s，再开始拔桩管，应边振边拔，每提升0.5m停拔，振5~10s后再拔管0．5m，再振5~10s，如此反复进行直至地面。

3)在拔管过程中，桩管内的混凝土应至少保持2m高或不低于地面，可用吊砣探测，不足时及时补灌，以防混凝土中断形成缩颈。

每根桩的混凝土灌注量，应保证达到制成后桩的平均截面积与桩管端部截面积的比值不小于1.1。

4)当桩管内混凝土浇至钢筋笼底部时，应从桩管内插入钢筋笼或短筋，继续浇筑混凝土。

当混凝土灌至桩顶，混凝土在桩管内的高度应大于桩孔深度；当桩尖距地面60-80cm时停振，利用余振将桩管拔出。

同时混疑土浇筑高度应超过桩顶设计标高0．5m，适时修整桩顶，凿去浮浆后，应确保桩顶设计标高及混凝土质量。

5)振动灌注桩的中心距不宜小于桩管外径的4倍，相邻的桩施工时，其间隔时间不得超过水泥的初凝时间，中途停顿时，应将桩管在停顿前先沉入土中，或待已完成的邻桩混凝土达到设计强度等级的50％方可施工；桩距小于3．5d(d一桩直径)时，应跳打施工。

6)遇有地下水，在桩管尚未沉人地下水位时，即应在桩管内灌人1．5m高的封底混凝土，然后桩管再沉至要求的深度。

沉管灌注桩的施工注意事项沉管灌注桩在成孔时有挤土作用，由于有钢管护壁，孔壁不会坍塌；但在灌注混凝土的同时拔起钢管，钢管和混凝土之间具有一定的摩擦力影响混凝土的成型，在钢管已拔出的部分土体挤向尚未结硬的混凝土；这些过程如处理不当，会影响桩身质量，造成工程事故。

因此施工时应注意下列问题1.沉管时，应“密锤低击”，抽管时更应注意“密锤慢抽”或“密振慢抽”。

抽管过急易将混凝土折断，引起桩身质量事故；2.在持力层以上的土层如为饱和的黏性土或粘质粉土，由于桩周土的回挤，灌注混凝土时桩身可能严重缩颈，甚至出现断桩。

3.沉管应连续进行，不宜停歇过久，以免摩阻力增大，导致下沉困难。

4.在桩端附近，将桩管上下翻抽，使混凝土向四周挤压，但施工时应注意操作，防止泥浆混入桩内，造成夹泥桩。

5.根据土质条件确定打桩程序是跳打还是连打。

6.在地下水位一下的砂土层中施工时，应在钢管底部预落0.1m^3砂浆或混凝土封底，以免砂、水涌进钢管影响施工质量。

7.复打扩大桩时，应注意将钢管外壁粘污的淤泥清除干净，防止复打时带入桩内振动沉管灌注桩因其工效高和造价低廉，在国内外工程界得到广泛运用。

但是，由于其成孔、灌注混凝土、成桩都处于隐蔽状态，质量难以控制。

若某一工程桩达不到设计要求，就会造成建筑物的不均匀沉降，轻则产生裂缝，重则造成倒塌事故。

因此，必须严格遵照施工规范、施工工艺进行施工，而且要特别注重对工程桩的质量检测。

否则，即使是装备齐全、经验丰富的施工单位也会因各种因素的影响而发生工程事故，从而影响整个工程的经济效益。

地处东南沿海某市安居工程的振动沉管灌注桩质量事故就是一例[1]。

二、工程概况该工程为某房地产公司开发的安居工程，工程总建筑面积近7350m2，框架结构七层，基础采用振动沉管灌注摩擦桩，桩径Ф426mm，有效桩长29.5m，，主筋为6Ф12，箍筋为Ф8@400，钢筋笼长11m，加劲箍Ф10@3000，混凝土强度等级C20，单桩设计承载力550KN，总桩数256根。

该工程地层为滨海沉积层，土性为：地表浅层约1.5m的耕植土，其下为厚35~45m的淤泥和淤泥质粘土，桩端持力层为淤泥质粘土。

三、基桩试验及其结果3.1静载荷试验基本原理:在试验桩桩顶逐级施加持续荷载,记录荷载、位移与时间的关系，分析、确定单桩承载力[2]。

按规范要求,该工程进行了3组静载荷试验，静载荷试验采用压重平台反力装置慢速维持荷载法，油压千斤顶加荷，百分表观测试桩下沉量。

经静荷载试验结果表明：3组试桩的荷载值不能满足设计要求，累积沉降量均超过80mm，最终沉降量详见表1。

表1 基桩静载试验结果桩号桩长/m 静载试验承载力/KN 对应沉降量/mm79# 29.5 500 101.2167# 29.5 450 99.7246# 29.5 550 120.93.2 低应变动测试验基本原理：通过对桩顶施加激振能量，引起桩身及周围土体的微幅振动，同时用仪表量测和记录桩顶的振动速度和加速度，利用波动理论或机械阻抗理论对记录结果加以分析，从而达到检验桩基施工质量，判断桩身完整性等目的[2]。

在全部基桩完成竣工后，按30%抽检动测，计72根桩。

首次抽检后，发现桩身有蜂窝、空洞的基桩达48.05%。

试验评定结果列于表2。

表2 基桩动测试验结果分类数量检测总数占检测总数（%）评价Ⅰ12 77 15.59 桩身完整，混凝土质量较好Ⅱ28 77 36.36 桩身基本完整，混凝土质量一般Ⅲ36 77 46.75 桩身存在缺陷Ⅳ 1 77 1.30 桩身存在较大缺陷通过以上测试，综合评定结论为：“Ⅳ类桩，裂缝在桩身中部约11.5m左右；Ⅲ类桩，主要表现在桩身中部约11.5m左右存在缩径和地表下2.5m左右存在离析等缺陷，基桩沉降量过大,单桩承载力达不到设计要求”。

通过对现场的检查，该工程基桩偏移严重，最大桩位偏移达200mm，部分基桩桩顶冒水现象严重。

按设计和工程质量监测部门意见，采用补桩和片筏基础对基础进行处理。

四、事故原因分析综合分析基桩检测、施工资料以及现场基桩表观情况，分析造成严重工程质量事故的主要因素有以下几个方面：（1）管速度过快：基桩施工资料中平均拔管速度为1.5m/min，而《建筑施工手册》中规定：在软弱土层中，拔管速度宜控制在0.6-0.8m/min。

拔管速度过快导致混凝土的充盈系数太小,造成充填混凝土不到位或不密实，减少了混凝土对桩周土的侧压力，同时土体受强烈扰动和挤压产生很高的孔隙水压力作用到新浇筑的混凝土桩上，从而在钢筋笼末端产生缩径 [3] 。

（2）工程桩中心距在小于4d的情况下没有施行跳打，挤土严重，桩密集区地面最大隆起达65cm。

桩距小，邻桩施工时，土体受到沉管挤压，产生隆起上拔力和水平横向推力。

上拔力使桩体上拉，未凝固时，基桩会产生缩颈，初凝时会产生断桩。

由于钢筋笼端部上下传递水平力大小不同，横向推力对桩产生剪应力，形成断桩[4-5]。

（3）在吊脚桩，所谓吊脚桩是桩端混凝土隔空，或桩的底部混入泥土等杂质形成软弱的桩尖，从而消弱桩的承载力[5]。

基桩施工沉管过程中，由于桩尖密封不严，桩周土层或地下水在高压作用下渗入桩管内，导致桩端无混凝土或混凝土离析而吊空，造成承载力减少，沉降量过大。

（4）软弱土层工程性能差，含水量、压缩性和灵敏度均较大，在邻桩沉管振动过程中，饱和土体受到强烈扰动和挤压，土体孔隙水压力迅速增大，刚浇邻桩混凝土还未初凝，压力水则沿着桩身钢筋及四周裂隙等薄弱部位渗流，进而引起冒砂和冒浆，导致离析[6]。

（5）施工中没有安排好桩机行走路线，未及时进行预制桩头桩位复核，基桩施工过程中土体产生水平位移，导致部分边桩偏移较大。

五、事故处理：为确保上部建筑物的安全，在进行基桩事故处理前，又在工程桩范围内选出77根桩做动测检验，动测质量情况见表3。

表3 基桩重复动测试验结果分类数量检测总数占检测总数（%）评价Ⅰ11 77 14.29 桩身完整，混凝土质量较好Ⅱ31 77 37.66 桩身基本完整，混凝土质量一般Ⅲ37 77 48.05 桩身存在缺陷基于表3所列数据和以前检测结果，对基桩进行了如下处理：（1）断桩两侧各增加1根水泥搅拌桩，水泥搅拌桩与断桩中心距为900mm。

水泥搅拌桩规格为Ф500，桩长15m, P.032.5普硅水泥，水泥浆水灰比为0.45，重复搅拌两次。

桩位详见下图1。

（2）采用厚度为300mm的C20混凝土筏板基础，四周平面尺寸超过上部结构平面尺寸500mm，受力筋φ16@150单层双向。

通过加固处理后，目前该工程已交付使用，沉降观测也未发现沉降过大和沉降不均匀现象，结构正常。

六、几点看法：通过该工程振动沉管灌注桩工程事故的实例分析可以看出：（1）动沉管灌注桩存在明显的挤土效应，表现最明显的是桩周土的竖向隆起和水平位移。

这两种位移的大小和很多因素有关，如沉桩速度、桩距、桩的尺寸和土性等。

（2）振动沉管灌注桩必须严格按照施工规范、规程精心施工，着重控制好施工工艺，特别要注重对工程桩的质量的检测，否则会因各种因素引发重大工程事故。

（3）施工时首先必须对场地地层、桩位图和桩身结构图进行认真分析，针对其特征和要求，因地制宜地选择适宜的施工方法，确定合理的桩机行走路线。

参考文献：[1] 刘金砺主编。

桩基工程设计与施工技术[M]。

中国建材出版社，1994[2] 祝龙根，刘利民，耿乃兴编著。

地基基础测试新技术[M]。

机械工业出版社，1999[3] 李秀玲。

振动沉管灌注桩缩颈原因的分析及预防[J]。

江苏地质。

1998.22（1）：50-52[4] 汪坚明，李国庆。