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“穿芯桩”的成因、后处理及预防措施

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：高艳军1 岑苏晟2

[导读] 摘要：预制桩在沿海地区的应用越来越广泛，在桩基施工过程中，由于桩身质量，人员操作及地层原因，沉桩时常常会出现断桩、爆桩、“穿芯桩”等工程问题。

        1.河北省地矿局第二地质大队唐山 063000
        2.北京市勘察设计研究院有限公司北京 100038
        摘要：预制桩在沿海地区的应用越来越广泛，在桩基施工过程中，由于桩身质量，人员操作及地层原因，沉桩时常常会出现断桩、爆桩、“穿芯桩”等工程问题。“穿芯桩”出现部位在地面以下，难以被施工人员发现，后处理难度大，因此本文主要对“穿芯桩”进行分析，对“穿芯桩”的后处理方法进行研究，希望本工程的施工措施及处理方法对其他类似工程起到借鉴作用，避免此类工程问题在其他工程施工中再次出现。
        关键词：桩基工程   “穿芯桩”   处理措施
        引言
        在桩基施工过程中，混凝土预制桩以其简便，快捷的优点，被建设单位广泛应用于工程建设之中。预制桩在我国沿海地区应用较为广泛，沉桩方式采用的静压式或锤击式，唐山沿海地区，高强预应力混凝土预制桩沉桩多数采用锤击式。但由于柴油锤冲击力较高，当地层密实度较高或桩身质量未达到设计要求时，预制桩会出现爆头、断桩、“穿芯桩”等工程质量问题[1]。爆头及断桩的成因较为明确，主要是施工过程中锤击次数过多或沉桩时桩身发生弯曲所致；“穿芯桩”的成因尚不明确，影响因素很多，在施工过程中也并不常见，由于其隐蔽性强，不易被立即发现的特点，使得施工人员在此问题的处理上常常处于被动地位。
        “穿芯桩”是上层节桩在桩端连接部位穿进下层节桩的一种工程质量问题。具体情况如图1所示。由于下层节桩桩身受到破坏，使得预制桩承载力大幅下降。“穿芯桩”在工程施工过程中很难被发现，由于问题部位出现在地面以下，需要桩基检测才能发现，这不仅会给施工单位带来经济损失，还会延误工期。

        图1 “穿芯桩”
        1 工程概况
        工程施工地点位于唐山市沿海地区，为某钢铁产业升级及产能转移项目，所建建筑物为烟道底板，矩形基础，基础埋深4.35m，预估基底压力为180kPa。场地地势起伏较大，各孔孔口绝对标高介于3.72～2.70m之间，场地地层为①人工填土层Q4ml，厚度0.80～4.20 m，杂填土，稍密状态。②全新统海相沉积层Q4m，厚度1.10～4.60 m。土层为第一亚层，粉质粘土；第二亚层，粉砂。③全新统海相沉积层Q42m，厚度11.90～18.10 m。第一亚层，粉砂，密实～中密；第二亚层，粘土，可塑～软塑状态；第三亚层，粉砂，厚度一般为 2.10～9.90 m，密实状态。④全新统上组陆相冲积层（Q43al+pl），厚度 1.30～6.70 m。⑤全新统上组陆相冲积层（Q43al+pl），厚度 7.20～13.00 m。主要由细砂组成，密实状态。桩端持力层选择全新统海相沉积层（Q42m）第三亚层，顶板标高为-9.27～-12.59，其土质较好，强度较高。地下水静止水位埋深1.50～2.60m。
        2 施工工艺
        混凝土预应力竹节桩的施工工艺主要包括施工准备、放线定位、桩基定位、下节桩就位、下节桩沉桩、接桩、接头质量检查、上节桩沉桩[2]、送桩至桩顶设计标高等。其中需要引起注意的是竹节桩垂直度控制，竹节桩的连接，以及沉桩。
        控制预制桩垂直度的方法是在距离桩身一定远处架设两台经纬仪，从正面和侧面（成90°）方向进行观测，保证桩入土后的垂直度偏差不超过国家规范允许范围。在打桩过程中，应由两人在正、侧两面随时观察，如发现倾斜应立即调整，确保成桩后的垂直度偏差不大于国家规范允许范围[3-4]。
        第一节桩打入后，将第二节桩底部拧紧螺丝，竹节桩起吊前大螺帽端应安装好弹簧、垫片、卡片、中间螺母，然后吊起，用钢刷将桩头处清理干净，然后涂上防腐材料，在第一节桩底部对正后机械连接。
        竹节桩在遇到比较难穿透的硬层时应减小油门，慢慢将此层穿透，不能由于竹节桩下沉缓而加大油门，锤击沉桩的锤击压应力不得大于混凝土抗压强度设计值，锤击拉应力不得大于混凝土抗拉强度标准值与混凝土有效预应力之和的1.3倍。避免发生将预制桩打折、爆桩等问题。
        3 “穿芯桩”的成因分析
        由于基础埋深在地面之下，基坑开挖过程中发现多根“穿芯桩”，因基坑已经开挖，施工作业面狭小，给后期桩身处理造成了很大的难度。严重的延误了施工工期。根据地层分析及现场施工分析得出：形成“穿芯桩”的原因主要包括地层因素、施工顺序因素、人为操作因素、桩身质量因素。
        （1）地层因素
        工程设计桩型采用高强预应力混凝土竹节桩，设计桩长14.0m，桩顶绝对标高为-1.3m。由于持力层顶板起伏，桩端进入持力层2~3m。场地埋深14.0m以上以软弱粘性土和稍密至中密粉砂为主，沉桩较为顺利。桩端穿过14.0m后出现密实粉砂、粉土层，由于局部厚度较大，造成沉桩阻力较大，又因为此区域内地层起伏大，使得部分预制桩在还未达到桩顶设计标高时，就已经与密实的细砂层相接触，所以部分预制桩沉桩较困难。
        （2）施工顺序因素
        场地在预制桩施工之前，已经完成了灌注桩施工作业，并进行了压浆处理，对周围土体进行了挤压加固。预制桩施工作业区域紧邻灌注桩作业区域，受挤压的土体使得预制桩沉桩更为艰难。因此当建筑物基础有不同桩型时，应安排好施工作业顺序，应先进行预制桩的施工作业，在进行其他桩型的施工作业。
        （3）人为操作因素
        通过对多根“穿芯桩”垂直度检测发现，“穿芯桩”都出现了不同程度的倾斜，说明在竹节桩沉桩时，施工人员未控制好桩身的垂直度，使得桩身在受到锤击时，形成偏心荷载，造成竹节桩受力不均。机械连接位置为桩身强度薄弱区，受力不均现象极易造成桩身接头处的破坏，上层节桩插入到下层节桩之中，下层节桩被迫撑开。形成了图1的“穿芯桩”。
        此外，在施工过程中，由于施工人员的违规操作，为了加快竹节桩的连接速度，自作主张的减少接头处螺母的安装个数，使得竹节桩连接部位非常不牢固，机械连接位置更加薄弱。更易出现“穿芯桩”现象。
        （4）桩身质量因素
        出现“穿芯桩”之后，技术人员对预应力竹节桩的质量进行了检测，发现竹节桩在桩头部位出现漏浆跑浆现象，竹节桩养护时间不够。对出现问题的“穿芯桩”进行强度检测后发现其强度也未达到国家预制桩强度标准。
        4 “穿芯桩”后处理
        当出现“穿芯桩”工程质量问题时，应及时对其进行处理，以免影响工程后续施工，延误施工工期，给建设单位造成不必要的经济损失。“穿芯桩”的处理办法主要分为补桩，截桩后灌注接桩等。
        （1）补桩
        补桩的方法比较普遍，当基础埋深较浅，在对预制桩进行桩基检测，发现“穿芯桩”后，可以通过监理向设计单位申请补桩方案，施工单位可根据补桩图纸，在规定位置对“穿芯桩”进行补桩。
        （2）截桩之后灌注接桩
        如果基础埋深较深，基坑开挖后才能进行桩基检测，若此时发现“穿芯桩”，后处理难度较大，耗费时间较长。因基坑开挖，施工作业面积狭小，大型的机械设备不能再次进入施工场地，传统的补桩方法不能应用，因此，需要新的施工工法对“穿芯桩”进行处理。具体方法主要是先将穿芯部位截去，然后用小型机械将桩孔清理干净，放入钢筋笼，灌入水泥砂浆，然后再将预制桩接长到设计标高。
        5 预防措施
        （1）施工前仔细研究勘查报告，施工时应进行试桩，如果试桩时发现沉桩困难，应通过监理与设计单位联系，修改设计方案，或者进行引孔作业。
        （2）在开工前，应对桩机机长及施工人员进行岗前培训，交代施工的技术要点。在施工时，对施工过程进行检查，发现违规操作，应立即叫停，并进行教育培训。
        （3）定期对预制桩进行检查，当发现有质量问题的预制桩时，应联系供应商，退还出现质量问题的预制桩。
        参考文献：
        [1]史玉良.预制节桩的荷载试验及荷载传递性能分析[J].工业建筑，1993，（7）：3-9.
        [2]齐金良，周平槐，杨学林，周兆弟.机械连接竹节桩在沿海软土地基中的应用.建筑结构.2014.01.（1）73-76.