静压桩质量通病防治

浅谈静压桩在过程中的常见质量问题及处理方法

一、前言
静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺。由于这种方法具有无噪音、无振动、无冲击力等优点，适应今后岩土工程的要求；同时压桩桩型一般选用预应力管桩，该桩作基础具有工艺简明，质量可靠，造价低，检测方便的特性。两者的结合便大大推动了静压管桩在广东地区的应用，使之有望成为广东今后桩基发展的主打产品。人们在对《静压桩基础技术规程》千呼万唤的同时，也希望对静压桩的沉桩机理及工程实践中的应用有进一步的了解，本文为此作一介绍。
二、静压桩沉桩机理
沉桩施工时，桩尖刺入土体中时原状土的初应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形，土体对桩尖产生相应阻力，随着桩贯入压力的增大，当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时，土体发生急剧变形而达到极限破坏，土体产生塑性流动（粘性土）或挤密侧移和下拖（砂土），在地表处，粘性土体会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力，土体主要向桩周水平方向挤开，使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响，此时，桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗，当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将继续刺入下沉。反之，则停止下沉。
压桩时，地基土体受到强烈扰动，桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。随着桩的沉入，桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移，由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用，土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时，剪切面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时，剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内，粘性土中随着桩的沉入，桩周土体的抗剪强度逐渐下降，直至降低到重塑强度。砂性土中，除松砂外，抗剪强度变化不大，各土层作用于桩上的桩侧摩阻力并不是一个常值，而是一个随着桩的继续下沉而显着减少的变值，桩下部摩阻力对沉桩阻力起显着作用，其值可占沉桩阻力的50～80％，它与桩周处土体强度成正比，与桩的入土深度成反比。
粘性土中，桩尖处土体在扰动重塑、超静孔降水压力作用下，土体的抗压强度明显下降。砂性土中，密砂受松驰效应影响土体抗压强度减少，松砂受挤密效应影响土体抗压强度增大，在成层土地基中，硬土中的桩端阻力还将受到分界处粘土层的影响，上覆盖层为软土时，在临界深度以内桩端阻力将随压入硬土内深度增加而增大。下卧为软土时，在临界厚度以内桩端阻力将随压入硬土的增加而减少。
一般将桩摩阻力从上到下分成三个区：上部柱穴区，中部滑移区，下部挤压区。施工中因接桩或其它因素影响而暂停压桩的间歇时间的长短虽对继续下沉的桩尖阻力无明显影响，但对桩侧摩阻力的增加影响较大，桩侧摩阻力的增大值与间歇时间长短成正比，并与地基土层特性有关，因此在静压法沉桩中，应合理设计接桩的结构和位置，避免将桩尖停留在硬土层中进行接桩施工。
三、终压力与极限承载力
在静压桩施工完成后，土体中孔隙水压力开始消散，土体发生固结强度逐渐恢复，上部桩柱穴区被充满，中部桩滑移区消失，下部桩挤压区压力减小，这时桩才开始获得了工程意义上的极限承载力。从大量的工程实践看，粘性土中长度较长的静压桩其最终的极限承载力比压桩施工时的终压力要大，在某些土体固结系数较高的软土地区，静压桩最后获得的单桩竖向极限承载力可比终压力值高出一二倍，但是粘性土中的短桩，土体强度经一段时间的恢复，摩阻力虽有提高，但因桩身短，侧摩阻力占桩的极限承载力的比例差异不大，最终极限承载力达不到桩的终压力。因此桩的终压力与极限承载力是两个不同的概念，一些初接触静压桩的设计、施工人员往往将两者混为一谈。两者数值上不一定相等，主要与桩长、桩周土及桩端土的性质有关，但两者也有一定的联系。 四、常见问题
（一）桩身上抬
由于静压桩是挤土桩，在场地桩数量较多，桩距较密的情况下，时常后压的桩会对已压的桩产生挤压上抬，特别对于短桩，易形成所谓的吊脚桩。这种桩在做静载试验时，开始沉降较大，曲线较陡，但当桩尖达到持力层，承载力又有明显增加，沉降曲线又趋于平缓，这是桩身上抬的典型曲线。桩身上抬除了静载沉降偏大外，对桩而言可能会把接头拉断，桩尖脱空，同时大大增加对四周桩的水平挤压力，导致桩倾斜偏位。在处理上施工前合理安排压桩顺序，同一单体建筑物一般要求先压场地中央的桩，后压周边的桩;先压持力层较深的桩，后压较浅的桩。出现桩身上抬后一般采用复压的办法使桩基按正常使用，但对承受水平荷载的基础要慎重。
（二）引孔压桩的问题
为了防止桩间的挤土效应太大，或土质太硬而使桩身较短，施工中往往采用引孔压桩的工艺 ，即先钻比管桩略小规格的直径钻孔，深度是桩长的（2/3～1）L，然后将管桩沿预钻孔压下去。引孔应随引随压，中间间隔时间不宜大长，否则孔内积水，一是会软化桩端土，待水消散后孔底会留有一定空隙；二是积水往桩外壁冒，削弱了桩的侧摩阻力。
对于较硬土质中引孔压桩还会有桩尖达不到引孔孔底的现象，施工完成后孔底积水使土体软化，使承载力达不到设计要求。
（三）桩端封口不实
当桩尖有缝隙，地下水水头差的压力可使桩外的水通过缝隙进入桩管内腔，若桩尖附近的土质是泥质土，遇水易软化，从而直接影响桩的承载力。对于桩靴的焊接质量要求与端板间无间隙、错位，保证焊缝饱满，无气孔。施焊对称进行，焊拉时间控制得当，焊接完成后自然冷却10分钟左右方可施打，因高温焊缝遇水后变脆，容易开裂。工程上比较有效的补救技术措施是采用填芯混凝土法，即在管桩施压完毕后立即灌入高度为1.2m左右的C20细石混凝土封底，桩端不漏水，桩端附近水压平衡，桩端土承受三相压力，承载力能保持稳定。
（四）桩顶(底)开裂
由于目前压桩机越来越大，最重可达6800KN，对于较硬土质，管桩有可能仍然压不到设计标高，在反复复压情况下，管桩桩身横向产生强烈应力，如果桩还是按常规配箍筋，桩顶混泥土抗拉不足开裂，产生垂直裂缝，为处理带来很大困难。另一种情况就是管桩由软弱土层突然进入硬持力层，没有经过渡层，桩机油压迅速升高，桩身受到瞬间冲击力也容易引起桩顶开裂，如果硬持力层面不平整，桩靴卡不进土引起桩头折断破碎，桩机油压又下降，再压时压力不稳定，吊线测量桩长发现比入土部分短。处理上事前改进桩尖形式(圆锥形桩尖易滑)，事后用压力灌浆把桩底破碎混凝土粘结住，适当折减承载力设计值。
（五）基坑开挖
由于静压桩逐渐用在高层建筑中，基坑开挖不可避免。应根据开挖深度考虑是否需要先围护开挖再沉桩的方案。边打桩边开挖是不可取的，先打桩后开挖应考虑对称均匀，如在中间开挖把土堆在周围就会造成四周和中心的土体高差悬殊，同时超孔隙水压及震动会使管桩倾斜或折断，所以合理制定基坑开挖方案是必不可少的。
五、结语
静压桩的沉桩机理非常复杂，与土质、土层排列、硬土层厚度、桩数、桩距、施工顺序、进度等有关，有待进一步研究。静压桩施工中出现的问题也各种各样，最常用的处理方法是提高终压力进行复压。往往桩在做完静载试验发现不合格后，还要增加静载试验或大应变检测，以确定更大范围不合格桩数量分布。有时基坑已开挖，桩头已凿去位置难确定，压桩机撤出现场，复压或补桩有一定困难，这就要采取其它一些措施处理不合格桩，如灌浆补强、降低桩承载力标准或扩大承台等。相信随着工程实践的不断丰富，能为静压桩规程的制定提供更多的素材。

防治措施：
（1）施工前应对桩构件进行检查，发现桩身弯曲超过规定或桩尖不在桩纵轴线上的不能使用；
（2）接桩时要保证上下两节桩在同一轴线上，接头处应严格按照操作规程施工；
（3）施工过程中应根据地层情况、基础形式、布桩情况选择合理的施工机械，并限制打桩速率，并优化打桩的施工方向和顺序路线，并根据桩的入土深度，宜先长后短、先高后低，若桩较密集，宜自桩群中间向两个方向或四周对称施工，当一侧毗邻建筑物时，可从毗邻建筑物处开始沉桩；
（4）桩机进场前先平整场地，使打桩机（静压桩机）底盘保持稳定和水平；
（5）为防止桩机下陷而造成桩身倾斜、桩机挤压导致桩位偏移等影响施工质量问题及施工安全隐患，必须对施工场地进行局部回填平整，采取必要的措施提高地基承载力，使其达到打（压）桩施工要求；
（6）开挖前应分层均匀进行，必须加强维护措施，防止土体侧压力对桩身上产生附加弯矩而导致桩身偏斜；
（7）施工前应清除地下障碍物（如墓穴、地下废旧建筑物等）。

1.桩身断裂

桩身断裂是指桩在沉入过程中，桩身突然倾斜错位。

(1)原因分析

桩身在施工中出现较大弯曲，在反复的集中荷载作用下，当桩身抗弯承载力不能满足时，即产生断裂;在长时间打夯中，桩身受到拉、压应力，当拉应力过大，桩身立即断裂;制作桩的水泥强度等级不合要求，砂、石中含泥量大或石中有大量碎屑，使桩身局部强度不够而在此处断裂;桩在堆放、起吊及运输过程中，也可能发生断裂。

(2)防治措施

施工前，清除地下障碍物，构件经检查不合格不得使用;开始沉桩时，发现桩不垂直应及时校正;采用“植桩法”施工，钻孔的垂直偏差要严格控制，植桩时，出现偏移不宜用移动桩架来校正，以免造成桩身弯曲;桩在堆放、起吊运输过程中，应严格按规定或操作规程执行。出现断桩，一般采取补桩的方法。

2.沉桩达不到设计要求

沉桩达不到设计要求是指桩设计时是以最终贯入度和最终标高作为施工的最终控制，而有时沉桩达不到设计最终控制要求。

(1)原因分析

设计考虑持力层或选择桩尖标高有误;勘探时对局部硬夹层或软夹层的透镜体未能全部了解清楚;群桩施工时，由于挤土现象，导致桩沉不下去;桩锤太大或太小;打桩间歇时间过长，摩擦力增大;施工时定错桩位;桩顶打碎或桩打断，致使桩不能继续打入。

(2)防治措施

根据地质资料正确确定桩长及桩位;合理选择机械，防止桩身断裂，桩顶打碎;认真放线定桩位;遇有硬夹层，可采用植桩法等施工;当桩打不进去时，施工中可适当调节桩锤大小和增加缓冲垫层的厚度。

3.桩顶位移

桩顶位移是指在沉桩过程中，相邻桩产生横向位移或桩身上升。

(1)原因分析

桩数较多，土壤饱和密实，桩间距较小，在沉桩时土被挤到极限密实度而向上隆起。

(2)防治措施

采用井点降水等排水措施，减小其含水量;沉桩期间不得同时开挖基坑，待沉桩完毕后相隔适当时间方可开挖;采用“植桩法”可减少土的挤密及孔隙水压力的上升。

4.桩身倾斜

桩身倾斜是指垂直偏差超过允许值。

(1)原因分析

场地不平或桩架上导向杆调节不灵;稳桩时不垂直;桩尖倾斜过大;土层有陡的倾斜

(2)防治措施

场地要平整;其他措施参见“桩身断裂”和“桩顶碎裂”。

5.接桩处松脱开裂

接桩处松脱开裂是指接桩处经过锤击后，出现松脱开裂现象。

原因分析:连接处表面没有清理干净;采用焊接或法兰盘连接时，铁件面或法兰平面不平，有较大间隙，造成焊接不牢或螺栓拧不紧;焊接质量不好，焊缝不饱满;采用硫黄胶泥接桩时，硫黄胶泥达不到设计强度;两节桩不在同一直线上，锤击时接桩处因局部产生集中应力而破坏连接。

当发生上述现象时，按产生原因分别纠正。