沉管夯扩灌注桩的由来、施工、质量问题及处理措施以及在工程中的应用等相关研究

1、沉管夯扩灌注桩的由来、施工、质量问题及处理措施以及在工程中的应用等相关研究目录一、背景由来 .31 、灌注桩 TOC o 1-5 h z 系32、沉管灌注桩3二、沉管夯扩灌注桩施工31 、夯扩桩的施工工艺程序是：42.2、施工技术要点53、施工注意事项52.4、施工质量控制标 TOC o 1-5 h z 准55、安全技术措施66、雨季施工措施7三、施工质量问题及防治措施71 、概述72、质量问题及防治措施7四、沉管夯扩灌注桩在某市软土地区的应用101 、前.102、岩土工程条114.3、夯扩桩的技术特 TOC o 1-5 h z 点124.4、夯扩桩在该地区的施工、经济效果评价134.5、夯扩

2、桩在该地区的发展前景展望14沉管夯扩灌注桩一、背景由来、灌注桩系灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。按其成孔方法不同，可分为钻孔灌注桩，沉管灌注桩、人工挖孔和挖孔扩底灌注桩等。1.2、沉管灌注桩沉管灌注桩，又叫套管成孔灌注桩，是目前采用较为广泛的一种灌注桩。沉管灌注桩是指利用锤击打桩法或振动打桩法，将带有活瓣式桩尖或预制钢筋混凝土桩靴的钢套管沉人士中，然后边浇筑混凝土（或先在管内放入钢筋笼）边锤击或振动边拔管而成的桩。依据使用桩锤和成桩工艺不同，分为锤击沉管灌注桩、振动沉管灌注桩、静压沉管灌注桩、振动冲击沉管灌注桩和沉管夯扩灌注 桩等。这

3、类灌注桩的施工工艺是：使用锤击式桩锤或振动式桩锤将带有桩尖的钢管沉人土中，造成桩孔，然后放人钢筋笼、浇筑混凝土，最后拔出钢管，形成所需的灌注桩。沉管桩对周 围环境有噪音、振动、挤压等影响。沉管灌注桩成桩过程为：桩机就位一锤击（振动）沉管一上料一边锤击（振动）边拔管，并继续浇筑混凝土一下钢筋笼，继续浇筑混凝土及拔管一成桩。二、沉管夯扩灌注桩施工沉管夯扩灌注桩，简称夯扩桩。它是利用打桩锤将内外桩管同步沉入土层中，通过锤击内桩管夯扩端部混凝土，使桩端形成扩大头，再灌注桩身混凝 土，拔外桩管时，用内桩管和桩锤压顶在管内混凝土面上，使桩身密实成行。夯扩桩桩身直径一般为 400600mm,扩大头直径在50

4、0900mm,桩长不宜超 过 20M 。适用于中低压缩性粘土、粉土、砂土、碎石土、强风化岩等。 2.1 、夯扩桩的施工工艺程序是：（如上图）按基础平面图放出各桩的中心位置，并用套板和撒石灰标出桩位； 2） 机架就位，在桩位垫一层150-200mm厚与灌注桩同强度等级（C30）的干硬性 混凝土，放下桩管，紧压在基上面，以防回淤；3）将外桩管和内套管套叠同步打入设计深度；4）拔出内夯管并在外桩管内灌入第一批混凝土，高度为 H,混凝土量一般 为 0.1-0.3m3；）将内夯管并在外桩管中压在混凝土面上，并将外桩管拔起h 高度（ h , 一般为 0.6-1.0m;6 ）用桩锤通过内夯管将桩管中灌入的混

5、凝土挤出外管;7）将内外管再同时打至设计要求的深度（h 深处 ）,迫使其内混凝土向下部和四周基土挤压,形成扩大的端部,完成一次夯扩。或根据设计要求，可重复以上施工程序进行二次夯扩；8）拔出内夯管在外管内灌第二批混凝土，一次性浇筑桩身所需的高度；9）再插入内夯管紧压管内的混凝土，边压边徐徐拔起外桩管，直至拔出地面。2.2、施工技术要点1）如有地下水或渗水，沉管过程、外管封底可采用干硬性混凝土，经夯实形成阻水、阻泥管塞，其高度一般为 100mm。2）桩身混凝土分段浇筑；拔管时，内夯管和桩锤施压于外管中的混凝土顶面，边压边拔。3）工程施工前进行试成桩、详细记录混凝土的分次灌入量、外管上拔高度、内管夯

6、击次数、双管同步沉入深度，并检查外管的封底情况，有无进水、涌泥等，经核实后作为施工控制的依据。4）桩端扩大头进入持力层的深度不小于3m；3、施工注意事项（1）夯扩桩机在施工前要调制平整，使桩机护筒对准桩位。（2）保持护筒垂直，利用桩机的反压装置和锤击土层使护筒进入土层中，并控制好护筒底部标高。（3）沉管完毕，进行填料夯实。根据土层的性质控制每次填料量，使填入土层中的填料夯击密实，形成桩端扩大头。(4)填料夯实后，夯填料顶面标高距护筒底5-10cm时，提锤落距为6m进行空击，贯入度不大于10cm。如不满足贯入度要求，继续填料。(5)填夯干硬性砼，每次填夯2-5 锨，共填夯0.3m3 干硬性砼。干

7、硬性砼的标准是手握成团一捻就开。并使硅上标高距护筒底标高 5cm。(6)提出锤，放入钢筋笼，检查标高。(7)灌注砼，并满足最小灌注量。(8)提出锤进行振捣，振捣棒要快插慢拔，振捣深度2m。(9)定时检测砂，石含水量，混凝土塌落度，及时调整每盘混凝土掺水量。4、施工质量控制标准( 1)桩的施工允许偏差:I .桩径允许偏差：-20mmH .桩的垂直度允许偏差： 1%田.桩位的允许偏差：中间桩不大于150m ，边桩不大于70mm 。IV.桩顶标高的允许偏差： 50mm；( 2)钢筋笼制作应符合下列要求：I .主筋间距允许偏差：10mm；n .螺旋筋螺距允许偏差： 20mm；田.钢筋笼直径允许偏差：

8、10mm；IV .钢筋笼xx允许偏差： 100mm；（ 3）对粗、细骨料的要求：夯扩桩施工所用材料均应严格实行质量检验。不合格材料严禁使用，选用大1-3cm碎石，含泥量W3%所选用的砂，其含 泥量W3%（ 4）砼的拌和与浇捣要求：砼灌注前坍落度、和易性、粘聚性一定满足要求，满足充盈系数的要求。C35硅的拌和：I .严格按照实验室提供的配比进行配制；H .硅的拌合必须均匀，搅拌时间不得少于90秒；出.每盘C35硅的坍落度必须控制在10-14cm;2.5、安全技术措施1）打桩前，对邻近施工范围内的原有建筑物、地下管线等进行检查，对有影响的工程，采取有效的加固措施或隔振措施，以确保施工安全。2）机具

9、进场要注意陡坡、陷地和防止碰撞电杆、房屋等，以免造成事故。3）打桩机走道须平整、坚实，必要时宜铺设道渣，经压路机碾压密实。场地四周挖排水沟以利排水，保证移动桩机时的安全。4）在施工前先全面检查机械，发现有问题时及时解决，检查后要进行试 运转，严禁带病作业。机械操作须遵守安全技术操作要求，由专人操作，并加强机械的维护保养，保证机械各项设备和部件、零件的正常使用。5）吊装就位时，起吊要慢，拉住溜绳，防止桩头冲击桩架，撞坏桩身； 加强检查，发现不安全情况，及时处理。6）在打桩过程中遇有地坪隆起或下陷时，随时对机架及路轨调平或垫 平。7）机械司机，在施工操作时要集中精力，服从指挥信号，不得随便离开 岗

10、位，并经常注意机械运转情况，发现异常情况要及时纠正。要防止机械倾斜、倾倒，桩锤不工作时，突然下落等事故的发生。8）打桩时桩头垫料严禁用手拔正，不要在桩锤未打到桩顶即起锤或过早 刹车，以免损坏桩机设备。6、雨季施工措施1）制定雨季排水预案，做好防排水设备，保证雨季进场道路畅通。2）水泥等怕潮材料入库垫高码放。3）收听天气预报，预知有雨天气，提前准备塑料布，油毡等防雨材料。4）现场机械设备有效接地，防止雷击。三、施工质量问题及防治措施1 、概述沉管夯扩灌注桩施工工艺，以其施工技术可靠、施工速度快、工程造价低、单桩承载力高等特点，越来越多的被建设单位及设计单位所采用。但是由于夯扩桩施工技术要求的特点

11、，目前市场经济竞争下夯扩桩的价格偏低，施工单位的技术水平参差不齐，一些施工队伍对夯扩桩的认识不足，施工防范措施不到位等因素，造成了施工后桩的质量水平差异较大，在不少工程中出现了桩身断裂、桩身缩颈、桩身混凝土离析夹泥、混凝土强度偏低、桩端达不到设计 标高、扩大头达不到预计的直径、桩位偏移大等问题。2、质量问题及防治措施（ 1）桩身断裂问题1 ）产生原因分析：在施工过程中，由于夯扩桩施工设备一般较重，在临近桩施工时机械行走、运转所产生的挤压、振动，可能对临近桩产生水平剪力，以至造成桩身断裂；同时，由于沉管桩属于挤土桩，土体受挤压后产生侧向位移，同时还会伴随产生地面隆起现象，这时会对相邻桩产生水平侧

12、向和向上努力，很容易处于初凝状态的桩体挤断裂；再者，由于施工时灌注混凝土的配合比不当、和易性差，拔管速度过快，混凝土在管内的流动性不好，也极易产生断桩。2）防范措施采取退打施工方案，尽量避免施工设备在成型桩上运行；施工桩应尽可能连续打完，使其在临近桩未达到初凝状态前全部完成；施工沉管过程中，地层 上部的挤土效应最为明显，因而对邻近桩的影响也最大，因此在沉管入土时尽量采用静加压方式，减少对临近桩的影响。（ 2）桩身缩颈问题1 ）产生原因分析：拔管速度过快，由于桩体的形成过程是在拔管的过程中混凝土在振动条件下流出管外，与周围土体接触形成桩体，如果拔管速度过快，管内混凝土不能及时充分流出管外；而由于

13、周围可能处于软塑状态的土体在临近桩施工振动作用下侧向应力恢复较快，对流塑状态的混凝土产生挤压，至使桩体断面变小；又因越是靠近地面桩管的摩擦阻力越小，拔管速度容易变快，此时管内混凝土的压力又很小，混凝土越不易流出管外；此外，混凝土材料粒径过大，混凝土的配合不当，浇注时产生抱管 现象，也会形成夯扩桩缩颈现象。实践证明，夯扩桩缩径现象多发生在地表下2m 左右水位变化或地层软硬交界处。2）防范措施：降低提管速度，特别是在接近地表3m 范围内速度应严格控制在0.8m/min以内 ;采用 留振 措施或拔出管后采用振动棒在桩体上部振捣措施；施工前在场 地周边预先施工一些砂桩、碎石桩泄压井，这样再施工夯扩桩时

14、，产生的超静 水压力从渗透性能较好的砂石桩中顺利泄放；地下水位埋深较浅时，应采取适 度的井点降水措施，或者沉管成孔后孔中放入滤布包好的钢筋笼，以此来控制 减小沉管产生的超静水压力；合理布置打桩顺序，不集中打桩，以利孔隙水压 力的消散。（ 3）桩身混凝土离析、夹泥、强度偏低问题1 ）产生的原因分析：地下水位过高，土体含水量大，施工沉管过程中形成超静水压力乃至形成地下承压水流，造成对临近刚施工过夯扩桩体的冲刷，甚至可能出现喷水冒浆现象，最终水泥被泥浆置换；桩端密封不严密，或沉管后桩管在土体中停留时间过长，至使管内进水、进泥，然后灌入混凝土后造成桩端混凝土离析、夹泥现象；混凝土材料的选取不当、配合比

15、不当，造成桩体产生离析、桩体强度偏 低现象；2）防范措施：如前所述，施工前采取降水措施，打一些降水井或施工一些泄压井以减轻土体中的超静水压力；沉管前严格检查桩端的密封情况，保证其严密性，防止沉管过程中进水、进泥，若沉管后发现管内少量进水，可先倒入一些干水泥进行吸干，方可进行下一步工序；做好混凝土材料的选取、验收工作，严禁使用 不合格材料，必要时应进行洗料，严格控制混凝土的配合比，坍落度易控制在 8-10cm。（ 4）桩顶或桩端达不到设计标高、扩大头不足问题1 ）产生原因分析：对桩体的灌料量估算不足，投入混凝土量偏少；对场地的岩土工程条件了解不明确，尤其是桩端持力层的起伏标高不明，局部桩端贯入持

16、力层深度较 大，超过了机械施工能力；桩体扩大头夯扩量过大，一方面造成临近桩难以下 沉到设计标高，另一方面造成整个场地持力层越挤越密，最终有沉不下的现 象；夯扩头材料的投放量不足、夯扩头材料的坍落度过大、持力层的密实度较 大、选用机械设备的参数偏低等因素都会造成夯扩头不足。2）防范措施：正式开工之前，详细了解场地的岩土工程条件，必要时应作补充勘察，了解硬夹层、持力层情况；正确理解沉管夯扩灌注桩施工图纸的要求，制定合理 的施工组织设计，计算好夯扩头材料用量，夯扩过程中的锤击数，桩体材料的充填量；合理选择施工机械、施工方法。实践证明：沉管难以下沉时，更换大能量级的锤或利用配重增加压力或辅以射水流都

17、是行之有效的办法；夯扩头材料选用干硬性的混凝土质量较易保证。（ 5）桩顶位移量大、桩中钢筋笼偏移、桩顶预留钢筋长度不足1 ）产生原因分析：桩管在入土下沉时，导向架与地面不垂直，下沉到一定深度后往往再用行走桩架方式难以校正桩位；桩管下沉时在地表如若遇到虚填土坑、大块硬障碍 物，桩尖都会偏向较软的方向，以至造成桩位的偏移；此外，群桩施工时，由 于挤土效应也常常会造成桩位的偏移。桩中钢筋笼偏移现象主要是笼上未设置 导正筋或导正块；再者可能是混凝土灌注完毕拔管过程中，吊放钢筋笼装置出 现提拉现象。桩顶钢筋长度不足原因分析是拔管过程中，吊放钢筋笼装置出现松动，产生向下滑移现象，或者因刚浇注的混凝土坍落度

18、大、桩体混凝土处于流塑状态，钢筋的比重比混凝土的比重大，在施工振动作用下，钢筋沉入混凝土。 2）防范措施：施工前应将地表、地下障碍物（建筑垃圾等）彻底清除；在桩管对准桩位开始为沉管之前，应进行打桩设备的底盘调平、导向架的调直，保证沉管与导向架平行、与地表面呈垂直状态；在最初没管时，若发现沉管不垂直应及时调整，打入一定深度后发现偏移较大时，应拔出管后回填素土或砂重新沉桩。钢筋笼应按要求焊接加强筋、焊接导正筋或绑扎导正块，防止钢筋笼在振动拔管过程中受外力作用至使主筋偏移成束状，或整笼偏移产生桩体露筋现象。钢筋笼下沉是造成桩顶钢筋长度不足的主要原因，措施就是在灌注混凝土拔管过程中，固定好笼的吊放装置

19、，防止内管或内锤挤压钢筋笼，在桩体浇桩完毕后，利用焊接细钢筋将笼体固定于地表一段时间。（ 6）几点体会：1 ）通过产生质量原因分析不难看出，施工工艺及过程在一定程度上是决定质量优劣的一个重要因素，施工前必须通过分析场地岩土工程条件，明确桩基础施工图的设计要求，制定详细的施工方案，针对特殊地质情况提出具体措施，确保施工保质保量的顺利完成。2）加强施工队伍素质的管理是确保夯扩桩施工质量保证的重要环节。选择有实力、有施工经验、管理素质较好的施工队伍，确保现场施工人员严格按规定要求施工，严格执行各工序施工验收程序。3）做到施工全过程的质量监控与管理，这也是提高工程质量的重要环节，建设单位和监理单位协助

20、、监督和要求施工单位高质量完成施工。4）明确影响质量的关键点，有针对性的采取加强管理措施，沉管夯扩桩关键在于：沉管位移量的要求、夯扩头的控制、拔管速度的控制、混凝土配合比的控制、钢筋笼的制作吊放等，根据实际情况，对易发生质量事故的环节实行以预防为主，使事故防患于未然。5）总之，只要施工队伍能够正确认识到沉管夯扩桩施工的特点，施工中严格把关，具体问题具体分析，做到措施得当，质量问题完全是可以保证的。四、沉管夯扩灌注桩在某市软土地区的应用4.1 、前言随着建设事业的迅速发展，多层、高层建筑逐渐增多，建筑物上部结构对地基强度及变形要求更趋严格，为解决其强度和控制其变形量，采用桩基础的工程日益增多，桩

21、基础在基础工程中所占的比例越来越大。桩基础虽然具有良好的工程技术效果，但是其工程造价一般比较高，约占土费用的20%30%，甚至更高。为降低桩基础工程费用，节约材料，根据该地区的岩土工程条件，建筑物结构类型以及场地施工条件，合理的选择桩基础类型，成为工程界为了提高工 程效益、降低工程造价所探讨的一个重要议题。4.2、岩土工程条件该地区地处黄河三角洲冲（淤）积平原，地层主要由黄河冲积、淤积及滨海相沉积构成，地面标高约为35m,做为建筑物地基土的构成主要为第四系全新统地层，自地面以下 20m 深度范围内的地层分布情况自上而下为：1）层：粉土粉质粘土，黄褐色，土质均匀。本层在水平上分布不同，受耕植层的

22、影响，上部含大量植物根系。厚约为 1.004.10m。层底深度为1.004.10m。2）层：淤泥质粘土粘土粉质粘土，灰色灰褐色，土质很软，层厚约0.503.90m,层底深度为2.105.30m。3）层：粉质粘土，褐灰色，土质不均，上部土质较软，下部土质销硬，厚度约2.904.50m,层底7莱度为4.809.40m。（ 4）层：粉土，灰色，颗粒较粗，局部为粉砂，夹有粉质粘土薄层，层厚约4.1012.00m,层底7莱度为 12.0017.80m。5）层：粉质粘土，灰色，土质较细腻，与粉土、粘土交互薄层出现，层厚约2.806.70m。6）层：粉土粉砂，浅灰褐灰黄褐色，砂粒含量较高，局部可达粉砂，土质

23、均匀，层厚约2.804.80m,层底深度18.2024.50m。根据以上地层分布特征，第1）层除去表层约1.00m 左右厚的耕植层或素填土或杂填土外，下面都分布有一层12m厚的粉土层，该土层地基承载力标准值为80120mPa,为该地区相对较好的一层土，亦称为硬壳层，五层以下建筑物一般可做为天然地基持 力层，但是该层分布不连续，厚度变化较大，有些场区该层完全缺失，其下面2）、（3 ）层相对承载力较低，压缩性较高，相对成为软弱下卧层，天然地基对五层以上建筑物已基本不能适用，4）层粉土工程性能较好，埋深一般自地表以下10.00m左右，其厚度分布相对较稳定，承载力标准值为120160kPq是理想的第二

24、桩端持力层。对于 一些因天然地基承载力不够，而必需进行地基处理或采用桩基础的拟建筑物来 讲，充分利用场地的岩土工程勘察资料，选择合理的桩端持力层，结合实际选 择适当的地基处理方案和桩基础类型，是建筑物基础设计中的一个首要问题。4.3、夯扩桩的技术特点夯扩桩，是一种利用锤击式或振动式混凝土沉管灌注桩打桩机，在桩身底部利用内管挤扩或重锤夯扩，致使管底部的混凝土夯出管外形成扩大头，再浇灌桩身混凝土，最后形成底端带有扩大头的混凝土沉管灌注桩。它具有施工速度快、成本低、质量可靠、能适应不同条件场地土等特点。夯扩桩根据其施工设备不同，夯扩方式不同，夯扩次数不同等不同工艺，可分为多种成桩工艺，但最终施工后的

25、基桩工作原理是相同的：就是在成桩过程中，对相较好的桩端地基上强制锤击挤压，改善桩端土的密实度，利用扩大头增大桩端的截面积，尽可能增加桩在工作过程中桩端夯扩头的端承力，提高桩端承力与桩测摩擦力协调工作中的比例。正是由于夯扩桩通过夯扩，形成扩大头增大了桩端截面积，使单桩承载力较大幅度的提高，与同种参数相同的其它灌注桩相比，减少了单位承载能力的材料用量，从而较大幅度地降低工程造价，具有显著的经济效益和社会效益。该地区上部相对软弱土层厚度较大，4）层相对工程性能较好的土层虽然分布较稳定，但埋深一般在地表下10.00m左右。因此，对于一些多层或高层建筑物的基础设计，往往因上部地基 土承载力的不足而放弃采

26、用天然地基，选择地基处理或桩基础形式。目前，该地区常用的地基处理和桩基础形式大致有：置换砂垫层、砂桩、碎石桩、深层水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、打入式预制桩、沉管灌注桩、静压桩等，这些方法虽然都有它们成功的实例，但往往分别存在有施工技术难度较大，工程造价较高，工期较长及周围环境影响较严重等问题。目前笔者认为，在沉管灌注桩基础上变体形成的沉管夯扩灌注桩是比较理想的桩基础型式，以第（ 4）层工程性能较好的粉土做为桩端持力层，可取得较好的效果，这对该地区近几年大力发展的多层或小高层（510）建筑物更具有深远的技术、经济、社会意义。4.4、夯扩桩在该地区的施工、经济效果评价夯扩桩做为一种新型的现场灌注桩，以

27、其独特的优势，在该地区工程应用中取得了初步性的成功。近二、三年来，建筑物基础施工中应用夯扩桩的项目越来越多，与其它桩型相比，在技术、经济上占有明显的优势，已被建设、设计部门所关注。现选择两个典型工程，从施工效果及经济效果两方面对夯扩桩工程进行综合评价：（ 1） xx 石油化工厂5#住宅楼工程该工程为五层砖混结构住宅楼，三个单元，基础面积约 850 平方米，地质条件上部为杂填土，其下分布有厚约 3m 左右软塑状态的粘性土软弱下卧层，在11m 左右深度分布有一层厚约 3m 的粉土层，工程性能相对较好。根据场地岩土工程条件，天然地基不能满足设计要求，基础设计提出两个对比方案：水泥粉喷桩加筏片基础与沉

28、管夯扩灌注桩基础，通过对成桩费、检测费、 0.00以下其它基础部分材料费、工期等几项指标综合对比分析，经济指标：粉喷桩约 41 万元，夯扩桩约为 29 万元；工期夯扩桩能比粉喷桩提前 20 多 天。基础最终采用沉管夯扩灌注桩，设计参数采用：桩径377mm,有效桩长11. 00mm,采用一次夯扩，单桩承载力标准值350kN,以11m左右深度处的粉土层作为夯扩端持力层。本工程施工后，根据质检要求，随机抽查一批桩分别进行大应变测试单桩承载力、小应变测试桩身质量，其单桩承载力标准值为375-420kN,桩身质量完好率达96%以上，无严重缺陷桩，均满足设计要求。自1999 年 7 月份竣工投入使用以来，建筑物沉降观测结果。总沉降量仅为3cm,使用情况良好。（ 2）该地区市烟草大厦基础工程工程概况：该工程为一幢八层框架结构的建筑物，由于建筑物荷重较大，场地地基条 件较差，天然地基已不能满足设计要求，故采用桩基础，原设计为600mm钻孔灌注桩，设计单桩承载力改为600Kn。岩土工程条件：地表为厚约 2.5m 的松散素填土，其下为厚约 5.0-6.5m 的粉质粘土与粉土交互层，工程性能较差；在埋深9.0-10.0m 以下为工程性能相对较好的粉土层，砂粒含量较高，局部可达粉砂，该层qc=6MPa、 fk=160kPa，为较好的夯夯扩桩端持力层。设计施工：本工程共布设2