振动沉管灌注桩工程事故分析与处理
2009-09-28
振动沉管灌注桩（亦称为沉拔管灌注桩），其主要是依靠桩的锤产生的激振力，使桩管沉入土中，在桩管内放置钢筋笼灌入砼，并伴随着振动拔管的过程，使桩身砼密实。因为这种施工工期短，操作工艺简易，承载力高，施工方便，节省材料等优点，被广泛地应用于软弱地区的地基处理。但是由于其成孔、灌注砼、成桩等都处于隐蔽状态，施工质量不易控制，即使是一些施工经验丰富的施工单位，也可能由于各种因素的影响而发生工程质量事故，从而影响整个工程的经济效益，宣化某住宅楼的振动沉管灌注桩的质量事故就是一例。
一 工程概况
宣化某住宅楼是一幢七层居民住宅楼，该楼东西长46.50米，南北宽15.90米，砖混结构，其基础设计为条形基础梁下的振动沉管灌注桩，桩长4.5米~11米不等，桩径0.3777米，桩身砼强度设计等级C20，桩端持力层为砾砂层，单桩设计承载离不小于380KN，钢筋笼长3.0米，主筋4Φ12，螺旋箍筋Φ6＠200，每隔1.5米加焊Φ12加强箍一个，桩基造孔与成桩选用步履式ZCB-45型振动沉管打桩机，整个工程工完成工程桩286根。
场地地貌属山前冲洪积倾斜平原的前端，地层主要由人工土层、第四纪冲湖积层和第四纪冲洪积层组成。
1、人工土层：厚度1.90~2.60米之间变化，层底标高变化在603.81~605.46米，成份为粘土，含砖块、煤屑等生活垃圾，湿~很湿，软塑~流塑状。
2、第四纪新近冲湖积层：
主要由粉土、粉质粘土、粉砂组成，厚度在1.65~3.5米之间，层底标高变化在601.03~602.42米之间。
3、第四纪冲洪积层：
主要由中粗砂，角砾、砾砂、粉质粘土、粉土、粉细砂组成。
4、地下水在标高605.24~605.61之间，属潜水类型，经流方向由北向南。
二 桩基测试
对桩基进行了承载力和桩基完整性检测，鉴于邻近场地的静载试验资料齐全，该工程与邻近场地地质条件、成桩工艺、桩径、施工单位一致，故静载仅取2根桩做施工检验性试验，即加载至760KN时，当不出现规范规定的破坏特征时，即认为承载力合格，后经静载试验检验，两根试桩在760KN时均未出现破坏特征。且沉降量不大于40mm，故承载力检验合格。
采用反射波法，动测桩基完整性，检测仪器采用的是中科院武汉岩土力学所的RSM-12G，其中分二次共随机抽测35根桩，第一次测20根，发现有6根断桩，这6根主要集中在西侧，后又在西侧加测15根桩，试桩位置见图一。
桩基检测结果如下：
序 号
桩 号
桩 长
波 长
桩身浇筑质量情况
1
285
7.0
3600
Ⅰ
完整
2
26
6.0
3600
Ⅰ
完整
3
275
9.0
3550
Ⅱ
基本完整
4
236
1.
3450
Ⅲ
2.47米断桩
5
223
5.9
3500
Ⅰ
完整
6
206
6.3
3450
Ⅲ
2.97米断桩
7
176
5.6
3600
Ⅰ
完整
8
180
5.8
3600
Ⅰ
完整
9
130
6
3450
Ⅰ
完整
10
80
8.22
3500
Ⅰ
完整
11
93
5.5
3500
Ⅰ
完整
12
142
5.3
3400
Ⅱ
基本完整
13
156
6.1
3400
Ⅲ
2.52米断桩
14
205
4.5
3500
Ⅲ
2.70米断桩
15
12
4.5
3600
Ⅰ
完整
16
20
3450
Ⅰ
完整
17
42
5.0
3300
Ⅰ
完整
18
16
4.8
3400
Ⅰ
完整
19
62
5.3
3450
Ⅰ
完整
20
90
5.5
3323
Ⅲ
2.56米断桩
21
278
9.0
3440
Ⅰ
完整
22
281
6.0
3550
Ⅲ
2.40米断桩
23
270
5.8
3241
Ⅰ
完整
24
241
6.5
3500
Ⅰ
完整
25
245
6.4
3478
Ⅲ
2.60米断桩
26
265
10
3520
Ⅲ
4.63米断桩
27
262
7.0
3451
Ⅰ
完整
28
247
10
3417
Ⅰ
完整
29
227
5.2
3400
Ⅲ
2.45米断桩
30
223
5.8
3500
Ⅰ
完整
31
220
10
3500
Ⅲ
4.55米断桩
32
194
6.3
3500
Ⅲ
4.15米断桩
33
210
5.5
3500
Ⅲ
2.97米断桩
34
191
6.6
3500
Ⅰ
完整
35
188
8.6
3200
Ⅲ
3.67米断桩
其中为了验证测试结果的准确性，由施工单位现场将236#桩开挖，实践证明检测结果正确，236#桩在2.65米处断裂。
三 事故分析
综合分析桩基检测资料，造成严重工程桩质量事故的主要原因有以下几个方面：
1、工程桩间距偏小，根据规范《JGJ94—94》规定：对于饱和软土中的挤土灌注桩，最小桩距为4d（d为桩径），而该桩距仅为3d（即1.2m），当已灌砼初凝后，在邻桩沉管过程中，土受挤压产生水平推力使桩产生断裂。
2、由于是属于挤土桩，土体受挤后，向薄弱处传递挤压力，而使地面出现隆起现象，形成对邻桩的摩擦，构成一个向上的拉力，而使桩断裂。
3、砼的级配不太合理，坍落度较小，施工灌注砼的坍落度为3~5厘米，而规范中规定对于挤土桩的坍落度至少为8~10厘米，由于坍落度小极易造成桩身砼离析，夹泥和蜂窝。
4、拔管速度过快，根据规范规定振动沉管灌注桩在管内灌满砼后宜振5~10s，再开始拔管，应边振边拔，每拔0.5~1.0米停拔振动5~10s，如此反复，软弱土层中宜控制在0.6~0.8m/min，由于拔管速度快，停拔振动时间短，或根本不停振，极容易造成缩径、夹泥，桩身断裂，造成工程桩质量事故。
四 事故处理
为了保证上部建筑的安全，对桩基质量事故提出如下三种处理方案：
1、对于数量比较多的断桩，不宜单独逐个处理，可将原桩基上断面500X500mm2的承台梁改为片筏桩基础，片筏基础厚度为250mm，片筏配筋为Φ14＠200。
2、对于缺陷深度在1~3米的断桩，可将原来断的桩段挖去，加套略大于原桩径的钢箍或钢筋砼水泥管，清理干净断裂位置，设素水泥浆一道，再重新灌注砼补做桩段。
3、对于缺陷深度在3米以下的桩，由于地下水位较高和土质较软，开挖补桩对于施工是较为困难的，可采取在原500X500mm2承台梁下作放大角，放大角宽度在1200~1800mm（根据单桩承载力和桩基在建筑平面上的位置确定），下设Φ12＠180受力筋及Φ6＠200分布筋，放大部分长度以相邻轴线长度为准，组成一个复合的桩~梁~土受力体系，以保证荷载的重新分布，减轻原缺陷桩的荷载负担（具体如图2示）。
五 个人体会
通过该工程振动沉管灌注桩质量事故的分析和处理可以得出：
1、振动沉管灌注桩从成孔、灌注砼及成桩的整个过程看，都是处于隐蔽工程，因此桩基施工除应严格按照规范中的有关规定精心施工外，对于不同的工程施工，还应制定出相应的施工方案，采取相应措施，加强工程的施工管理与监督。
2、工程地质资料是整个工程地质情况的概述，桩位布置图是桩基施工的依据，对于工程地质资料和布桩特点，应认真分析和研究，在沉桩过程中，从桩管的沉降难易程度确定土层的软硬，拔管时在软硬土交界处，应停拔振动5~10s。如果桩距偏小，可采取跳打施工。
3、就本工程而言，采取方案一对工程质量事故进行了处理较为合适，同时方案二、三在桩基工程质量事故处理中也可应用，经工程实践表明，施工简单，速度快，是一种行之有效的处理方法。
4、通过书本上的理论知识的学习，初步了解有关灌注桩的质量检测以及事故分析和处理。对今后的工作有重要作用。
