沉管灌注桩在不均匀持力层情况下的设计
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摘要：沉管灌注桩桩作为一种地基处理技术在房建工程中得到了广泛的应用，本文就针对沉管灌注桩的沉桩机理进行简单介绍，然后介绍其主要的施工技术，最后对沉管灌注桩施工容易出现的问题进行简单探讨。
关键词：持力层；沉管灌注桩；分区设计；软土地基
中图分类号： TU471.8 文献标识码： A 文章编号：
引言
在软土地基中，沉管灌注桩以其工效高、钢材省、造价低等明显的优越性在工程中被广泛采用，成为多层建筑物的首选桩型。但软土地基桩尖持力层顶面往往起伏不平、高差较大，甚至出现持力层缺失的情况，给桩基设计和施工都增加了较大的难度。
一、沉管灌注桩在桩基施工中的优缺点
桩基是基础的重要组成部分，多层和高层建筑大多采用各种形式的桩基础。上部建筑物的所有荷载都直接由桩基传递到持力层，桩基础不但要有足够的竖向承载力能承受上部荷载的作用，地震时要求桩基础必须有足够的水平承载力。因此，桩基是地基与基础分部的重要分项工程。沉管灌注桩就是将带有桩尖的钢管沉入土中，至设计标高后向钢管内灌注混凝土（或钢筋混凝土），再将钢管随振随拔，使混凝土留在孔中而成的桩。近几年来，沉管灌注桩因为施工机械简单、施工方法快捷、单方造价低等优点而被大多数多层建筑所采用。但是由于桩身为现浇砼，容易受地质条件和人为因素的影响，桩身混凝土强度不足、缩径、夹泥、断桩、吊脚等桩基质量缺陷时有发生。
二、沉桩机理
沉管灌注桩在施工过程中，利用振动或锤击方式将带有活瓣的桩尖“刺入”土中，由于上部荷载比较大，会对土体中的原状土产生一定的扰动，造成土体压缩变形，同时土体会对桩尖产生相应的阻力，随着灌入深度的增加，这种摩擦力会逐渐增大，只要顶部给出足够大的压力，就能抵抗这些摩阻力，桩将继续下沉。当桩沉入到设计标高后，土体中的空隙水压力会逐渐减小，在一段时间内，土体发生固结、强度逐渐恢复，这时桩才获得承载力，承受上部传递下来的荷载。
从大量的工程实践中来看，粘性土中较长的桩的最终承载能力会比桩基施工时高很多，尤其在某些土体固结系数较高的软土地基中，桩最后可以承受的极限荷载比最终压力值高出1-2倍，但是粘性土中的短桩，土体强度经过一段时间的恢复，摩阻力随有所提高，但是由于桩身较短，侧向摩阻力较小，所获得的极限承载力也不能达到桩的最终压力。
三、工程实例
1、工程概况
本合同段软基处理采用段长度1.535km，其中采用沉管灌注桩（φ377）处理段长度为400m；处理深度为11～15m。合同段共计51611m。
2、施工准备
施工场地：
（1）清表：先清除地表树木、草皮等杂物，挖除15～30cm厚的腐植土。
（2）整平：清表工作完成后报监理工程师检查，经检查合格后方可进行场地整平。
（3）回填：整平后回填一层宕渣。回填标高同设计原地面线高度，且设2%～4%的横坡度，以便排水，回填完成后做压实处理。
设备选择：
采用DZ- 90型电动振动沉管机。DZ- 90型电动振动沉管机的主要组成部件有桩架框架、绞车、滑轮组、电动振动锤、桩管、吊斗、底盘等，主要技术性能指标：行走速度：96m/h；激振力：429～697kN；适用桩长：20m以内；容许抗拔力：240kN。
3、施工顺序及注意事项
沉桩顺序：考虑沉管灌注桩施工过程中的挤土效应（沉管灌注桩施工过程中由于挤压土体及振动造成含水量饱和土体的液化，土体受挤压逐渐密实，土体颗粒间的气体及空隙水大量排走，在大面积桩体施工过程中土体受压，桩体周围的土体大面积隆起现象），施工时主要采用从中向外、隔排跳打的原则，否则，由于沉管灌注桩施工过程中所造成的挤土效应，部分桩基已施工完成，该部分土体较为紧密，如果再在其周围振动施工时，沉管桩机振动下沉、挤压、混凝土灌注及振动灌注上拔过程对部分土体又产生了挤压作用，迫使土颗粒间隙继续缩小，由于该挤压力无法使土颗粒间隙继续缩小时将会使周围土体快速往压力较小方向扩展（土体可扩展方向有三种情况，即周围；向下；向上）。由于周围已加固土的体颗粒较为紧密，基本无法继续挤压，所以往周围扩展的可能性较小；基地持力层土体颗粒紧密，所以扩展的可能基本没有；被挤压土体形成向上扩展的趋势。该结果所造成的土体上隆对已施工强度较低的桩基造成的挤压及上拔可能会形成缩颈，甚至断桩等质量事故的发生，所以先施工中间一排桩，然后再向两侧施工。施工时应采用调排、跳行法施工。两侧应采用逐排沉桩的方法，沉桩过程中要边退边打，避免桩机移动时扰动已施工的桩位。
4、施工方法及工艺流程
（1）设置桩尖和桩管
按照施工放样的桩位中心，先设置预制钢筋混凝土桩尖。桩架安装必须水平，桩管应垂直套入桩尖，二者在同一轴线上。
（2）沉管
在振动沉管过程中，不得有偏心，并随时检查预制钢筋混凝土桩尖有无破损，桩管有无偏移或倾斜，若有上述情况应立即纠正。桩管内不允许进入水或泥浆，当有水或泥浆进入时，应灌入1.5m高的封底混凝土后再开始沉桩。
（3）灌注混凝土
每次向管桩内灌注混凝土时应尽量多灌，用长桩管打短桩时，混凝土可一次灌足；打长桩时第一次灌入桩管的混凝土应尽量灌满。第一次拔管高度应控制在能容纳第二次所需要灌入的混凝土量为限，不宜拔得太高。在拔管过程中应设专人用测锤检查管内混凝土面的下降情况。
（4）拔管
开始拔管时，应测得混凝土确已流出桩管后，才可进行继续拔管。由于采用了预制桩尖振动沉入的桩管，应先振5～10秒再开始拔管，边振边拔。每上拔1m，应停拔并振动5～10秒。如此反复操作至桩管全部拔出。拔管速度应控制在0.8m/min以内。
5、施工控制要点
（1）施工前应复核测量基线、水准基点和桩位。桩基轴线的定位点及施工地区附近所设的水准点应设置在不受桩基施工影响的地方。
（2）沉桩设备就位后必须平正、稳固，确保在施工中不发生倾斜、移动。为准确控制沉桩深度，应在机架或桩管上标志醒目的深度标记。桩身必须垂直。应在机架上相互垂直两面上分别设置两个0.5kg重的吊线锤，并划上垂直线。
（3）沉管灌注桩施工中，应注意观察桩顶和地面有无隆起及水平位移情况，并应及时研究，采取措施。
（4）沉桩过程中桩突然下沉困难或不能下沉时，可能桩尖损坏或遇到地下障碍物，应及时将桩管拔出，进行研究处理后，重新插入进行施工。
（5）检查成孔质量合格后应尽快灌注混凝土。在灌注过程中应用测锤测定混凝土的灌注高度，以检查灌注质量。灌注充盈系数不得小于1。
（6）加强施工管理，密切注意桩身混凝土有无发生缩颈及断桩等现象，若有发现应立即采取反插法或复打法及时处理。
6、结论
（1）软土地基持力层顶面起伏比较大的工况下，尽可能多设看差点，以提供准确的地质情况，使设计与施工有充分的依据。
（2）设计中应根据地质的变化情况，进行合理分区，分别确定桩长、桩架配重，以方便施工。
（3）虽然桩存在长短差异，但桩的沉降应均匀。当短桩为端承摩擦桩时，即使长桩的桩侧摩阻力已可满足单桩承载力要求，但仍应进入持力层。长、短桩分贝进入持力层的深度，根据桩的变形设计确定，且应使桩承载力相差不大。
结束语
综上所述，沉管灌注桩的施工过程全部在地下完成，因此给工程的质量控制带来一定困难。由于各种原因所造成的质量事故，都将影响到桩的设计承载力，给整个的建筑物带来安全隐患。所以施工时必须仔细研究地质状况，认真研究施工方案，加强技术管理，以确保沉管灌注桩的施工质量。
参考文献
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