实例分析：建筑桩基础施工质量如何控制？
摘要：改革开放以来, 城市中各类高层建筑拔地而起, 作为高层的基础部分往往在整个建筑物投资中占据了很大的比例。而高层基础往往采用桩基础, 因此, 在桩基施工时如何把好质量关就变得至关重要。本文针对桩基施工的技术要点, 结合某工程的具体实践,对桩基施工过程中的质量控制进行了探讨。
关键词:建筑工程 桩基施工 质量控制
桩基础是工业与民用建筑工程一种常用的基础形式。当采用天然地基浅基础不能满足建筑物对地基变形和强度要求时，可以利用下部坚硬土层或岩层作为基础的持力层而设计成深基础，其中较为常用的为桩基础。桩基础作为一种深基础，具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、沉降稳定快、良好的抗震性能等特性，因此在各类建筑工程中得到广泛应用，尤其适用于建造在软弱地基上的各类建（构）筑物。在建筑工程桩基施工过程中，打（压）桩工程施工工序多，工艺要求高。
在桩基础施工过程中通常容易出现一些质量问题。比如有的施工单位在施工之前没有对当地的水文地质条件做充分的调查, 加上在施工中, 工人挖孔的最小孔径及圆度控制不好,导致桩孔的渗水问题严重,不能保证孔桩能开挖到底。因为上层挖孔的最小孔径及圆度控制不好,冲孔机就无法正常施工;渗水的问题也很容易导致孔洞坍塌, 影响施工质量。打孔完成后, 由于渗水量或渗透压较大,如果采取干处现浇桩基混凝土的方法,会导致大量水分渗入, 从而影响到混凝土结构, 导致桩基折断或其它质量问题。在放入钢筋笼施工中, 容易发生吊放钢筋笼变形或偏位,或者吊装时结构脱离;另外, 如果采用泥浆护壁的水下混凝土灌注, 其钢筋、检测管容易被混凝土包裹, 影响使用。在施工管理中, 工作人员没有对施工原材料进行认真的检查, 或者混凝土使用不符合要求,以及设备故障等原因,都容易引起质量问题或施工事故。
本文主要介绍建筑工程中桩施工的技术特点以及打（压）桩施工中常见质量问题的类别、原因分析、常用处理方法并辅以若干工程质量事故实例加以说明。
一、桩基施工的技术特点
桩基质量取决于勘测,设计、施工等多方面的因素。目前,我们主要使用的桩基主要有人工挖空桩和钻孔灌注桩两大类。了解清楚它们的特点便于我们在施工过程中科学又有区别的对待,提高桩基的质量,进而保障建筑物的质量。
1.1 人工挖空桩
(1)对孔内的空气进行质量监测是进行人工挖桩的重要前提, 我们在挖桩前要对孔内的空气有个具体而又准确的了解,一旦发现有毒气体可以采取相应的解决措施, 避免由于有害气体造成的安全事故。
(2)做好孔内的工作,包括对孔底的清理,以及对孔加以钢筋等来巩固,确保其稳定性以及安全性,在挖桩时,各种配置的材料必须是合理按照标准比例混合的。
1.2 钻孔灌注桩
(1)密切关注孔内的地质变化,及时与勘测数据进行比照,发现问题,防止孔位紧缩, 影响桩基。
(2)准备施工阶段,要准确的把样具放在恰当的位置,便于监测孔的位置性。此外要有容量足够大的水泥浆池, 便于钻孔的及时性以及全面性。
二、桩基施工过程中常见质量问题类别及原因分析
打（压）桩工程常见质量问题有：单桩承载力低于设计值，桩倾斜过大、断桩、桩接头断离、桩位偏离过大等五大类。造成以上问题的原因有：
1 、单桩承载力低于设计要求的常见原因
a.桩沉入深度不足。b.桩端未进入设计规定的持力层，但桩深已达设计值。c.最终贯入度过大。d.其他，诸如桩倾斜过大、断裂等原因导致单桩承载力下降。e.勘察报告所提供的地层剖面、地基承载力等有关数据与实际情况不符。
2 、桩倾斜过大的常见原因
a.预制桩质量差，其中桩顶面倾斜和桩尖位置不正或变形，最易造成桩倾斜。b.桩机安装不正，桩架与地面不垂直。c.桩锤、桩帽、桩身的中心线不重合，产生锤击偏心。d.桩端遇石子或坚硬的障碍物。e.桩距过小，打桩顺序不当而产生强烈的挤土效应。f.基坑土方开挖不当。
3 、出现断桩的常见原因
除了桩倾斜过大可能产生桩断裂外，其他原因还有三种：
a.桩堆放、起吊、运输的支点或吊点位置不当。b.沉桩过程中，桩身弯曲过大而断裂。如桩制作质量造成的弯曲，或桩细长又遇到较硬土层由锤击产生的弯曲等。c.锤击次数过多。如有的设计要求的桩锤击过重，设计贯入度过小，以致于施工时锤击过度导致桩断裂。
4 、桩接头断离的常见原因
设计桩较长时，因施工工艺的需要，桩分段预制，分段沉入，各段之间常用钢制焊接连接件做桩接头。这种桩接头的断离现象也较常见。其原因除桩倾斜过大的常见原因外，还有上下节中心线不重合；桩接头施工质量差，如焊缝尺寸不足等原因。
5 、桩位偏差过大的常见原因
测量放线差错、沉桩工艺不良，如桩身倾斜造成竣工桩位出现较大偏差。
三、常用桩基施工质量事故处理方法概述
打桩过程中，发现质量问题，施工单位切忌自行处理，必须报监理、业主，然后会同设计、勘察等有关部门分析、研究，作出正确的处理方案。由设计部门出具修改设计通知。一般处理方法有：补沉法、补桩法、送补结合法、纠偏法、扩大承台法、复合地基法等，下面分别简要介绍：
1、补沉法
预制桩入土深度不足时，或打入桩因土体隆起将桩上抬时，均可采用此法。
2、补桩法
可采用下述两种的任一种：
a.桩基承台前补桩。当桩距较小时，可采用先钻孔，后植桩，再沉桩的方法。b.桩基承台或地下室完成再补静压桩。此法的优点是可以利用承台或地下室结构承受静压桩反力，设施简单，操作方便，不延长工期。
3、补送结合法
当打入桩采用分节连接，逐根沉入时，差的接桩可能发生连接节点脱开的情况，此时可采用送补结合法。
首先，对有疑点的桩复打，使其下沉，把松开的接头再拧紧，使之具有一定的竖向承载力；其次，适当补些全长完整的桩，一方面补足整个基础竖向承载力的不足，另一方面补充整桩的可承受地震荷载。
4、 纠偏法
桩身倾斜，但未断裂，且桩长较短，或因基坑开挖造成桩身倾斜，而未断裂，可采用局部开挖后用千斤顶纠偏复位法处理。
5、 扩大承台法
由于以下三种原因，原有的桩基承台平面尺寸满足不了构造要求或基础承载力的要求，而需要扩大基承台的面积。
a.桩位偏差大。原设汁的承台平面尺寸满足不了规范规定的构造要求，可用扩大承合法处理。b.考虑桩土共同作用。当单桩承载力达不到设计要求，需要扩大承台并考虑桩与天然地基共同承担上部结构荷载。c.桩基础质量不均匀，防止独立承台出现不均匀沉降，或为提高抗震能力，可采用把独立的承台连成整块，提高基础整体性，或设抗震地梁。
6、 复合地基法
此法是利用桩土共同作用的原理，对地基作适当处理，提高地基承载力，更有效的分担桩基的荷载力。常用方法有以下几种：
a.承台下做换土地基。在桩基承台施工前，挖除一定深度的土，换成砂石填层分层夯填，然后再人工地基和桩基上施工承台。b.桩间增设水泥土桩。当桩承载力达不到设计要求时，可采用在桩间土中干喷水泥形成的方法，形成复合地基基础。
7、 修改桩型或沉桩参数
a.改变桩型。如预制方桩改为预应力管桩等。b.改变桩入土深度。例如预制桩过程中遇到较厚的密实粉砂或粉土层，出现桩下沉困难，甚至发生断桩事故，此时可采用缩短桩长，增加桩数量，取密实的粉砂层作为持力层。c.改变桩位。如沉桩中遇到坚硬的、不大的地下障碍物，使桩产生倾斜，甚至断裂时，可采用改变桩位重新沉桩。d.改变沉桩设备。当桩沉入深度达不到设计要求时，可采用大吨位桩架，采用重锤低击法沉桩。
8、 其他方法
a.底板架空。底层地面改为架空楼板，以减填土自重，降低承台荷载。b.上部结构卸荷。有些重大桩基事故处理困难，耗资巨大，耗时过多，只有采取削减上部建筑物数的方法，减小桩基荷载。也有采用轻质高强的隔墙或其他材料代替原设计的厚重结构而减轻上部建筑的自重。c.结构验算。但出现桩身混凝土强度不足、单桩承载力偏低等事故，可通过结构验算等方法，制定处理方案。如验算结果仍符合规范的要求时，可与设计单位协商，不作专门处理。但此方法必须征得设计部门的同意，万不得已时用之，且应慎之又慎。d.综合处理法。选用前述各种方法的几种综合应用，往往可取得比较理想的效果。e.采用外围补桩，增加周边嵌固，防止或减少桩位侧移等。
总之，桩基施工质量关系到整个建筑物的工程质量，在桩基施工过程中，遇到各种意外情况，应及时与设计部门联系，按设计部门设计修改通知进行施工。
四、桩基施工质量事故实例分析
实例一：某市区人工挖孔桩基事故分析
某市区环山麓平原地带由花岗岩类组成基底, 底部的风化基岩及厚层状残(坡) 积砂质粘土的顶板埋深一般小于10.O m , 上部依次沉积了由冲积上层系、海相淤泥及淤泥质土和冲(洪)积粉质粘土层( 即硬壳层)构成的第四系, 向近山麓逐渐尖灭, 过渡为仅发育坡积砂质粘土。地下水位埋深浅, 多小于3.0m 。近年来, 人工挖孔桩常应用于该区多层建筑的桩基础设计中, 但桩基工程质量事故时有发生。如泉州市有12 个桩基工程36 根桩, 桩长一般在10.0m以内, 最长为16.6 5m , 桩径800 一1 2 0 0 m m ,桩端扩大头直径在1 80 一3 2 0 0 m m 之间;设计多以残(坡) 积砂质粘土及亚粘土作为持力层, 实际桩端持力层为残(坡) 积砂质粘土、泥质砾砂、砂质粘土、亚粘土及粉质粘土的桩, 分别有25 根、2 根、5 根、2根、2 根;单桩极限承载力一般小于3 60 0 kN , 个别可达5 50O k N , 其中合格桩有13 根, 合格率仅为36.1 %。
实例二：某学校食堂桩基施工质量事故
某学校食堂工程, 建筑面积7461平方米, 为三层框架结构,无地下室, 建筑高度13m, 基础采用沉管灌注桩基础。建筑平面示于图1。
1 工程地质情况和桩基设计
该建筑场地位于河谷平原和低山丘接壤地带, 场地地面青岛高程3. 00m左右。场地地势低洼, 地形平坦。该处土层主要由耕作土、淤泥质土及粉质粘土等组成, 具体土层分布情况见表1。
从表1 可以看出, 地面下6. 0~ 8. 0m以上主要是耕作土、淤泥质土为主, 状态为软塑、流塑, 其下为可塑、硬可塑的粉质粘土。桩基设计时根据地质情况并结合当地的实际条件采用Φ500(Φ377 复打) 沉管灌注桩, 桩长12m, 桩端持力层为 层粉质粘土, 单桩极限承载力1200kN。
2 质量事故及原因分析
在桩基施工过程中经施工现场记录桩的定位及尺寸均符合要求。桩身混凝土强度达到设计要求后进行了桩的静载试验, 检测结果符合设计要求。在基础开挖后, 发现沿建筑物四周轴线处的桩顶均向建筑物内部发生大面积的侧移, 最大位移达1000mm, 最小位移也达到300mm。根据现场动测结果, 建筑物周边轴线处的桩均已断裂, 断裂位置基本均在地面标高下约6~ 8m处, 即在土层的软硬交界处, 并且建筑物中部也有部分桩虽未发生桩顶位移, 但桩身质量不符合要求, 约有10%左右的桩为C 类桩, 第二排轴线处的桩顶略有位移, 但在规范允许的范围内, 且桩身完整性符合要求。
原因分析:
1、基础土方开挖不当致使周边桩发生断裂
2、采用机械挖土导致建筑物中部部分桩产生严重缺陷
实例三：某大厦裙楼桩基质量事故
某大厦是市政府投资兴建的政府办公大厦, 其主楼为23 层框剪结构, 主楼基础为桩箱基础, 裙楼为桩基础。主楼地下室底板标高为- 13. 5 m, 裙楼地下室底板标高为- 6. 5 m, 裙楼与主楼之间设有后浇带。建设场地原为一水塘, 后经回填而成。自然地面下2 m为杂填土, 2 m 以下均为淤泥土, 属于典型的软土。
此大厦裙楼桩基础为灌注桩基础, 桩径为426 mm, 桩长为22 m、20 m。施工时主楼裙楼土方一起开挖, 当挖至后浇带下层土方时, 挖土机进入裙楼基坑,致使部分轴线上32 根桩断裂,随即停止机械挖土, 采用人工挖土。同时对挖好土的桩进行低应变动测, 结果表明: 贯穿裂缝桩有25 根, 106 根缩颈桩, 74 根桩完好。裙楼后浇带22 根桩除东、西集水井有4 根完好外, 其余18 根因其倾斜太大, 无法测试, 后予以挖土接桩和补桩处理。同时对全部桩进行现场实测检测, 发现该批桩还存在其它一些质量问题, 如断面尺寸不够、桩顶沉入标高低与设计标高、桩沉入位置与设计位置偏差较大、桩体外部露筋严重等问题。由此可见本工程桩基质量问题的特点是种类多、数量多, 甚至于一根桩体上交错有几种质量问题。因此必须根据现场实际情况对每一根桩体进行加固处理。
桩基质量问题原因分析
1、施工准备仓促
2、机械压重导致桩体断裂
3、挖土卸载导致桩体倾斜（见图）
4、施工不慎导致沉管灌注桩截面尺寸过小
5、施工原因导致桩位偏差
6、测量人员失误导致桩顶标高低于设计标高
7、施工管理问题
五、处理质量问题的具体措施及注意事项
1、认真审核桩基施工图，加强施工准备管理工作
桩基施工图是桩基施工的行为准则,一切施工过程以施工图为目标。因此,审核桩基施工图是不容忽视的重要环节。施工图的任何一个细节都是关系到桩基质量的致命点。在施工实践中,经常遇到施工图中桩顶标高定得偏低的情况, 这几乎成为普遍存在的质量通病,给施工造成一定麻烦。究其原因, 可能是设计人员缺乏现场施工经验或对方桩标准图集中桩顶节点详图不甚了解所致。因此,我们必须认真审核桩顶标高等相关因素。例如在确定沉桩的桩顶标高时,应考虑桩顶混凝土保护层厚度。而对于承台边缘尺寸的审核, 因考虑外在因素的影响下, 确定承台边缘尺寸偏差在规范规定的桩位允许的范围内。
同时，要做好施工组织和技术交底工作,保证严格按照施工规范施工。要真正分析当地的水文地质条件,同时做好归纳总结,预先对桩基的水文地质情况进行判断。如果人工挖孔会导致大量的渗水, 挖孔无法坚持到底, 则应对上层挖孔的最小孔径及圆度进行严格的控制和检测, 确保下半段可以采取机械挖孔, 冲锥能顺利放入; 同时, 为了预防渗水,保证孔洞不会损坏坍塌,应预先将下部的两截护壁做成钢筋混凝土护壁,保障施工可以有序的进行。
2、使用正确的施工方法
施工顺序错误或施工工艺不当同样会造成质量问题, 因此施工方法的正确选择和使用是十分重要而又关键的。选择施工方法时, 我们还要综合经济成本, 安全系数,技术指数等多个方面条件。最终选择合理可靠又使用的施工方法。施工时,我们要根据场地的实际情况进行分析, 由于桩基经常需要深入地底下, 有时候会遇到桩空内出现很大的地下水的情况, 这时候我们就应该采取套管内成桩的方法。而当桩布置太密,我们不便于施工时,这时我们可以选择改变施工顺序,采用间隔成桩法是个不错的选择。
3、规范破桩方案
破桩头工作具有很强的技术性, 在桩基开挖后, 为了实现桩顶与承台的良好连接,我们需要在施工前须制订详尽的方案,充分进行意见交换及技术交流的前提工作。破桩顺序为先凿去桩顶混凝土保护层,凿出四角主筋, 并剔除凿出的钢筋网片及松散混凝土块,嵌入承台的桩顶应较完整,嵌入长度应符合要求。目前,在破桩工作上有很多不符合设计和施工规范要求的施工方法存在。例如,有的工作人员在在破桩时缺乏技术交流而又粗心大意, 误将露出混凝土垫层面的桩头全部破除, 使得原本符合标准高度的顶桩承台长度不足, 甚至桩顶与垫层面相干, 这些都给桩基施工带来了诸多麻烦。
4、解决渗水问题
为了避免渗水对施工带来的不良影响,如果发现桩孔渗水,不管是人工成孔还是机械成孔的, 都必须在清孔合格后采用水下混凝土方法灌注。在灌注前,现场的质量管理人员要保证其安全操作, 并检查桩孔, 即使判断干处现浇方法是否适用于当前的施工环境。严禁在桩底有严重渗水积水时直接灌注混凝土, 因为这会导致水灰比发生变化,混凝土承载力下降,引起桩底质量事故。
5、完善钢筋安装工作
桩孔放入钢筋笼时,必须在质量管理人员的密切监控下严格按设计直径(圆度),并将钢筋笼上端调校正确,采用科学的方法固定,预防桩基在施工过程过程中发生位移和损坏。钢筋笼的吊点加强筋(箍)必须焊接牢固,吊装时的安全监督也十分重要,必须完善各项步骤,预防出现吊装事故。由于孔壁不稳定,此时必须采取泥浆护壁的水下混凝土灌注方法,因此,施工单位应加强管理,配备足够的焊接设备、钳接人员和焊接人员,争取一次性作业,尽量短的时间完成钢筋笼接长,同时进行混凝土灌注。因为泥浆循环的时间过程,会造成钢筋、检测管被泥浆凝结层包裹情况,导致桩基声检不合格。
6、做好资料收集, 统一桩基础工作质量验收标准
在对工程质量进行调查、统计分析的过程中,通过的收集到的数据,分析总结出现的施工质量问题,以便及时采取相应的有效措施,预防和避免施工事故的发生,为确保质量、安全创造良好条件。
同时，质量验收是检查桩基质量的关键环节,为了控制施工过程并且保证施工质量,我们就必须按照一定的标准进行施工质量验收。其中最权威的建筑桩基施工质量验收的国家标准主要有《建筑地基基础工程施工质量验收规范》、《建筑工程施工质量验收统一标准》。在新的规范刚出台时,由于新老规范处在衔接阶段, 很多原有图集或技术规范尚未修订或者还来不及更新,施工单位还使用着很多原有的技术。此时在质量验收的执行过程中将会出现一些混乱。就比如现在普遍使用的预制钢筋混凝土方桩国家标准图集方法关于桩位允许偏差的数据就与新的规定有所区别。所以在今后的桩基验收工作中, 统一质量标准也是解决质量问题的重要因素。
7、 实施跟踪检查,保证质量管理
很多工程施工问题都是从现场监督、跟踪的环节中发现的, 管理人员在开展现场监督工作的时,一定要认真仔细,不怕辛苦,对每一步施工环节都要仔细检查,发现问题进行及时的处理,以减少施工损失。此外, 质量监督人员要严格督促现场施工人员按照施工规范作业,所使用的钢筋、混凝土等质量是否达标,都是监督人员要检查和跟进的问题。质量管理人员在施工现场如遇到难题,要和施工人员积极沟通,寻求解决问题的方式。只有这样细致的进行检查工作,才能保证施工质量。
六、结语
在建筑物越来越发展迅速的今天, 我们对于建筑物的质量保障也有了新的要求。而桩基作为建筑物质量的基础,它的施工质量应该给予高度的重视。桩基的设计上应该首先满足地基承载力和变形这两项基本要求。我们必须认真对待桩基施工过程的每一个环节,它们环环相扣,共同决定着桩基的质量。
现代科学技术正在不断进步, 建筑施工中也不断使用新方法、新手段,对于桩基的施工, 其施工人员必须具备相应的专业知识, 并收集有关地质资料及学习各种复杂的基础施工经验;其次,还要详细了解施工的各个环节和顺序, 严格遵守和执行设计图纸及操作规范,从施工的每一个步骤开始控制施工质量,解决施工问题,预防施工事故。总之,只有对桥梁桩基施工过程进行全面的控制,才能提高基桩的施工质量,为桥梁建设奠定坚实的基础。