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桥梁桩基偏位分析及处理方案探讨

更新时间:2016-07-05

0 引言

桥梁桩基按施工方法可分为预制桩与灌注桩,其中灌注桩的应用更广。灌注桩的特点是预先在桩位处钻孔,达到设计高程后成孔,然后将钢筋笼放入孔中并浇筑混凝土成桩。桩基成孔的方式又分为多种,常见的有冲击钻孔、旋挖钻孔、回旋钻孔等,一般应根据地质条件、孔深、孔径及施工工期等因素综合确定。钻孔灌注桩是一项较成熟的施工技术,但仍有不少桩基偏位的事故发生。因此,在桩基施工前,应精心调查并制定合理的施工组织方案。出现桩基偏位事故后,应结合具体情况,综合制定合理的处理方案。

1 桩基轴线允许偏差

现行公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)及城市桥梁工程施工与质量验收规范(C JJ 2-2008)均对钻孔灌注桩的施工提出了具体的要求,并对桩基的成桩质量提出了检验标准。检验指标包含:桩孔的孔位、孔径、孔深和倾斜度。具体指标如表1所列。

表1 桩基质量指标标准一览表

项目 允许偏差孔的中心位置/mm 群桩:100:单排桩:50孔径/mm 不小于设计桩径倾斜度 钻孔:小于1%;挖孔:小于0.5%孔深 摩擦桩:不小于设计规定支承桩:比设计深度超深不小于50 mm摩擦桩:符合设计要求,当设计无要求时,对于直径≤1.5m的桩,≤300mm;对桩径>1.5m或桩长>40m或土质较差的桩,≤500mm支承桩:不大于设计规定清孔后泥浆指标深淀厚度/mm相对密度:1.03~1010;黏度:17~20 P a·s;含砂率:<2%;胶体率:>98%

从表1可知,规范对桩位中心的允许偏差作出了明确规定:群桩不超过10 cm,单排桩不超过5 cm。实际桩位应在终孔后采用全站仪进行检验,将实际桩位与设计桩位对比,分析实际桩中心与设计桩中心的偏位大小和偏位方向,以直线距离作为桩位偏差的实测值,并将其与规范允许值作比较。桩位偏差超出上述规定值的,均属于存在施工缺陷的桩基,需要视偏差情况采取处理措施。

2 桩基偏位原因分析

桩基施工受到地质条件的影响较大,需要提前做好超前钻工作,对地质情况复杂的地段还需要进行试桩,以便确定合理的施工方法。总结国内外出现的桩基偏位现象,究其原因,大致可归为以下几类。

2.1 前期定位失误

测量人员没有认真分析设计图纸,对桩间距、角度未严格核实;测量依据不确定,交桩数据不确定或坐标系统不一致;测量人员在使用测量仪器时,出现失误或仪器使用前未进行校正;桩位现场施放后,未进行检验和复核。

该桥在桩基浇筑后,检验发现1号桥墩的6根桩基中出现了1根桩基偏位,位移偏差约10 cm,超出了规范5 cm的允许值,从而造成该桩基与墩柱无法按原设计对接。经过分析,该桩直径120 cm,位移偏差约占桩径截面的8%,在构造上存在纠偏的可行性,且经计算,由偏心产生的附加弯矩较小,对桩基的配筋几乎没有影响。针对该情况,采用“系梁改承台”的方式将偏位桩基与墩柱衔接,“系梁改承台”可由原设计的桩顶横向联系梁变化而来,即增大原桩顶系梁的截面尺寸,使得偏位桩基与原墩柱在承台中衔接成一个整体,桩顶钢筋应适当弯折后与墩柱钢筋连接,并在承台中增加箍筋的配置。纠偏结构简图如图2所示。

2.2 桩基成孔方式选择有误

在桩基施工前,未对地质条件分析透彻,简单照搬同类项目的施工方法。比如:有些地质条件需要采用全护筒钻进施工,但实际未采用全护筒,则可能造成桩基的偏位。再比如:在河流中打桩时,在水流湍急或潮位涨落较大的水域,采用浮式平台,则容易造成钻机不稳而导致桩基偏位。

2.3 成孔施工不规范

在钻机开钻时,应先慢速钻进,待钻头全部进入地层后,应复核钻头中心位置,确定与桩轴线一致后,方可正常钻进。在实际施工中,往往因为开钻时的施工不规范,导致了桩基的偏位。

钻孔施工时,钻进参数不合理。由于施工场地地层的土层分布不均,软硬互层,在钻进过程中,若钻具转速、钻压没有或不能随时进行调整,盲目追求进尺,可能导致斜孔偏位。

2.4 定位不准确

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2.5 预防措施不力

某3跨预应力简支梁桥,跨径(16+20+16)m,下部结构为钻孔灌注桩基础,其中:桥墩采用桩柱式桥墩,单排桩基础。桥墩桩径1.2m,桩长约12m,为嵌岩桩。图3为桥型布置图(2)。

桩基础属于隐蔽工程,作为直接承受并传递上部荷载的构件,其施工质量至关重要。倘若桩基存在偏位现象,轻则导致桩基受力出现偏差,重则导致桩基无法与上部墩柱衔接而形成废桩。

3 桩基偏位处理方案

综上所述,桩基偏位可能发生在桩基施工的各个环节中。为此,要求技术人员不但要有丰富的现场经验,还必须制定细致合理的施工方案。

在安放钢筋笼时,定位不准确,导致钢筋笼偏位,进而造成桩基偏位。

经过分析,该桩直径120c m,位移偏差约占桩径截面的38%,在构造上纠偏难度大,且经计算,由偏心产生的附加弯矩较大,影响原桩基的配筋。针对该情况,采用在偏位桩基的纵向增加一根桩基,形成小型群桩基础。新增桩基位于偏心方向的对向一侧,与原桩基的距离应通过计算确定,既保证两根桩基的受力尽量均匀,又需要满足规范最小距离要求。一般而言,新增桩基的直径和桩长均不超过原有桩基,且在纵向形成承台。该承台可与桩顶横向联系梁合并为一个T型整体结构。桩基纠偏结构简图如图4所示。

3.1 单排桩偏位较小

某3跨预应力简支梁桥,跨径(20+20+20)m,下部结构为钻孔灌注桩基础,其中:桥墩采用桩柱式桥墩,单排桩基础。桥墩桩径1.2m,桩长约15m,为嵌岩桩。图1为桥型布置图(1)。

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图2 偏心桩基与墩柱连接示意图

3.2 单排桩偏位较大

在浇灌混凝土时,未采取有效措施防止钢筋笼上浮,尤其在浇灌至钢筋笼底部时,没有降低浇灌速度,导致钢筋笼被拱起而造成倾斜。

图1 桥型布置图(1)

图3 桥型布置图(2)

该桥在桩基浇筑后,检验发现多根桩基偏位,其中:两根桩基位移偏差达到40~50 cm,严重超出了规范5 cm的允许值,造成该桩基与墩柱无法按原设计对接。

因此,桩基在成桩后,需要通过位移的验收,一旦桩基的位移偏差超出规范要求的容许值,就必须对桩基偏位进行处理。在实际桩基偏位处理时,往往需要根据桩基构造、偏位大小、地质条件来综合确定适宜的处理方案。以下结合工程实例,对常见的灌注桩偏位现象进行分析探讨,并介绍几种处理方案。

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图4 新增桩基纠偏结构示意图

3.3 群桩偏位

群桩基础由2排或2排以上的桩基础构成,桩顶与承台相连。某桥梁工程的桥墩采用双排桩的群桩基础,桩径1.2 m,桩长20 m,每个承台下布置8根桩基。桥梁成桩后发现一排桩基中的两根桩基出现了偏位,偏差分别达到55 cm和35 cm,且有部分桩基截面偏出承台的边界。

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分析可知,这两根桩基的偏位严重超出规范允许值,且对结构的承载带来了隐患。对于这种情况,可以采取扩大承台截面的方式,使承台截面覆盖偏位的桩基截面,保证荷载顺利传递到偏位桩基上。一般而言,承台加大尺寸后的截面中心,应尽量靠近桩基轴力的对称中心线处。具体纠偏示意图如图5所示。

图5 群桩基础扩大承台示意图

4 结语

桩基偏位是钻孔灌注桩施工中的常见质量问题。由于桩基础是隐蔽工程,一旦发生桩基偏位事故,处理难度和成本均较大,因此应予以足够的重视。本文总结了导致桩基偏位的常见因素,并结合实例分析探讨了桩基偏位后的纠偏和补救措施,分别针对单排桩和群桩的不同偏位情况,给出了相应的处理方法。其成果对实际应用具有一定的借鉴意义。当然,桩基偏位的处理需要考虑的因素较多,应根据每个项目的现场情况予以具体分析,并通过计算分析,选择最为安全经济的处理方案。

梅宇,汪又春
《城市道桥与防洪》2018年第4期文献

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