BIM与装配式|桩基施工新高度——看高新技术如何来助阵

万丈高楼平地起，基础最重要。桩基工程作为工程建设的一个重要组成部分，其施工质量关系到整个建筑物或整个公路铁路路基的工程质量。现今，除了基本的施工工艺之外，我们还应该更多地关注高新技术在其中的应用。

信息化技术加持

桩基信息化施工管理系统

桩基系统包含Web端和移动端。运用桩基系统可编排施工计划，项目工程师依据“计划”和预设的参考指标进行有序施工，并在现场配置的智能传感设备配合下详细记录施工过程，最终采集到的大量工程数据可作为接下来的决策依据，帮助管理者全面把握工程进展，高效决策，从而踏上智慧建造之路。

桩基施工管理系统

桩基施工管理系统是针对现有软基处理施工过程监管的困难而开发的智能化桩基施工管理系统，能提高过程管理的持续性、准确性和实时性。

桩基施工管理系统采集施工过程中的各项原始数据，综合处理后得到“高精度桩位信息”“垂直度偏差值”“钻进深度值”“提钻速率”“钻进电流值” 等关键数据，实时显示在工业级车载终端上，辅助机手精准施工，提高成桩合格率。

免共振液压振动锤

荷兰ICE液压振动锤除了具备安全、高效、低成本、应用范围广等优点之外之外，在软件和控制系统上也力求人性化设计：设备电气部分采用Can总线实现智能化控制、人机界面显示、故障代码显示、自动报警系统、多语言选择等。在传统的基础施工中，设备的选型一直是个令人头痛的事情，设备生产商或租赁商一般提供设备的参数由客户自己选择，但是土质的不同影响客户的感觉，所以经常存在设备选型或大或小等问题。针对这一问题，工程师们把复杂的计算融入到软件中，客户只需输入地质报告中的参数和桩的规格，软件能自动为客户计算出沉桩过程中各个阶段的具体情况（阻力和振幅），并为客户推荐选型。

BIM+云平台

（1）Web端

建立了桩基BIM轻量化模型后，将桩基质量控制“七步骤”同桩基BIM模型结合，从而生成相应的数据表单。桩基全过程的质量管理利用“BIM模型+大数据”的形式进行全程跟踪，利用数据化手段提升桩基质量管理水平，并以此作为桩基标准化管理的第一步。通过互联网的大数据分析功能，当完成桩基“七步骤”最后一步时，即“初灌”完成后，此桩即自动标识为绿色，表示此桩已完成。

（2）手机App端

手机App做为Web端的补充，其功能内容与Web端都基本保持一致，但操作起来更加方便、快捷，主要作用是便于现场管理人员及时查找所需数据以及实时发起质量（安全）整改任务等。

（3）云平台测试与优化

项目管理信息化是一项系统工程，需要各方相互配合才能完成。在杭师大云平台整个项目的开发过程中，院信息中心张成涛、陈敏等人在每个功能上线前都进行了大量的测试工作，以确保每个功能在上线前都具有良好的使用性能。当然，前期的开发、测试只是开始，真正的考验还是后续使用中的优化过程。在云平台桩基质量控制“七步骤”的使用过程中，EPC总包项目部和施工单位都提出了非常好的需求和建议，信息中心也非常配合地对产品进行了优化，从而推动桩基“七步骤”标准化管理工作继续向前迈进。

施工要点

01

钻孔灌注桩-护筒埋设

成孔

1、潜水钻机成孔

工作方式。潜水钻机是一种旋转式钻孔机，其防水电机变速机构和钻头密封在一起，由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔。注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外。

排渣方式。潜水钻机成孔排渣有正循环排渣和反循环排渣2种方式。（1）正循环排渣法：在钻孔过程中，旋转的钻头将碎泥渣切削成浆状后，利用泥浆泵压送高压泥浆，经钻机中心管、分叉管送入到钻头底部强力喷出，与切削成浆状的碎泥渣混合，携带泥土沿孔壁向上运动，从护筒的溢流孔排出。（2）反循环排渣法：砂石泵随主机一起潜入孔内，直接将切削碎泥渣随泥浆抽排出孔外。

2、冲击钻成孔

（1）冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头(冲击锤)提高到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔。

（2）冲击钻头形式有十字形、工字形、人字形等，一般常用十字形冲击钻头。

（3）冲孔前应埋设钢护筒，并准备好护壁材料。

（4）冲击钻机就位后，校正冲锤中心对准护筒中心，在冲程0.4~0.8m范围内应低提密冲，并及时加入石块与泥浆护壁，直至护筒下沉3~4m以后，冲程可以提高到1.5~2.0m，转入正常冲击，随时测定并控制泥浆相对密度。

（5）施工中，应经常检查钢丝绳损坏情况，卡机松紧程度和转向装置是否灵活，以免掉钻。

清孔

（1）验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况；清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高承载能BIM培训力。

（2）泥浆护壁成孔清孔时，对于土质较好不易坍塌的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5MPa，使管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止。

（3）对于稳定性较差的孔壁应采用泥浆循环法清孔或抽筒排渣，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.15～1.25。

浇筑

（1）泥浆护壁成孔灌注混凝土的浇筑是在水中或泥浆中进行的，故称为浇筑水下混凝土。

（2）水下混凝土宜比设计强度提高一个强度等级，必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定。

（3）水下混凝土浇筑常用导管法。

（4）浇筑时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量保证导管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌和物在自重作用下迅速排出球塞进入水中。

02

沉管成孔灌注桩

一、打桩方法

沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖（或钢板靴）或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中（钢管直径应与桩的设计尺寸一致），造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。

二、桩的分类

利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩。

三、成孔顺序

在沉管灌注桩施工过程中，对土体有挤密作用和振动影响， 施工中应结合现场施工条件，考虑成孔的顺序。

间隔一个或两个桩位成孔；建筑工业化在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔；一个承台下桩数在5根以上者，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔。

四、施工工艺

为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法、翻插法等施工工艺。

单打法（又称一次拔管法）：拔管时，每提升0.5~1.0m，振动5~10s，然后再拔管0.5~1.0m，这样反复进行，直至全部拔出。

复打法：在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。

翻插法：钢管每提升0.5m，再下插0.3m，这样反复进行，直至拔出。

1、锤击沉管灌注桩

（1）桩尖与桩管接口处应垫麻(或草绳)垫圈，以防地下水渗入管内和作缓冲层。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后，才正常施打。

（2）拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。

（3）桩管内混凝土尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层以不大于1m/min为宜，软弱土层与软硬交界处，应控制在0.8m/min以内为宜。

（4）在管底未拔到桩顶设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。

（5）桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后，方可施打。

2、振动沉管灌注桩

（1）振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。

（2）其施工过程为： 桩机就位、沉管、上料、拔管。

（3）沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法如下。

颈缩

①颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。

②当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，桩局部范围受挤压形成颈缩。

③当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。

④处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在50～70mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。

缩颈桩：桩身局部直径小于设计直径的桩。

断桩

①断桩：指桩身局部分离或断裂，更为严重的是一段桩没有混凝土。

②原因：桩距离太近，相邻桩施工时混凝土还未具备足够的强度，已形成的桩受挤压而断裂。

③处理方法：施工时，控制中心距离不小于4倍桩径；确定打桩顺序和行车路线，减少对新灌注混凝土桩的影响。采用跳打法或等已成型的桩混凝土达到60%设计强度后，再进行下根桩的施工。

吊脚桩

①吊脚桩是指桩底部混凝土隔空或松软，没有落实到孔底地基土层上的现象。

②原因：当地下水压力大时，或预制桩尖被打坏，或桩靴活瓣缝隙大时，水及泥浆进入套筒钢管内，或由于桩尖活瓣受土压力，拔管至一定高度才张开，使得混凝土下落，造成桩脚不密实，形成松软层。

③处理方法：为防止活瓣不张开，开始拔管时，可采用密张慢拔的方法，对桩脚底部进行局部翻插几次，然后再正常拔管。桩靴与套管接口处使用性能较好的垫衬材料，防止地下水及泥浆的渗入。

吊脚桩：桩底部的砼隔空或混入泥沙在桩底部形成松软层的桩。

混凝土灌注过量

如果灌桩时混凝土用量比正常情况下大1倍以上，这可能是由于孔底有洞穴，或者在饱和淤泥中施工时，土体受到扰动，强度大大降低，在混凝土侧压力作用下，桩身扩大而混凝土用量增大所造成的。因此，施工前应详细了解现场地质情况，对于在饱和淤泥软土中采用沉管灌注桩时，应先打试桩。若发现混凝土用量过大时，应与设计单位联系，改用其他桩型。

质量检测

1. 静载试验法

静载试验法是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直接、最可靠的试验法。在目前桩基检测技术还尚未伍德突破性进展之前，静载实验法被认为是尚不可被替代的。其优点在于直接简单，且可靠安全。但在工程实践中发现，基准桩的问题有时会被检测人员所忽视，容易出现基准桩打入深度不足，试验过程产生位移的问题。

2. 钻芯法

钻芯法又叫做钻桩取芯试验法。这种方法具有科学、直观、实用等特点，在检测混凝土灌注桩方面应用较广。检测灌注桩桩长、桩身混凝土强度以及桩底沉渣厚度是钻芯法的宏观目的。通过这种方法能够很好地判定和鉴别桩端岩土的性状，并准确判断桩身完整性的类别。

一次完整、成功的钻芯检测，可以得到桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性的情况，并判定或鉴别桩端持力层的岩土性状。抽芯技术对检测判断的影响很大。

3.低应变法

低应变动测法又叫低应变反射波法(应力波法)，是以手锤或力棒敲击桩顶，给桩一定的能量，产生一纵向应力波，该应力波沿着桩身向下传播，由传感器(速度或加速度型) 拾取桩身缺陷及不同界面的反射信号, 通过检测和分析应力波在桩身中的传播历程, 便可分析出桩基的完整性, 并根据桩身突然变化界面时所产生的反射和透射波, 来确定桩身缺陷性质, 估算桩长或缺陷位置，且根据应力波在桩身中的传播速度来推断混凝土的强度。测试过程是获取好信号的关键，测试中应注意以下几点。

1·测试点的选择。测试点数依桩径不同、测试信号情况不同而有所不同，一般要求桩径在120cm以上，测试3～4 点。

2.锤击点的选择。锤击点宜选择距传感器 20~30 cm 处不必考虑桩径大小。

3.传感器安装。传感器根据所选测试点位置安装，注意选择好粘贴方式，一般有石蜡、黄油、橡皮泥在保证桩头干燥，没积水的情况下。

4.尽量多采集信号。一根桩不少于10 锤，在不同点，不同激振情况下，观测波形的一致性，以保证波形真实且不漏测。

4.高应变法

高应变法又叫做试桩法, 是一种利用高能量的动力荷载确定单桩承载力的方法。在国内，动力打桩方式的发展已有将近百年的历史。动力试桩技术的发展最早始于动力打桩公式。目前，国内外高应变法依旧主要采用一维杆波动理论作为测试和结果分析的基础。

高应变法的主要功能是判定桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。高应变法在判定桩身水平整合型缝隙、预制桩接头等缺陷时，能够在查明这些“缺陷“是否影响竖向抗压承载力的基础上，合理判定缺陷程度，可作为低应变法的补充验证手段。目前在某些地区，利用高应变法增加承载力和完整性的抽查频率，已成为一种普遍做法。

5.声波投射法

声波透射法是在灌注桩中预埋两根或两根以上声测管供声波从发射到接收。目前，声波投射法以其鲜明的技术特点成为目前混凝土灌注桩完整性检测技术的一种重要手段，在民用建筑设施以及水利电力和工业、铁路等建设方面皆得到了广泛的应用。与其他完整性检测方法相比，声波透射法能够进行全面、细致的检测，且基本上无其他限制条件。但由于存在漫射、透射、反射，对检测结果会造成影响。

文章来源：建筑技术杂志社

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