轨道梁沉桩断桩原因分析以及解决方案

 

一、工程概况

某船坞轨道梁工程分为45t门机轨道梁、160t门机轨道梁、400t龙门吊轨道梁。该工程基础持力层为中风化泥灰岩及中风化石灰岩，45t门机轨道梁原设计单轨长为646.25m，160t门机轨道梁、400t龙门吊轨道梁原设计单轨长为645.25m。

 

轨道除利用坞墙、泵房、坞门墩作为基础外，一般轨道梁采用桩基形式，其中45t门机轨道梁采用D600预应力方桩桩和Ф800灌注桩，160t门机轨道梁及400t龙门吊轨道梁采用D800预应力方桩及Ф800灌注桩。轨道梁顶高程为+5.2m,梁宽基本为1.0m,梁高1.5m。上部为现浇钢筋砼轨道梁，安装QU120型钢轨。

 

 

二、工程地质

 

1、地形地貌
场区原始地貌为低山丘陵、海蚀崖、水下岸坡，现部分钻孔在海里外，其余地段已回填成陆域，地势平坦，场地陆域标高4.49～5.41m，海域标高-9.86～-0.8m。

 

2、地层结构
场区上部第四系覆盖层为碎石素填土、淤泥、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、红粘土等，下部基岩为震旦系甘井子组泥灰岩、石灰岩。海域部分第四系覆盖层多被挖除或扰动，各岩土层特征分述如下：

 

碎石素填土（Q4ml）：深灰-灰黑-黄褐色，松散-稍密，稍湿-饱和。回填成分极不均匀，主要由石灰岩碎块石、角砾及粘性土组成。碎块石、角砾呈不规则棱角-亚角状。一般粒径2-350mm，含量50-90%，钻探揭露最大粒径超过1300mm，受块石影响，冲击钻进时部分钻孔进尺困难。局部地段含少量建筑垃圾，充填粘性土，可塑；场地少量钻孔回填粘性土含量50-80%。该层在场区陆域分布连续。

 

淤泥（Q4m）：黑灰色，流塑，有腥臭味，含贝壳碎片，层顶多混入10-40%石灰岩碎石、角砾。层厚0.6～5.1m，平均厚度2.00m，场区海域分布基本连续。

 

淤泥质粉质粘土（Q4m）：深灰-黑灰色，软塑，有腥臭味，含贝壳碎片，层顶多混入10-40%石灰岩碎石、角砾。层厚0.4～5.3m，平均厚度1.54m。

 

粉质粘土（Q4mc）：灰黄～黄褐色，软塑～可塑，韧性中等，切面光滑。层厚1.4～1.9m，平均厚度1.57m，层顶标高-5.90～-5.56m，层底标高-7.76～-6.96m。

 

红粘土（Q3el）:棕黄～红褐色，软塑～硬塑。稍有光泽，干强度、韧性中等-高，切面光滑。局部混入10%左右的灰岩角砾、碎石及少量溶蚀骨架，粒径20～40mm。

 

全风化泥灰岩（Zg）：灰黄～黄褐色，岩石风化强烈，岩芯多呈土状，遇水有粘性，冲击可进尺。层厚0.3～1.1m，平均厚度0.68m。

 

 

三、施工情况

本工程开始根据设计要求,D600方桩选择1根试桩、D800方桩选择1根试桩。为更好地反应沉桩情况，在主地质勘探孔位置选择试桩桩位，根据地质剖面情况，拟在45tA轴K21主勘探孔45A-10-12桩位，设计嵌岩0.8m，设计桩尖标高-7.10m；在400tE轴K97主勘探孔400E-4-7桩位，设计嵌岩0.9m，设计桩尖标高-7.97m（桩尖不作有效桩长）。

 

在第一根D600方桩施工中沉桩不久方桩发生横截面断裂，断裂位置大约在方桩中间部位，即入土约7-8m左右。

 

四、断桩原因分析

 

砼强度不足
第一根桩断裂后立即对方桩砼强度进行测定，经测定砼强度达到设计要求，我方立即从其他工地调运一根龄期在45天的方桩，又试验了一根，重复上一根桩施工流程，而且本次调整落锤高度，重锤轻打，本桩同样断裂。排除了是砼强度不导致断桩的原因。

 

地质原因
本施工区域为原海边滩涂采用开山石渣回填，后期进行强夯的区域，分析可能在前期回填过程中有大石块影响沉桩，从而导致断桩，但在断桩拔出过程中采用挖掘机进行开挖，未发现大石头，此原因排除。

 

锤型配置不合理
桩锤选择不当会引起锤击数过多或锤击力太大，从而引起桩顶混凝土破碎，锤击过多还会使桩身产生的瞬间拉应力超过混凝土抗拉强度引起桩身横向裂缝，严重的使桩发生断裂，选择D80筒式柴油打桩锤，其特点是每分钟打击次数在36-45次，每次打击能量在266830-171085之间，冲击能量大不随着地质软硬变化，致使在软土层沉桩中桩的下行力大于桩身的拉应力从而导致断桩，此种原因即是导致断桩发生的原因。

 

五、处理措施

根据以上分析我方将D80筒式柴油打桩锤更换成D80柴油导杆锤，导杆锤其特点是可以随土层的软硬程度调整锤的冲击力。同时在桩顶安放缓冲垫，减缓锤击力对桩身产生不合理的应力。通过检验，桩没有发生断裂的情况发生，证明找到了问题所在。

 

 

六、建议

根据沉桩及环境特点,合理选择打桩机械及桩锤，并合理安排打桩流水作业线，原则上宜离保护对象由近向远处打桩。桩机就位后，应检查桩机平整度,并对准桩位。沉桩过程中打桩机要安放平稳，并保证桩架与地面垂直，确保桩锤、桩帽、桩身的中心线重合，避免产生锤击偏心。

 

近年来工程上面流行的高精度智能打桩定位系统是以高精度技术为依托，为静力压、预应力以及常规打桩、钻孔定位作业等提供高精度定位支持。系统通过实时获取高精度三维位置信息和方位角数据，在设备终端进行计算获取准确的钻孔实时位置信息，通过显示终端对预设的钻孔位置进行实时偏离指导，从而达到高效、准确地现场作业。

 

北京天玑科技桩基信息化系统是专为桩施工的砼灌注桩成孔作业质量管理研发设计的系统，系统将北斗高精度定位定向终端，深度传感器，倾角传感器，电流传感器等设备安装在反循环钻机上。通过北斗卫星定位系统监测钻孔位置，利用倾角传感器监测桩身垂直度，电流传感器监测地质结构变化，判断钻机入岩情况。再通过控制终端对以上数据进行采集、处理和展示；通过控制终端内置的移动通讯网络将数据实时上传至铁路工程管理平台，实现灌注桩成孔施工的远程管理，整套系统由硬件设备和软件应用系统组成。
 

 

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