鉆孔灌注樁質(zhì)量通病的成因及其預防

王志勇

鉆孔灌注樁質(zhì)量通病的成因及其預防

王志勇

鉆孔灌注樁可以穿越各種土質(zhì)復雜或軟硬變化較大的土層（如各類黏性土、砂土、碎礫石土、風化巖及多夾層的巖層）對地基進行加固處理，其對承載力的適應范圍廣（為300kN～20000kN），施工機具簡單，且施工過程具有噪音低、對相鄰樓宇影響小、施工安全性好等諸多優(yōu)點，因而在基加固工程中得到廣泛的應用。但由于鉆孔灌注樁的施工環(huán)節(jié)較多，技術要求高，工藝較復雜，需要在一個較短的時間內(nèi)快速完成水下灌注混凝土隱蔽工程的灌注，無法直觀地對質(zhì)量進行控制，人為因素的影響較大，若稍有疏忽，很容易出現(xiàn)一些質(zhì)量病害，甚至造成病樁、斷樁等重大質(zhì)量事故，危及樁基工程的安全。以下從分析樁基病害的成因入手，介紹一些控制樁身質(zhì)量病害的技術方法。

鉆孔灌注樁 質(zhì)量通病 成因 預防

一、鉆孔灌注樁常見的質(zhì)量通病

鉆孔灌注樁在承受垂直荷載壓力的時候，以樁頂位置所受的壓力最大，下部承受的壓力相對較小。但鉆孔灌注樁的成樁工藝與實際受力狀況相反，往往是上部混凝土的強度低，中下段混凝土的強度高，若不嚴格控制，容易出現(xiàn)樁上段強度達不到質(zhì)量要求的情況。除此之外，還容易出現(xiàn)縮頸、孔壁塌落、孔底沉淤、樁身空洞、蜂窩、夾泥等質(zhì)量缺陷，造成樁基承載力的下降，影響到工程結(jié)構(gòu)的安全。

二、影響成樁質(zhì)量的原因分析

1．影響樁身上部強度的原因分析。（1）按照施工規(guī)范的規(guī)定，鉆孔后要徹底清除孔底的淤泥，但在實際施工過程中，很難將淤泥徹底清除，于是在澆灌第一斗混凝土進行封底施工時，孔底沉積的淤泥必然混入混凝土中。由于用導管灌注的水下混凝土是從下往上頂升的，先灌入的混凝土頂升于孔的上面，這樣就容易出現(xiàn)樁上段強度較低的現(xiàn)象。

（2）澆灌混凝土時，若導管插入混凝土之內(nèi)過深，澆注速度又較快，則容易在孔體深部沉積較多的骨料，加上振搗過程所造成的混凝土的離析，也容易導致樁體上部強度較低的質(zhì)量問題。

（3）埋設護筒的周圍土不密實，或護筒水位差太大，或鉆頭起落時碰撞引起質(zhì)量問題。

（4）孔壁坍陷的主要原因是土質(zhì)松散，泥漿護壁不好，護筒周圍未用黏土緊密填封以及護筒內(nèi)水位不高。鉆進速度過快、空鉆時間過長、成孔后待灌時間過長和灌注時間過長也會引起孔壁坍陷。

（5）鉆機安裝就位穩(wěn)定性差，作業(yè)時鉆機安裝不穩(wěn)或鉆桿彎曲所致；地面軟弱或軟硬不均勻；土層呈斜狀分布或土層中夾有大的孤石或其他硬物等情形，以至造成成孔后樁孔出現(xiàn)較大垂直偏差或彎曲。

（6）清孔不干凈或未進行二次清孔；泥漿比重過小或泥漿注入量不足而難于將沉渣浮起；鋼筋籠吊放過程中，未對準孔位而碰撞孔壁使泥土坍落樁底；清孔后，待灌時間過長，致使泥漿沉積，以至造成樁底沉渣量過多。

2．影響其他樁身質(zhì)量的原因分析。（1）混凝土澆筑施工中，若導管插入混凝土內(nèi)過淺（〈1.5m），則成樁過程中混凝土的上升就不是頂升式的，而是攤鋪式的，這時，泥漿、泥塊就容易混入混凝土中，進而影響到樁身的質(zhì)量。除此之外，若設計的樁身直徑過小，則混凝土上翻時就會受到孔壁的限制，從而使樁體產(chǎn)生空洞、蜂窩缺陷。

（2）鉆孔灌注樁的承載力主要表現(xiàn)為樁周摩阻力，而樁周摩阻力與孔壁形狀和護壁質(zhì)量密切相關。在施工過程中，孔壁的形狀是由鉆頭旋轉(zhuǎn)速度、鉆桿下降速度和土質(zhì)等因素決定的，泥漿性能（包括容重、黏度膠體率、砂率等指標）愈好、高程越高，越能保護好護壁，其樁周摩阻力愈大，但施工難度加大，費用也相應提高。

（3）在鉆孔成孔、拆除鉆桿泥漿、停止循環(huán)至吊放鋼筋籠、澆灌水下混凝土的全過程中，施工環(huán)節(jié)多，時間長，會在孔底淤積較厚的淤泥而影響成樁質(zhì)量。靜置的時間越長，淤積的淤泥越多

（4）混凝土在水下澆灌的過程中，其流動性、初凝時間、黏聚性能會變得更差，若稍有疏忽，很容易產(chǎn)生空洞、蜂窩、離析、夾泥甚至斷樁的質(zhì)量缺陷。

三、成樁質(zhì)量的控制

1．樁上段強度的保證措施。為保證樁上段強度達到要求，應從下述幾方面采取相應的質(zhì)量保證措施：

（1）依據(jù)樁徑和樁底的濃度，正確確定出第一斗混凝土的體積，一般可取1.5m3～2.0m3，也可以按樁身的設計體積的10％加以控制。

（2）成樁質(zhì)量與樁身的澆注高度有關，一般控制成樁高度高出設計樁頂標高0.5m～1.0m。待鑿去高出部分的混凝土后，剩余部分不應有浮漿和夾泥，混凝土標號應符合設計要求，否則要返工重澆。

（3）導管插入混凝土內(nèi)的長度應適宜，一般為2m～6m，長樁可相應有所增加。

2．樁身質(zhì)量的保證措施。（1）工程施工前，應先做2個以上的試驗鉆孔，通過檢測鉆孔的孔徑、垂直度、孔壁穩(wěn)定性和孔底沉淤等指標，用以核對所選設備、工藝方法是否符合技術要求。檢測時，孔壁的穩(wěn)定時間應≮12h，檢測數(shù)目≮2個。對一些重要工程，可視情況相應增加測徑數(shù)量。

（2）護壁用的泥漿應滿足護壁要求，液面需高于地下水位0.5m以上，有條件時，以高于地下水位2m以上更好。若護壁的泥漿膠體率低、砂率大，則不僅護壁性能差，而且因其容重較大，勢必產(chǎn)生沉淀速度過快的問題。一般來講，當在黏土或亞黏土中成孔時，可注入清水以原土造漿護壁，控制排碴泥漿的相對密度在1.1～1.2；當在砂性土質(zhì)或較厚的夾砂層中成孔時，應控制泥漿的相對密度在1.1～1.3；在砂夾卵石或容易坍孔的土層中成孔時，應控制泥漿的相對密度在1.3～1.5。施工過程中，應經(jīng)常測定泥漿的相對密度、黏度、含砂率和膠體率等指標，使?jié)沧⑶翱椎?00mm以內(nèi)泥漿的相對密度≯1.25，含砂率≯8％，黏度≯28Pa.s.對一些直徑〈1m的小直徑樁，即使在泥漿停止循環(huán)期間，也要使孔內(nèi)保持合理的泥漿液面。

（3）在混凝土灌注前的一段時間里，需保證孔壁的穩(wěn)定性，不能有縮頸或孔壁塌落現(xiàn)象發(fā)生。為保證孔底沉渣厚度達到規(guī)范的技術要求（端承樁≤50mm、摩擦端承樁及端承摩擦樁≤100mm、摩擦樁≤300mm），以免影響樁的承載力，鉆孔到設計持力層以后，要對泥漿進行循環(huán)稀釋來降低相對密度，以清除泥漿中懸浮的砂子、石渣。除此之外，還要使用真空泵通過管道伸向樁底吸走端部沉渣，要求嚴格時，在安放鋼筋籠后、下放導管之前仍要進行吸渣處理。

（4）吊放入孔的鋼筋籠不得碰撞壁孔，不得有變形損壞。吊放后，先將鋼筋籠在垂直位置上固定好，然后進行第二次清孔，檢測孔底的淤泥厚度，符合規(guī)定后，于0.5h之內(nèi)開始混凝土的灌注施工。

（5）使用的隔水栓直徑應與導管內(nèi)徑相配，同時具有良好的隔水性能，保證順利排出。在混凝土灌注時，應加強對混凝土攪拌時間和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必須具備良好的和易性，配合比應通過實驗室確定，坍落度宜為18cm～22cm，粗骨料的最大粒徑不得大于導管直徑和鋼筋籠主筋最小凈距的1/4，且應小于40mm。為改善混凝土的和易性和緩凝，水下混凝土宜摻外加劑。應確保導管連接部位的密封性，導管使用前應試拼裝、試壓，試水壓力為0.6Mpa～1.0MPa，以避免導管進水。在混凝土澆筑過程中，混凝土應緩緩倒入漏斗的導管，避免在導管內(nèi)形成高壓氣塞。在施工過程中，應時刻監(jiān)控機械設備，確保機械運轉(zhuǎn)正常，避免機械事故的發(fā)生。

（6）鋼筋籠初始位置應定位準確，并與孔口固定牢固。加快混凝土灌注速度，縮短灌注時間，或摻外加劑，防止混凝土頂層進入鋼筋籠時流動性變小，混凝土接近籠時，控制導管埋深在1.5m～2.0m，灌注混凝土過程中，應隨時掌握混凝土澆筑的標高及導管埋深，當混凝土埋過鋼筋籠底端2m～3m時，應及時將導管提至鋼筋籠底端以上。導管在混凝土面的埋置深度一般宜保持在2m～4m，不宜大于5m和小于1m，嚴禁把導管提出混凝土面。當發(fā)生鋼筋籠上浮時，應立即停止灌注混凝土，并準確計算導管埋深和已澆混凝土面的標高，提升導管后再進行澆注，上浮現(xiàn)象即可消失。

（7）成孔后，必須認真清孔，一般是采用沖洗液清孔，沖孔時間應根據(jù)孔內(nèi)沉渣情況而定，沖孔后要及時灌注混凝土，避免孔底沉渣超過規(guī)范規(guī)定。灌注混凝土前認真進行孔徑測量，準確算出全孔及首次混凝土灌注量?；炷翝仓^程中，應隨時控制混凝土面的標高和導管的埋深，提升導管要準確可靠，并嚴格遵守操作規(guī)程。嚴格確定混凝土的配合比，混凝土應有良好的和易性和流動性，坍落度損失應滿足灌注要求。在地下水活動較大的地段，事先要用套管或水泥進行處理，止水成功后方可灌注混凝土。灌注混凝土應從導管內(nèi)灌入，要求灌注過程連續(xù)、快速，準備灌注的混凝土要足量，在灌注混凝土過程中應避免停電、停水。幫扎水泥隔水塞的鐵絲，應根據(jù)首次混凝土灌入量的多少而定，嚴防斷裂。確保導管的密封性，導管的拆卸長度應根據(jù)導管內(nèi)外混凝土的上升高度而定，切勿起拔過多。

3．混凝土灌注施工的技術要點。因為水下混凝土施工的隱蔽性強，很容易產(chǎn)生松散、離析、縮頸等混凝土質(zhì)量缺陷，因此，必須著重控制水下混凝土的澆注質(zhì)量，包括選好原材料、做好配合比、改進工機具、嚴格按操作規(guī)程施工等方面。

（1）完成鉆孔到混凝土澆灌過程的作業(yè)時間要緊湊，不宜過長；混凝土的漿體濃度要恰當，澆灌量不得低于設計值，不然會降低泥漿的置換率造成夾泥。

（2）導管口距孔底要保持400mm左右的距離，旋轉(zhuǎn)時要精確測量，反復校核。當球塞被壓出導管并灌下一定數(shù)量的混凝土后，應將導管緩慢下降100mm～200mm，使灌注初期導管被混凝土埋入的深度盡可能加大，以保證底層的混凝土質(zhì)量。

（3）在灌注過程中，要嚴格把握施工進度和時間，經(jīng)常地略微提升導管，以使混凝土均勻注入。導管埋入混凝土的深度一般控制在1m～3m且不得〈1m，每間隔15min～20min，要對混凝土面和導管沉入深度進行一次測量和校核。

（4）若施工過程中發(fā)生了混凝土堵塞導管的現(xiàn)象，一般是由于材料規(guī)格或配合比選取不當，或者是因為導管漏水漏漿導致管內(nèi)混凝土與管壁的摩擦力增大、流動性降低造成的，要分清原因有針對性地加以解決，切不要無控制地靠提管消除堵塞。

4．樁身質(zhì)量的驗收。灌注樁質(zhì)量的檢驗內(nèi)容和方法應符合規(guī)范的規(guī)定，通常檢測承載力采用樁荷試驗或大應變動測法，而檢驗樁身質(zhì)量一般是通過對鉆芯樣實施超聲波檢測進行檢驗，抽查數(shù)量不少于總樁數(shù)的10％，若工程需要時，還可相應增加檢驗數(shù)量直至逐根檢查。

四、結(jié)束語

鉆孔灌注樁有許多優(yōu)點，但由于施工環(huán)節(jié)多，工藝復雜，成樁質(zhì)量有可能受到多種因素的干擾和制約，嚴重時會導致樁身承載力的明顯降低，甚至造成病樁、斷樁等重大質(zhì)量事故。為了確保成樁質(zhì)量和樁基工程的安全，必須對鉆孔灌注樁的施工全過程進行嚴格的質(zhì)量控制和檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施予以補救。