濱海軟土地質(zhì)灌注樁頭冒水成因及處理方案

陳 克

溫州機(jī)場(chǎng)建設(shè)投資有限公司 浙江 溫州 325011

一、工程概況和樁型簡(jiǎn)介

溫州機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程中某綜合樓項(xiàng)目，總建筑面積41912m2，地上6層建筑面積29999m2，地下一層建筑面積11913m2，房屋高度23.3m；結(jié)構(gòu)類型框架，基礎(chǔ)類型樁基礎(chǔ)，采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁。

現(xiàn)場(chǎng)勘察報(bào)告中土質(zhì)自上而下分別為硬殼層粘土、淤積軟土、湖沼相及海相交互粘性土、河流沖積的碎石類土等；在勘探深度內(nèi)為以第四系孔隙潛水為主的地下水及承壓水，樁基持力層在卵石層和圓礫層之間。

二、灌注樁出現(xiàn)冒水和現(xiàn)場(chǎng)取芯的情況

溫州機(jī)場(chǎng)某綜合樓項(xiàng)目于2016年11月15日正式開(kāi)工，開(kāi)始對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行施工。為了縮短工期和工程試樁檢測(cè)時(shí)間，項(xiàng)目部對(duì)七根試樁（承壓和抗拔）先行施工，待完成全部工程試樁陸續(xù)對(duì)工程樁進(jìn)行大面積施工。

七根工程試樁在成樁的十天后，工程人員對(duì)樁頭進(jìn)行開(kāi)挖和破鑿，發(fā)現(xiàn)全部樁頭在破鑿過(guò)程中冒出源源不斷的細(xì)砂和清水，項(xiàng)目部立即報(bào)告建設(shè)和監(jiān)理單位，并停止現(xiàn)場(chǎng)鉆孔灌注樁施工。

隨后，建設(shè)單位組織對(duì)該情況進(jìn)行了二次專題會(huì)議，對(duì)七根試樁進(jìn)行了取芯，小應(yīng)變和靜載處理。

三、樁頭冒水成因分析

1、內(nèi)因：

導(dǎo)管法灌注的水下混凝土是高含水量、高灰量、高含水率、高流動(dòng)、粗細(xì)骨料粒徑差較小、自密實(shí)的混凝土。由于高含水量，這種混凝土在灌注、凝結(jié)過(guò)程中會(huì)發(fā)生大量泌水現(xiàn)象?；炷林械乃忠徊糠窒虻貙又袧B透，一部分被蒸發(fā)，還有一部分在混凝土中形成水囊。水囊中的水分在混凝土凝結(jié)、硬化過(guò)程中被吸收，形成大大小小的空洞，形成各種微裂隙。同時(shí)混凝土在凝結(jié)過(guò)程要產(chǎn)生大量的水化熱，其內(nèi)部溫度不斷上升，在混凝土表面和內(nèi)部引起拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的極限值時(shí)，就會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量裂隙。硬化后的混凝土的抗?jié)B性能較低，甚至?xí)陀跇渡硭┻^(guò)土層的抗?jié)B性能。除此之外，混凝土在施工過(guò)程中會(huì)混入一部分空氣，這些氣體在混凝土中也會(huì)形成裂隙或空洞。

2、外因：

1）從工程地質(zhì)來(lái)看，由于濱海地質(zhì)的下部有可能存在有數(shù)層隔水性能很好的粘土土層，底部地層中可能在一定的區(qū)域或局部形成水頭較高的深層的承壓力，其水頭高度若高于樁頂標(biāo)高樁頭混凝土便會(huì)冒水。

2）地勘報(bào)告中相關(guān)描述：

本工程正負(fù)零絕對(duì)標(biāo)高5.05m，未注明樁頂絕對(duì)標(biāo)高-1.75m（相對(duì)標(biāo)高-6.8m）。地勘報(bào)告中的2層粉砂夾淤泥層在0～2.8m之間，同時(shí)根據(jù)地勘報(bào)告關(guān)于承壓水的描述“2層粉砂夾淤泥具有中等透水和中等含水性，賦存其中的地下水具微承壓性?？辈炱陂g對(duì)該層承壓水水頭進(jìn)行觀測(cè)，承壓水位標(biāo)高為1.88～2.1m，測(cè)得其承壓水頭為1.81～2.01m”。

四、樁頭冒水形成機(jī)理分析

當(dāng)樁身穿過(guò)或刺入深層含承壓水的土層時(shí)，如果其水頭大到足以克服混凝土有限的抗?jié)B性能時(shí)，水便會(huì)在承壓水頭的作用下沿著抗?jié)B能力較弱的樁身混凝土向上滲出。混凝土微裂縫為細(xì)小孔隙，當(dāng)它作為地下水的通道時(shí)，其沿程水頭損失和局部水頭損失將隨流量的增大而迅速增大。從這樣的通道中流出的水流，其流量將受到很小的過(guò)流斷面和很大的水頭損失的制約，即使在較大的水頭作用下，水流仍以較小的流量緩慢地滲出。

承載力方面：

樁頭冒水或滲水是混凝土自身的抗?jié)B能力不強(qiáng)與承壓水頭共同作用的結(jié)果。從滲流的位置看，滲流多發(fā)生在樁身混凝土中，而樁身與樁間土接壤處的泥皮處則無(wú)明顯滲流，不會(huì)造成對(duì)樁側(cè)摩阻的影響，因此該批樁的承載力不因樁頭滲水而受影響。為保證工程質(zhì)量，應(yīng)對(duì)該工程所有工程樁做小應(yīng)變的全數(shù)檢測(cè)處理以保證混凝土的樁身完整性；

耐久性方面：

根據(jù)地勘報(bào)告，地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，在干濕交替作用下地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有腐蝕性，長(zhǎng)期浸水條件下對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。從樁的使用情況看，所有樁均在地下水位以下工作，在建筑物漫長(zhǎng)的使用過(guò)程中，地下水必然會(huì)經(jīng)過(guò)滲透而越過(guò)鋼筋保護(hù)層，到達(dá)結(jié)構(gòu)中的鋼筋表面。只要使地下水無(wú)法在樁內(nèi)的微隙中流動(dòng)，其工作環(huán)境沒(méi)有產(chǎn)生任何變化，因此當(dāng)阻斷了樁內(nèi)地下水的滲透通道后，冒水樁中的鋼筋耐久性低于其它不冒水樁中的鋼筋?？紤]到冒水的樁將要進(jìn)入基礎(chǔ)承臺(tái)內(nèi)100mm，樁頂冒水的樁將會(huì)作為一條水流通道將承壓水層的水引入承臺(tái)內(nèi)，可能會(huì)局部削弱地下室的防水、防潮和抗?jié)B能力。建議將底板及承臺(tái)混凝土的抗?jié)B等級(jí)由原來(lái)的P6提高為P8。

五、預(yù)防和處理措施

根據(jù)結(jié)果分析，為提高成樁質(zhì)量，可以采取以下措施十八條措施：在樁基混凝土澆筑過(guò)程中，施工單位和監(jiān)理單位進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)督；縮短成孔到成樁的時(shí)間；重新調(diào)整混凝土的配合比；適當(dāng)調(diào)整樁混凝土的坍落度；底板及承臺(tái)混凝土的抗?jié)B等級(jí)提高；樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高；配置反循環(huán)設(shè)備，使用反循環(huán)清孔工藝；混凝土澆筑時(shí)采用250mm導(dǎo)管，埋深深度不低于6m，導(dǎo)管接頭處必須密封，不得進(jìn)水和漏漿；二次清孔后，混凝土澆筑前的泥漿比重宜在1.2～1.5之間；控制混凝土的超灌量，將樁基混凝土超灌量控制在樁頂標(biāo)高以上2m；由于基坑是采用二級(jí)放坡，在施工灌注樁前先施工基坑止水帷幕攪拌樁，減少基坑外圍地下水對(duì)施工的影響；單軸攪拌樁改為雙軸，坑中坑和被動(dòng)區(qū)單排攪拌樁改雙排；增加主動(dòng)區(qū)和被動(dòng)區(qū)的井點(diǎn)降水，在抽水過(guò)程中監(jiān)測(cè)水位位置，使地下承壓水得以釋放；混凝土澆筑時(shí)，盡量減少混凝土澆筑過(guò)程中導(dǎo)管反插；如果樁頭滲水非常嚴(yán)重，應(yīng)在截樁、接樁、承臺(tái)施工時(shí)，采用高標(biāo)號(hào)混凝土或防水混凝土進(jìn)行接樁：對(duì)本工程的工程樁全部做小應(yīng)變檢測(cè)，以確保樁身質(zhì)量；對(duì)已完成的灌注樁，可采用鉆芯法和回彈法相結(jié)合的方法來(lái)驗(yàn)證；承壓樁的試樁數(shù)量由原來(lái)的4根調(diào)整為8根；抗拔樁縱向和底部鋼筋增加；未打樁按以上方案處理，已完成（包括冒水樁）做靜載處理。

六、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于類似溫州濱海地區(qū)的地質(zhì)情況，今后在施工前有條件要先進(jìn)行試樁檢測(cè)，以避免在后續(xù)工期及成本上的被動(dòng)和浪費(fèi)；如未進(jìn)行試樁應(yīng)綜合考慮地勘報(bào)告，先進(jìn)行施工止水帷幕攪拌樁和井點(diǎn)降水處理，在檢測(cè)工程樁應(yīng)當(dāng)充分考慮到混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。對(duì)于靜載不合適或小應(yīng)變達(dá)不到要求的，應(yīng)由設(shè)計(jì)出圖補(bǔ)樁。