黎 明， 高 原， 李 睿， 潘勁昌， 周 煦， 顧 嫚

(成都市建工科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，四川成都 610059)

?

某工程旋挖成孔擴(kuò)底灌注樁質(zhì)量問題分析及處理

黎 明， 高 原， 李 睿， 潘勁昌， 周 煦， 顧 嫚

(成都市建工科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，四川成都 610059)

旋挖成孔擴(kuò)底灌注樁單樁承載力高、經(jīng)濟(jì)性好、施工速度快，在成都地區(qū)應(yīng)用廣泛，但施工控制不當(dāng)?shù)纫蛩匾部赡茉斐晒こ藤|(zhì)量問題。文章分析了成都地區(qū)某工程旋挖成孔擴(kuò)底灌注樁質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因、處理方式、處理效果驗(yàn)證等，具有借鑒意義。

旋挖成孔灌注樁； 混凝土離析； 高壓旋噴灌漿

近幾年來，旋挖成孔施工技術(shù)以其低噪音、低振動(dòng)、成孔速度快、適用范圍廣等特點(diǎn)被越來越多地應(yīng)用到成都地區(qū)樁基工程施工中。與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力管樁、人工挖孔樁相比，旋挖成孔灌注樁既彌補(bǔ)了前者單樁承載力低、適用范圍小的短板，又克服了后者施工時(shí)間長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)高的缺點(diǎn)，受到了施工單位的青睞。

成都地區(qū)軟質(zhì)巖土體具有含水量高、地層巖性較復(fù)雜、各向異性明顯的特點(diǎn)。因此，施工過程中成孔、清孔等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制顯得尤為重要。本文以某建設(shè)項(xiàng)目樁基工程為例，對(duì)該項(xiàng)目樁基施工中遇到的質(zhì)量問題及其原因分析、后期處理進(jìn)行了綜述，具有指導(dǎo)、借鑒意義。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

該工程位于成都市天府新區(qū)，擬建26層，框剪式結(jié)構(gòu)。建設(shè)區(qū)場(chǎng)地地形起伏較大，總體為西低東高；該區(qū)域斷裂構(gòu)造和地震活動(dòng)較微弱，歷史上從未發(fā)生過強(qiáng)烈地震，結(jié)合成都市已有的地震地質(zhì)研究成果，該建設(shè)區(qū)域場(chǎng)地穩(wěn)定性良好；場(chǎng)地地下水類型分為孔隙潛水和基巖裂隙水兩種地下水類型。

參考該建設(shè)項(xiàng)目詳勘報(bào)告，建設(shè)區(qū)地層構(gòu)成如下：①雜填土、②黏土、③粉土、④細(xì)砂、⑤卵石、⑥全風(fēng)化含礫泥巖、⑦-1強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、⑦-2中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。各巖土體工程特性指標(biāo)見表1。

2 樁基設(shè)計(jì)概況

該工程采用樁筏基礎(chǔ)，共布置91根旋挖成孔嵌巖灌注樁，以中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖作為樁端持力層，設(shè)計(jì)要求樁端巖石天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不低于6.0 MPa，單樁承載力特征值不低于4 650 kN。詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2，基樁大樣見圖1。

3 樁基施工概況

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解，施工單位于7月先行對(duì)該工程開挖2層地下室，再進(jìn)行了該工程樁基施工。施工過程中坑內(nèi)積水較多，場(chǎng)地條件差，旋挖成孔時(shí)未用護(hù)筒對(duì)樁孔進(jìn)行護(hù)壁擋土；部分基樁施工中由于場(chǎng)地條件限制，成孔后未及時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑。

表1 巖土的工程特性指標(biāo)建議值

4 基樁質(zhì)量檢測(cè)

檢測(cè)單位依據(jù)DBJ 51/T 014-2013《四川省建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》、JGJ 106-2014《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，先后對(duì)該工程91根旋挖成孔灌注樁共進(jìn)行三次檢測(cè)。

4.1 第一次檢測(cè)

第一次檢測(cè)共抽取33#、71#樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)；抽取15根基樁進(jìn)行鉆芯法試驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果為：(1)靜荷載試驗(yàn)抽檢的2根基樁承載力不滿足設(shè)計(jì)要求。(2)部分基樁樁身混凝土存在離析、夾泥，樁端以下2.4 m范圍內(nèi)持力層存在破碎段。為查明該工程基樁存在質(zhì)量問題的范圍，各方?jīng)Q定進(jìn)行第二次檢測(cè)。

表2 旋挖鉆孔嵌巖樁設(shè)計(jì)明細(xì)

圖1 基樁

4.2 第二次檢測(cè)

第二次抽取63#樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)；抽取5根基樁進(jìn)行鉆芯法檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果與第一次類似。單樁承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，樁身混凝土存在離析、夾泥，樁端以下2.4 m范圍內(nèi)持力層存在破碎段。綜合以上兩次檢測(cè)結(jié)果，為查明該工程剩余71根基樁樁身完整性及持力層性狀，各方?jīng)Q定進(jìn)行第三次檢測(cè)。

4.3 第三次檢測(cè)

第三次對(duì)剩余71根基樁全數(shù)進(jìn)行鉆芯法檢測(cè)。綜合以上靜荷載試驗(yàn)及鉆芯法試驗(yàn)結(jié)果，靜荷載試驗(yàn)結(jié)果見表3、圖2，鉆芯法檢測(cè)結(jié)果見表4，典型樁端離析見圖3。檢測(cè)單位對(duì)該工程91根旋挖成孔灌注樁作出如下檢測(cè)結(jié)論：

表3 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)匯總

注：現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過程中，在破壞荷載處均出現(xiàn)位移陡增、荷載下降情況，故試驗(yàn)終止。經(jīng)鉆芯法確認(rèn)，其中33#樁樁身混凝土存在離析段；71#樁樁端以下2.4 m范圍內(nèi)存在破碎段；63#樁樁身混凝土及樁端以下2.4 m范圍內(nèi)均完整。

(a) 33#樁Q～S曲線

(b) 71#樁Q～S曲線

(c) 63#樁Q～S曲線圖2 靜載荷試驗(yàn)Q～S曲線

(1)單樁豎向靜載荷試驗(yàn)抽檢的3根基樁單樁承載力均不滿足4 650 kN的設(shè)計(jì)要求，單樁承載力特征值為2 350 kN(63#基樁樁身及持力層巖芯均完整)。

(2)鉆芯法檢測(cè)的91根基樁可分為以下四類情況：

①6#、7#、71#等共計(jì)29根樁，樁端2.4 m范圍內(nèi)巖芯存在破碎段；

②58#、62#、91#、33#共計(jì)4根樁，樁身混凝土存在破碎段；

③12#、24#、81#、30#、52#、76#共計(jì)6根樁，樁身混凝土存在破碎段，樁端2.4 m范圍內(nèi)巖芯存在破碎段；

表4 鉆芯法試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

注：通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土及巖石芯樣進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明全數(shù)基樁完整段混凝土芯樣強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)C30的要求，有12根基樁完整段巖石芯樣天然單軸抗壓強(qiáng)度不滿足frk≥6.0 MPa的設(shè)計(jì)要求。

④其余52根樁樁身混凝土芯樣完整，樁端以下2.4 m范圍內(nèi)巖芯完整，無明顯破碎段。

由表3、圖2可知，在破壞荷載作用時(shí)，沉降量遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，且Q～S圖曲線呈陡降型，具有明顯拐點(diǎn)，說明基樁樁側(cè)及樁端阻力均已發(fā)揮完全。

5 質(zhì)量問題分析

由上述檢測(cè)結(jié)果可知，該工程樁基工程主要存在三個(gè)方面質(zhì)量問題：(1)持力層巖芯破碎； (2)混凝土、持力層巖芯均完整的基樁，單樁承載力不滿足設(shè)計(jì)要求；(3)樁身混凝土離析、夾泥。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解、資料收集、查閱工程相關(guān)文件，對(duì)出現(xiàn)質(zhì)量問題的原因進(jìn)行分析。

5.1 地勘問題

地勘過程中，該棟樓控制性鉆孔僅有1個(gè)，其布設(shè)位置不具代表性，導(dǎo)致以透鏡體形式存在于中風(fēng)化巖層中的強(qiáng)風(fēng)化巖層未被及時(shí)揭露，而是在后期檢測(cè)時(shí)才被發(fā)現(xiàn)。

5.2frk的取值問題

依據(jù)JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》5.3.9嵌巖樁單樁極限承載力的計(jì)算要求，對(duì)混凝土、持力層巖芯均完整，而單樁承載力特征值僅為2 350 kN的63#基樁(樁長(zhǎng)9.9 m)進(jìn)行反算frk。地勘孔位依據(jù)就近原則，選取39號(hào)地勘孔。

依據(jù)公式：

Quk=Qsk+Qrk

(1)

Qsk=u∑qsikli

(2)

Qrk=ξrfrkAp

(3)

式中：Qsk、Qrk為分別為土的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值、嵌巖段總極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qsik為樁周土第i層土的極限側(cè)阻力；frk為巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；ξr為樁嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)，該工程取1.8；Ap為樁端面積。

參考表1參數(shù)取值，可知Qsk=1 477 kN，Qrk=3 223 kN，Ap=1.130 4 m2；計(jì)算出frk=4.08 MPa(保留兩位小數(shù))。該值小于設(shè)計(jì)6.0 MPa的取值。室內(nèi)巖芯單軸抗壓結(jié)果顯示，有12根基樁樁端持力層巖芯單軸抗壓強(qiáng)度同樣小于6.0 MPa。結(jié)合以上兩點(diǎn)可知，設(shè)計(jì)單位對(duì)于frk取值的準(zhǔn)確性有待商榷。

5.3 施工問題

在樁基施工前，該場(chǎng)地已先行開挖了兩層地下室，土層中的上層滯水及雨水匯集于坑內(nèi)，對(duì)旋挖作業(yè)條件不利?；鶚妒┕r(shí)正值成都地區(qū)雨季，降水較豐富，容易造成孔壁坍塌、場(chǎng)地條件差、混凝土供應(yīng)不及時(shí)等施工問題，加之現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理不到位，導(dǎo)致部分基樁存在混凝土離析、夾泥情況。

6 處理措施

針對(duì)該工程樁基工程在檢測(cè)過程中出現(xiàn)的上述問題，各方經(jīng)會(huì)議討論決定采取了如下彌補(bǔ)措施：(1)對(duì)91根基樁中混凝土存在破碎段的10根基樁(2、3類質(zhì)量問題)進(jìn)行高壓旋噴灌漿處理，經(jīng)重新檢測(cè)，滿足設(shè)計(jì)要求后，全數(shù)進(jìn)行使用；(2)對(duì)91根基樁中持力層存在破碎段的基樁，經(jīng)專家論證決定全數(shù)進(jìn)行使用，單樁承載力特征值降低為2 350 kN。(3)設(shè)計(jì)方按單樁承載力特征值2 350 kN對(duì)該棟樓進(jìn)行重新計(jì)算并調(diào)整布樁形式。最終確定補(bǔ)樁49根。

對(duì)于高壓旋噴灌漿處理，其施工流程主要為：首先對(duì)孔底離析及沉渣段進(jìn)行高壓清水沖洗，直至孔口排出清水；其次使用高壓旋噴設(shè)備以25 MPa壓力向孔底高壓灌注水泥漿，直至孔口返出的水泥漿配合比達(dá)到設(shè)計(jì)配合比；最后在水泥漿初凝后、終凝前進(jìn)行二次注漿，使樁端周圍致密土體壓力不斷升高，進(jìn)而對(duì)樁端土層進(jìn)行擠壓、密實(shí)、充填、固結(jié)，在對(duì)已經(jīng)形成的注漿體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的同時(shí)，提高樁端土體承載力，從而提高樁端承載力。

7 后期檢測(cè)及處理效果驗(yàn)證

7.1 后期檢測(cè)

待施工單位補(bǔ)樁完畢，基樁達(dá)到檢測(cè)條件時(shí)，檢測(cè)單位依據(jù)規(guī)范要求對(duì)該棟樓重新進(jìn)行樁基檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容包括：

(1)抽取第3節(jié)中存在(1)類質(zhì)量問題的54#樁、存在(3)類問題經(jīng)高壓旋噴處理后的12#樁、補(bǔ)樁部分的BZ46#樁，共計(jì)3根基樁進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)。結(jié)果表明均滿足2 350 kN承載力特征值的設(shè)計(jì)要求。

(2)對(duì)補(bǔ)樁部分49根基樁全數(shù)進(jìn)行低應(yīng)變檢測(cè)；抽取10根基樁進(jìn)行聲波透射法檢測(cè)，以檢測(cè)樁身完整性。結(jié)果表明樁身完整，滿足規(guī)范要求。

(3)對(duì)補(bǔ)樁部分49根基樁抽取10根基樁進(jìn)行鉆芯法檢測(cè)。結(jié)果表明樁身結(jié)構(gòu)完整，樁端無明顯沉渣，樁端以下3倍樁徑范圍內(nèi)無破碎段、空洞及軟弱夾層。

7.2 處理效果驗(yàn)證

檢測(cè)單位對(duì)10根經(jīng)高壓旋噴灌漿處理的基樁進(jìn)行二次鉆芯驗(yàn)證。結(jié)果表明經(jīng)高壓旋噴灌漿處理后，原混凝土存在離析、夾泥的部位得到了很大改善。混凝土芯樣呈柱狀，膠結(jié)較好，注漿部位強(qiáng)度經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求。典型問題樁經(jīng)處理后二次鉆芯見圖4。

8 結(jié) 論

(1)成都地區(qū)軟質(zhì)巖具有強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化護(hù)層的特點(diǎn)，地層巖性較復(fù)雜。因此，在地勘階段應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地情況，有代表性地布置勘探孔，必要時(shí)增設(shè)勘探孔，對(duì)整個(gè)場(chǎng)地地層情況有較客觀、較真實(shí)的反映。

(2)在設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮場(chǎng)地條件的不均勻性，依據(jù)“最不利原則”，合理、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

(3)旋挖擴(kuò)底灌注樁對(duì)施工工藝要求較高，其擴(kuò)底效果和清孔質(zhì)量難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致擴(kuò)底尺寸不理想、沉渣過厚，反而會(huì)降低單樁承載力。因此，擴(kuò)底施工技術(shù)在成都地區(qū)工程使用前應(yīng)嚴(yán)格驗(yàn)證。

(4)高壓旋噴灌漿法對(duì)樁端混凝土離析、樁底沉渣過厚的質(zhì)量問題有很好的處理效果，處理方式可供其他類似問題工程借鑒。

[1] JGJ 106-2014 建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2014.

[2] DBJ 51/T 014-2013 四川省建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S].西南交通大學(xué)出版社, 2013.

[3] 李雄峰.旋挖成孔方法在軟質(zhì)巖石基礎(chǔ)灌注樁施工中的應(yīng)用[J].西部探礦工程,2012(4): 33-35.

[4] 冉濤.旋挖成孔灌注樁質(zhì)量檢測(cè)及處理技術(shù)[J].房屋建筑,2012(9): 41-45.

[5] 王欣.旋挖鉆機(jī)成孔灌注樁常見問題的分析與對(duì)策[J].吉林水利, 2004(11): 39-41.

[6] 吳江斌,王衛(wèi)東,陳鍇.438 m武漢中心大廈嵌巖樁設(shè)計(jì)[J].巖土工程學(xué)報(bào),2013,35(增刊): 76-80.

黎明(1966～)，男，本科，高級(jí)工程師，從事建筑工程、建筑材料、地基基礎(chǔ)檢測(cè)鑒定及技術(shù)服務(wù)工作。

TU473.1+4

B

[定稿日期]2017-04-14