鄒學(xué)琴，李志輝，袁志遠(yuǎn)

（深圳市福田建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，廣東 深圳 518048）

0 引言

旋挖灌注樁為近年來(lái)發(fā)展最快的一種采用新型樁孔施工方法的樁型，其特點(diǎn)是工作效率高、施工質(zhì)量好、塵土泥漿污染少。在地質(zhì)條件較差、泥漿質(zhì)量不滿足要求、成孔后放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等情況下，容易出現(xiàn)各種施工質(zhì)量問(wèn)題。如何準(zhǔn)確檢測(cè)出樁身質(zhì)量缺陷以及如何對(duì)樁身質(zhì)量缺陷進(jìn)行加固處理，關(guān)系到基樁質(zhì)量是否能滿足設(shè)計(jì)要求，也關(guān)系到主體結(jié)構(gòu)的安全。

1 旋挖灌注樁工藝

旋挖灌注樁適用于人工回填土、淤泥質(zhì)土、黏土、粉土、砂土、含有卵石、碎石的土層以及各種全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化巖層。旋挖灌注樁的成孔工藝采用了靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆斗取土的工藝，采用了無(wú)沖洗介質(zhì)循環(huán)的鉆進(jìn)方法。該方法在鉆進(jìn)時(shí)，為保護(hù)孔壁穩(wěn)定，在孔內(nèi)需注滿優(yōu)質(zhì)泥漿。鋼筋籠的加工制作、吊放，以及后壓漿工藝與其他樁基施工工藝基本相同。

旋挖鉆機(jī)是一種多功能、高效率的灌注樁樁孔的成孔設(shè)備，可以通過(guò)鉆斗的旋轉(zhuǎn)、挖土、提升、卸土和采用泥漿置換護(hù)壁，反復(fù)循環(huán)而成孔。旋挖鉆機(jī)可借助鉆具的自重和鉆機(jī)加壓力，將耙齒切入土層，在回轉(zhuǎn)力矩的作用下，鉆斗同時(shí)回轉(zhuǎn)配合不同鉆具，可適應(yīng)于干式（短螺旋）、濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)。該方法自動(dòng)化程度和鉆進(jìn)效率較高，鉆頭能快速穿過(guò)各種復(fù)雜地層，在工業(yè)和民用建筑樁基的施工中廣泛應(yīng)用。

2 旋挖灌注樁樁身質(zhì)量缺陷的主要類型及形成原因

旋挖灌注樁樁身質(zhì)量缺陷的主要類型包括樁身夾泥、樁底沉渣、樁身縮徑、樁身水平裂縫、局部混凝土離析等。

2.1 樁身夾泥

當(dāng)旋挖灌注樁成孔后，灌注過(guò)程中受到外來(lái)機(jī)械的擾動(dòng)等原因造成塌孔，會(huì)使坍塌的巖土體與澆灌的混凝土混合在一起，形成樁身的局部夾泥。當(dāng)回填土、粉土、砂土層較厚時(shí)，未能正確采用合適的護(hù)壁泥漿，或泥漿質(zhì)量差，無(wú)法形成護(hù)壁泥膜或者形成的泥皮黏附力較差，泥皮容易脫落，導(dǎo)致孔壁的穩(wěn)定性較差，在砂性土層中容易塌孔，形成樁身夾泥［1］。

2.2 樁底沉渣

樁底沉渣是鉆孔底部沉積物的統(tǒng)稱，其中包括了鉆孔過(guò)程中鉆機(jī)切削下來(lái)的和孔壁塌落下來(lái)的巖土，也包括了比重大、稠度大的劣質(zhì)泥漿沉淀在孔底部的流塑狀混合物。沉渣堆積在樁底形成軟弱層，嚴(yán)重影響端承樁的承載能力。樁底沉渣過(guò)厚有以下幾個(gè)原因。

1）護(hù)壁泥漿不適合。護(hù)壁泥漿在黏土層中可以采用原土注水造漿護(hù)壁，在其他土層中均應(yīng)人工制備泥漿。但是在實(shí)際施工過(guò)程中，施工單位為節(jié)約成本，大部分是采用原土造漿護(hù)壁的形式，且在施工進(jìn)入各種土層中時(shí)，并沒(méi)有按規(guī)定測(cè)量泥漿各項(xiàng)指標(biāo)，沒(méi)有及時(shí)調(diào)整泥漿濃度，容易導(dǎo)致塌孔或鉆孔過(guò)程中清渣困難，從而造成沉渣過(guò)大。

2）清孔清渣程度不夠。由于泥漿指標(biāo)控制不當(dāng)，無(wú)法將孔底的沉渣循環(huán)置換出來(lái)；由于用水緊張，孔內(nèi)泥漿置換不充分，也會(huì)造成孔底沉渣厚度過(guò)大。

3）施工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。施工工序沒(méi)有銜接好，或由于其他原因?qū)е禄炷廖醇皶r(shí)到場(chǎng)，一次清孔結(jié)束至混凝土灌注的間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；混凝土灌注之前，施工單位對(duì)二次清孔不夠重視，未認(rèn)真進(jìn)行二次清孔，導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿中的砂粒沉淀，泥漿失水、沉淀，造成沉渣厚度過(guò)大［2］。

2.3 樁身縮徑

灌注樁在澆筑過(guò)程中或澆筑結(jié)束后受到土壓力或者孔隙水壓力的擠壓造成樁身直徑縮小。造成樁身縮徑有以下幾個(gè)原因。

1）地質(zhì)因素。在軟塑或流塑的黏土層或粉質(zhì)黏土層中，當(dāng)護(hù)壁泥漿差時(shí)，易于形成縮徑。

2）鉆孔放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。由于一些客觀因素的影響，鉆機(jī)成孔后不能及時(shí)地進(jìn)行混凝土灌注，泥漿自重壓力無(wú)法支撐土層收縮及潰流帶來(lái)的壓力，最終導(dǎo)致鉆孔縮徑。

3）相鄰樁孔之間相互擾動(dòng)。鉆孔灌注樁是先成孔，依靠泥漿護(hù)壁，然后在孔內(nèi)成樁，周圍土移向樁身，土體對(duì)樁產(chǎn)生動(dòng)壓力，尤其是在成樁初始，樁身混凝土的強(qiáng)度很低時(shí)，易形成縮徑。

2.4 樁身水平裂縫

灌注樁水平裂縫是指由于擠壓彎裂、混凝土熱脹冷縮、混凝土凝固速度不均勻等原因造成樁身水平方向的裂縫。具體原因如下。

1）擠壓彎裂。當(dāng)灌注樁受到側(cè)向被動(dòng)土壓力的擠壓作用時(shí)，若混凝土尚處于初凝期，灌注樁易受彎產(chǎn)生裂縫。這種情況多出現(xiàn)在軟土地區(qū)，當(dāng)在施工場(chǎng)地內(nèi)，灌注樁周邊有重型機(jī)械行走、樁單側(cè)有大面積堆載或進(jìn)行快速非均衡開(kāi)挖時(shí)，土體受到擠壓產(chǎn)生滑移從而擠壓灌注樁，使得灌注樁在樁側(cè)軟硬土層分界處或樁身質(zhì)量薄弱部位的混凝土在受彎拉側(cè)產(chǎn)生水平裂縫。

2）混凝土熱脹冷縮。當(dāng)樁周土的巖土性狀較好時(shí)，產(chǎn)生的樁側(cè)土阻力較大，對(duì)樁周的約束作用較強(qiáng)。為提高混凝土的強(qiáng)度，混凝土配合比不當(dāng)或添加不合適的外加劑時(shí)，反而降低了混凝土的抗拉性能。混凝土初凝時(shí)，由于水化作用產(chǎn)生大量熱量，混凝土體積膨脹，而冷卻時(shí)體積明顯收縮，就會(huì)使得混凝土在初凝階段被拉裂形成水平裂縫。

3）混凝土凝固速度不均勻。在淤泥質(zhì)土層、砂層與粉質(zhì)黏土層的分界部位，由于淤泥質(zhì)土、砂層的含水率高，使得位于該土層的混凝土凝固速度快，混凝土先凝固；而粉質(zhì)黏土層含水率較低，位于該土層的混凝土凝固速度慢，混凝土繼續(xù)塌落，導(dǎo)致混凝土在土層的交界處被拉裂，形成水平裂縫［3，4］。

2.5 混凝土離析

混凝土離析是指混凝土的粗骨料、細(xì)骨料無(wú)水泥漿包裹或膠結(jié)不密實(shí)，水泥漿及細(xì)骨料流失，粗骨料呈松散狀態(tài)的現(xiàn)象。分析其原因如下。

1）混凝土初灌量不足。建筑工地的貯料斗的容積較小，當(dāng)樁徑較大時(shí)無(wú)法滿足初灌量能使導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下 0.8 m 以上的要求；樁基施工單位在施工過(guò)程中直接把混凝土灌入充滿泥漿的導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行水下混凝土灌注，未設(shè)置隔水栓，造成樁端混凝土離析。

2）澆筑過(guò)程中導(dǎo)管離樁底過(guò)高。造成封底不充分，在樁孔底部由于水壓最大，最底下的混凝土直接下到樁孔底部后直接沉底而未翻漿，造成混凝土與底部存水稀釋造成離析。

3）地下水豐富。澆筑混凝土過(guò)程中，有流動(dòng)水沖刷混凝土，將水泥及砂漿帶走造成離析。

3 旋挖灌注樁樁身質(zhì)量常用的檢測(cè)方法與工程實(shí)例

3.1 旋挖灌注樁樁身質(zhì)量常用檢測(cè)方法

參考 DBJ/T 15－60－2019《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范》［5］，常用檢測(cè)方法有：低應(yīng)變、高應(yīng)變、聲波法、鉆芯、孔內(nèi)攝像等，優(yōu)缺點(diǎn)如表 1 所示。綜合現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)手段，根據(jù)各種檢測(cè)方法的特點(diǎn)，大直徑灌注樁樁身質(zhì)量檢測(cè)的最有效的測(cè)試方法是綜合低應(yīng)變、聲波法、鉆芯、孔內(nèi)攝像法，不同方法相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證，可快速排除干擾，準(zhǔn)確檢測(cè)出樁身質(zhì)量缺陷。

表1 樁身完整性各種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

3.2 深圳地區(qū)旋挖灌注樁樁身質(zhì)量缺陷檢測(cè)工程實(shí)例

工程實(shí)例 1：某工程項(xiàng)目采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)，樁徑 800～1 200 mm，樁端持力層為中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C 35。場(chǎng)地地層自上而下分為：人工填土、淤泥質(zhì)黏土、礫砂、淤泥質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 257 # 號(hào)旋挖灌注樁采用低應(yīng)變檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在 7.0 m 處存在正向反射，14.0 m 存在二次正向反射，懷疑該樁在 7.0 m 處存在較大缺陷，如圖 1 所示。隨后采用鉆芯法驗(yàn)證檢測(cè)，在芯樣的 7.0 m 處發(fā)現(xiàn)有斷口，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，如圖 2 所示。再采用孔內(nèi)攝像法進(jìn)行驗(yàn)證檢測(cè)，在鉆芯孔內(nèi) 7.0 m 處見(jiàn)水平裂縫，如圖 3 所示。該樁采用低應(yīng)變、鉆芯、孔內(nèi)攝像 3 種方法進(jìn)行檢測(cè)，3 種方法相互驗(yàn)證，綜合判斷，結(jié)果判定該樁存在水平裂縫的質(zhì)量缺陷。

圖1 257 # 樁低應(yīng)變檢測(cè)曲線

圖2 257 # 樁抽芯檢測(cè)圖片

圖3 257 # 樁孔內(nèi)攝像圖片

工程實(shí)例 2：某工程項(xiàng)目采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)，樁徑 1 800 mm，樁端持力層為中風(fēng)化變質(zhì)砂巖，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C 30。場(chǎng)地地層自上而下分為：強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖、中風(fēng)化變質(zhì)砂巖、微風(fēng)化變質(zhì)砂巖及中風(fēng)化變質(zhì)砂巖夾層。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 1-5# 旋挖灌注樁采用超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在 11.80～12.76 m 處聲波波速、波幅明顯降低，懷疑該樁在以上位置存在較大缺陷，如圖 4 所示。隨后采用鉆芯法驗(yàn)證檢測(cè)，在 11.88～12.76 m 處發(fā)現(xiàn)樁身混凝土離析，如圖 5 所示。再采用孔內(nèi)攝像法進(jìn)行驗(yàn)證檢測(cè)，在鉆芯孔內(nèi) 11.80～12.76 m 處見(jiàn)混凝土離析，如圖 6 所示。該樁采用超聲波、鉆芯、孔內(nèi)攝像 3 種方法進(jìn)行檢測(cè)，3 種方法相互驗(yàn)證，綜合判斷，結(jié)果判定樁存在混凝土離析的質(zhì)量缺陷。

圖4 1-5 # 樁超聲波檢測(cè)圖片

圖5 1-5 # 樁抽芯檢測(cè)圖片

圖6 1-5 # 樁孔內(nèi)攝像圖片

4 灌注樁樁身質(zhì)量缺陷常用處理方法與工程實(shí)例

4.1 洗孔注漿處理

洗孔注漿處理適用于樁底沉渣、樁身夾泥、水平裂縫等缺陷的處理。洗孔注漿處理是一種通過(guò)鉆芯孔對(duì)樁身或樁底進(jìn)行高壓洗孔，清洗出泥砂后，在孔內(nèi)高壓注漿的方法。

①定位鉆孔：根據(jù)缺陷的大小、位置及樁的直徑，合理布置新的鉆芯孔，孔數(shù)應(yīng)滿足洗孔注漿處理的要求，新鉆孔需與原鉆芯檢測(cè)孔底部連通，保證處理效果。

②采用高壓旋噴樁機(jī)清洗：鉆孔完成后，分別在各個(gè)孔內(nèi)放下高壓噴射頭，采用清水在樁的缺陷段上下反復(fù)進(jìn)行噴射清洗，清洗的范圍為缺陷段位置上下各 0.5 m，清洗時(shí)噴管的提升速度宜為 10～15 cm/min，旋轉(zhuǎn)速度宜為 20 r/min。在一個(gè)孔內(nèi)進(jìn)行切割清洗時(shí)，另一個(gè)孔內(nèi)有水溢出時(shí)，可認(rèn)定缺陷部位已貫通，可更換另外一個(gè)孔清洗，直至所有鉆孔全部貫通。各鉆孔之間連通后，利用高壓清水的循環(huán)將泥沙及廢渣等從孔口排出樁外，當(dāng)孔口的水由濁變清時(shí)，再換其他孔進(jìn)行處理，直至所有的孔流出清水時(shí)，清洗工作完成。清水旋噴洗孔水壓 20～25 MPa，流量 75～90 L/min、風(fēng)壓0.6～1.2 MPa。

③高壓注漿：孔內(nèi)清洗完畢后，用壓漿設(shè)備置換清水，在未封閉口前，通過(guò)壓漿管壓入水泥漿，將鉆芯孔內(nèi)的清水全部置換出來(lái)，當(dāng)鉆芯孔口出現(xiàn)大量的濃水泥漿時(shí)，且該水泥漿與注入的水泥漿液比重基本相同時(shí)，可繼續(xù)補(bǔ)漿，使需補(bǔ)強(qiáng)部位得到水泥漿的充分填充而使其整體性增強(qiáng)。注漿壓力 15～20 MPa、提升速度 8～12 r/min。注漿材料可選擇 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥或超細(xì)水泥灌漿料（水灰比 1∶1）。采用 P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，鉆出的水泥漿體 28 d 齡期的抗壓強(qiáng)度可達(dá) 20～30 MPa，強(qiáng)度可能略低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求；采用超細(xì)水泥灌漿料短期內(nèi)強(qiáng)度較高，鉆出的水泥漿體 7 d 齡期的抗壓強(qiáng)度可達(dá) 40 MPa，28 d 齡期的抗壓強(qiáng)度可達(dá) 60～70 MPa，強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，可有效地縮短注漿處理后檢測(cè)的時(shí)間。

工程實(shí)例 3：某工程項(xiàng)目采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)，樁徑 1 800 mm，樁端持力層為中風(fēng)化變質(zhì)砂巖，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí) C 30。場(chǎng)地地層自上而下分為：素填土、強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖、中風(fēng)化變質(zhì)砂巖、微風(fēng)化變質(zhì)砂巖。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 2-2 # 號(hào)旋挖灌注樁鉆芯檢測(cè)，該孔在17.95～19.35 m 處見(jiàn)沉渣，如圖 7 所示。該樁采用洗孔注漿的處理方式，用高壓清水旋轉(zhuǎn)噴射清洗樁底后，采用超細(xì)水泥灌漿料進(jìn)行高壓注漿處理。處理后鉆芯檢測(cè)，純水泥漿芯樣抗壓強(qiáng)度達(dá)到 72.80 MPa，如圖 8 所示。

圖7 2-2 # 樁處理前鉆芯芯樣圖片

圖8 2-2 # 樁處理后鉆芯芯樣圖片

4.2 鑿井取芯處理

鑿井取芯處理適用于樁身有局部離析的缺陷處理。鑿井取芯處理是一種在缺陷樁中心開(kāi)挖一定直徑的井，深度須超過(guò)缺陷部位，再對(duì)新井清洗泥砂，再灌注膨脹混凝土的方法。

①封堵鉆孔：封堵住抽芯檢測(cè)的鉆孔，防止地下水上涌和破壞持力層。

②鑿井取芯：采用取芯管徑為 150 mm 的水磨鉆在樁中心鑿井施工，井徑≥1 m，按照分層取芯、破裂、取巖塊的循環(huán)工序，分層鑿井開(kāi)挖至缺陷部位。

③鑿除清渣：鑿除樁身中離析的混凝土渣樣和蜂窩區(qū)域、挖出沉渣等，將樁身混凝土臨空面或樁底沖洗清理干凈。

④灌注混凝土：采用高 1～2 個(gè)等級(jí)的混凝土進(jìn)行灌注，混凝土在樁身缺陷空隙中擴(kuò)散滲透，并與原樁身混凝土重新固結(jié)成為整體，從而有效提高了樁身的剛度和強(qiáng)度［6］。

工程實(shí)例 4：某工程項(xiàng)目采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)，樁徑 1 600～2 000 mm，樁端持力層為微風(fēng)化花崗巖，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí) C 40。場(chǎng)地地層自上而下分為：人工填土、粗砂、含砂粉質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì) 60 # 號(hào)旋挖灌注樁鉆芯檢測(cè)，該孔在 9.62～ 11.42 m 處見(jiàn)離析，如圖 9 所示。該樁采用鑿井取芯法進(jìn)行處理，在樁底鑿除離析混凝土，沖洗清理干凈，露出完整的持力層巖面后，澆筑新的混凝土，如圖 10～圖 12 所示。

圖9 60 # 樁 處理前鉆芯芯樣圖片

圖10 60 # 樁鑿井側(cè)壁圖片

圖11 60 # 樁鑿井取芯及開(kāi)挖出的離析渣樣

圖12 60 # 樁渣樣清理后樁底圖片

5 結(jié)語(yǔ)

旋挖灌注樁在深圳地區(qū)應(yīng)用廣泛，施工過(guò)程中易出現(xiàn)各種質(zhì)量問(wèn)題，需要了解出現(xiàn)質(zhì)量缺陷的原因，加強(qiáng)施工過(guò)程中關(guān)鍵技術(shù)的控制。檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)充分利用現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)，采用多種方法進(jìn)行驗(yàn)證，確保準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)各種質(zhì)量缺陷，并確定缺陷的具體位置和范圍。對(duì)于存在質(zhì)量缺陷的樁及時(shí)采取有效的加固補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行處理，確保基樁質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。樁基的施工質(zhì)量直接關(guān)系到主體結(jié)構(gòu)的安全，必須對(duì)樁基施工中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題以及安全隱患采取科學(xué)合理的方式處理，才能確保樁基質(zhì)量安全可靠。本文為深圳地區(qū)旋挖灌注樁質(zhì)量檢測(cè)及缺陷處理方法提供了參考。Q