彭可傲

(云南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院,云南 昆明 650504)

0 引言

我國(guó)沿海一帶地貌一般以濱海平原、湖沼平原為主,地基土主要為巨厚的第四紀(jì)沉積物。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各種高速鐵路、超高層建筑等復(fù)雜工程日益增多,對(duì)單樁的承載力提出更高的要求。珠海地區(qū)多為海相沉積地貌,常見流塑狀軟土,其天然地基的承載力無法滿足工程需求。鉆孔灌注樁承載力高,對(duì)場(chǎng)地要求低,施工過程中對(duì)環(huán)境影響小以及抗震能力強(qiáng),所以近年來在工程中廣泛應(yīng)用。大量工程實(shí)踐表明,施工過程中易出現(xiàn)串孔、斷樁、塌孔、鋼筋籠上浮、卡管等質(zhì)量問題,從而影響樁的完整性以及樁的承載力,造成工程隱患[1-3]。因此,對(duì)串孔現(xiàn)象的形成機(jī)理研究,并建立鉆孔灌注樁施工質(zhì)量檢測(cè)分析方法是當(dāng)前的一個(gè)重要課題。

樁土荷載傳遞機(jī)理理論方面的研究促進(jìn)了樁基靜載試驗(yàn)理論的發(fā)展。荷載傳遞法最早由Seed等(1955)[4]提出,該方法中假定基樁由多個(gè)彈性原件組成,每個(gè)彈性體通過非線性彈簧與土體(樁側(cè)和樁端土)聯(lián)系起來,通過提出基樁與樁周圍土體之間的荷載傳遞函數(shù),可以驗(yàn)算樁側(cè)阻力與樁土之間的剪切位移或者樁端阻力與樁端位移之間的關(guān)系[5-7]。從1978年起,以劍橋大學(xué)為首的一些學(xué)者提出了“有效應(yīng)力法”,同時(shí)也建立了4種按照有效應(yīng)力原理去計(jì)算樁承載力的方法[8]。Sehiefle等對(duì)樁基在施工過程中擴(kuò)孔現(xiàn)象進(jìn)行了研究[9]。擴(kuò)孔現(xiàn)象一般在地下水為流體狀態(tài)、鉆錐擺動(dòng)浮動(dòng)較大以及土著松散層等情況下出現(xiàn),假若幾種情況表現(xiàn)的比較嚴(yán)重,極易導(dǎo)致塌孔現(xiàn)象的出現(xiàn)。如果鉆孔的深度滿足設(shè)計(jì)與施工要求時(shí),不必進(jìn)行擴(kuò)孔處理;如果出現(xiàn)了坍塌的現(xiàn)象,必須加大混凝土的灌注量,從而確保樁基成孔的質(zhì)量;如果孔壁繼續(xù)坍塌,按坍塌事故進(jìn)行處理。Zhang(2005)[10]、徐奮強(qiáng)(2004)[11]、姚志偉(2012)[12]等對(duì)泥漿護(hù)壁作用下孔壁的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,提出泥漿的比重是影響孔壁穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素,孔內(nèi)泥漿的比重越大,孔壁的穩(wěn)定性就越好,一定程度上保證了樁基的成孔質(zhì)量。程曄等(2010)[13]對(duì)深回填強(qiáng)巖溶地區(qū)機(jī)械成孔進(jìn)行研究,研究表明在深回填區(qū)進(jìn)行成孔施工時(shí)極易出現(xiàn)塌孔的情況,為了防止施工中出現(xiàn)塌孔的情況,可采用全鋼護(hù)筒跟進(jìn)的辦法解決塌孔問題的出現(xiàn)。劉暢等(2018)[14]針對(duì)縱筋配筋率不同的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,借助靜力試驗(yàn)探究了不同配筋率的鉆孔灌注樁在低周往復(fù)水平荷載作用下的滯回特性、耗能性能、剛度退化、位移延性及承載能力的差異。邵海兵(2020)[15]以沿海地區(qū)某項(xiàng)目為例,針對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆孔灌注樁在富水砂性土層施工中遇到的成孔效率低、孔底涌土等問題,提出了采用鉆孔成孔后同步進(jìn)行孔底注水的施工方法,并進(jìn)行試樁驗(yàn)證。Likins(2020)[16]對(duì)基坑施工進(jìn)行了研究,研究表明采用基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)可以在一定程度上保證基坑施工以及周邊施工環(huán)境的安全性,一旦出現(xiàn)問題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn),可以有效地預(yù)防施工事故的出現(xiàn)。

本文選取廣東省珠海市香洲區(qū)某施工工地,結(jié)合該地區(qū)的樁基礎(chǔ)施工工藝,對(duì)樁基的設(shè)計(jì)原則、施工工藝、施工中存在問題以及施工質(zhì)量的檢測(cè)方式要點(diǎn)等方面進(jìn)行探討,對(duì)施工中出現(xiàn)的串孔現(xiàn)象從內(nèi)在機(jī)理上進(jìn)行解釋,研究成果可以為鉆孔灌注樁的施工提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

1 灌注樁之間的串孔現(xiàn)象

沖孔灌注樁施工過程中,距離較近的兩根樁同時(shí)施工,一根樁在澆筑混凝土?xí)r,混凝土沖破泥漿護(hù)壁層,軟弱土層在混凝土的擠壓下發(fā)生流動(dòng),從而破壞另一根樁的泥漿護(hù)壁層,導(dǎo)致泥漿反涌,這種現(xiàn)象稱為串孔。施工現(xiàn)場(chǎng)是根據(jù)泥漿反涌來判斷是否串孔。南屏項(xiàng)目3號(hào)、4號(hào)樓的鉆孔灌注樁施工過程中,尤其是沖孔樁機(jī)施工期間,頻繁出現(xiàn)串孔現(xiàn)象。3號(hào)、4號(hào)樓場(chǎng)地面積小,鉆孔灌注樁分布密集,場(chǎng)地中共有150根樁(包含4根塔吊樁),灌注樁直徑為1 m,兩樁之間的距離最小為1.5 m。工地現(xiàn)場(chǎng)最多時(shí)有6臺(tái)沖孔樁機(jī)同時(shí)施工,發(fā)生嚴(yán)重的串孔現(xiàn)象。如26號(hào)樁在澆筑混凝土過程中,46號(hào)樁出現(xiàn)泥漿反涌現(xiàn)象,即可判斷26號(hào)與46號(hào)樁出現(xiàn)串孔。南屏項(xiàng)目3號(hào)、4號(hào)樓串孔分布如圖1所示。串孔樁與被串孔樁之間最遠(yuǎn)距離為19 m,最小的距離為9.5 m。串孔樁位置分布圖顯示發(fā)生串孔的鉆孔灌注樁的位置比較聚集,兩樁的最小的距離約為2 m,會(huì)對(duì)后續(xù)施工造成不良影響。

2 串孔對(duì)灌注樁施工的影響

2.1 充盈系數(shù)

在施工現(xiàn)場(chǎng),發(fā)生串孔的灌注樁在混凝土澆筑時(shí),需要注意導(dǎo)管提升速度、混凝土澆筑方量?；炷翝仓搅恐苯臃从车氖浅溆禂?shù),對(duì)3號(hào)、4號(hào)樓發(fā)生串孔的灌注樁進(jìn)行混凝土澆筑方量的記錄,從而統(tǒng)計(jì)出串孔樁的充盈系數(shù),如表1所示。

表1 串孔灌注樁充盈系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

串孔樁的實(shí)際充盈系數(shù)最大值達(dá)3.69,充盈系數(shù)最小值為2.31,相較充盈系數(shù)理論值1.2,串孔樁充盈系數(shù)實(shí)際值與理論值最大比值為307.5%,最小比值為192.5%。被串孔樁實(shí)際充盈系數(shù)最大值達(dá)4.27,相較充盈系數(shù)的理論值1.2,被串孔樁實(shí)際充盈系數(shù)與理論值的比值為355.8%。充盈系數(shù)是混凝土實(shí)際澆筑方量比混凝土理論計(jì)算澆筑方量,串孔樁的充盈系數(shù)成倍數(shù)增加,澆筑完成一根樁所需混凝土方量也成倍數(shù)增加。鉆孔灌注樁在設(shè)計(jì)施工時(shí),對(duì)每根樁的成本有預(yù)算,其中就包括混凝土方量,混凝土方量成倍數(shù)增加,鉆孔灌注樁的成本也是成倍數(shù)增加。

2.2 成樁質(zhì)量

鉆孔灌注樁在混凝土澆筑時(shí),根據(jù)成孔深度、護(hù)筒面高度、設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高、樁徑可計(jì)算出混凝土澆筑方量,混凝土攪拌運(yùn)輸車的混凝土容量為9 m3,可提前預(yù)定混凝土運(yùn)輸車。灌注樁發(fā)生串孔時(shí),混凝土沖破泥漿護(hù)壁,擠壓流塑狀淤泥,混凝土侵入淤泥土層中,所以澆筑灌注樁的混凝土方量增加,則所需混凝土運(yùn)輸車次增加,需要再次預(yù)定混凝土。再次預(yù)定混凝土至混凝土運(yùn)輸車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),開始繼續(xù)澆筑混凝土,中間的時(shí)間間隔大約為1 h～5 h不等。早期澆筑的混凝土已發(fā)生初凝,混凝土澆筑導(dǎo)管位于已澆筑的混凝土中,繼續(xù)澆筑混凝土,則需要提升導(dǎo)管,會(huì)導(dǎo)致發(fā)生初凝的混凝土受到擾動(dòng),混凝土的均勻性無法得到保證,影響混凝土凝固的質(zhì)量,從而會(huì)影響樁的完整性和質(zhì)量。串孔樁的質(zhì)量需要通過樁檢去判斷。

鉆孔灌注樁在澆筑混凝土?xí)r,要保持槽內(nèi)混凝土面均衡上升,導(dǎo)管提升速度應(yīng)與混凝土的上升速度適應(yīng)(見圖2),始終保持導(dǎo)管在混凝土中的插入深度不小于2 m。鉆孔灌注樁發(fā)生串孔時(shí),混凝土流向淤泥中,流入淤泥中的混凝土方量是變化的,無固定值,導(dǎo)致灌注樁內(nèi)混凝土面的上升速度發(fā)生變化,無法均衡上升,則混凝土導(dǎo)管提升的速度難以掌控,若混凝土導(dǎo)管提升速度過快,則導(dǎo)管插入混凝土深度小于2 m,甚至提離混凝土面?；炷撩娓浇?混凝土與泥漿混合,凝固后混凝土中夾泥砂,則灌注樁的質(zhì)量受到影響。若導(dǎo)管提離混凝土面,則會(huì)發(fā)生斷樁,此類就是很嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

2.3 灌注樁施工進(jìn)程

46號(hào)被串孔樁對(duì)應(yīng)的是26號(hào)串孔樁,串孔距離為9.5 m,充盈系數(shù)分別為2.31和2.89。26號(hào)樁是串孔樁,先澆筑混凝土,串孔至46號(hào)樁。46號(hào)樁附近的44號(hào)樁和45號(hào)樁也發(fā)生串孔,雖然46號(hào)樁施工開始較早,但是至44號(hào)、45號(hào)樁澆灌完成,46號(hào)樁還處于沖孔階段。46號(hào)樁是被串孔樁,附近也是發(fā)生串孔的樁,26號(hào)、44號(hào)、45號(hào)鉆孔灌注樁澆筑混凝土成樁時(shí),部分混凝土混入46號(hào)樁位孔中,且孔中混凝土分布不均勻,混凝土凝固,其強(qiáng)度大。沖孔是利用質(zhì)量4.8 t的沖錘自由落體所產(chǎn)生的能量讓巖土破碎,巖土的碎渣隨著泥漿排出成孔。由于46號(hào)樁中有不均勻的混凝土塊,沖錘沖孔時(shí)發(fā)生偏錘、卡錘,如此需將沖錘提離沖孔樁位,回填大塊碎石,再進(jìn)行沖擊,進(jìn)行一次回填還不能解決問題,需反復(fù)回填碎石,至沖孔能正常進(jìn)行。由于灌注樁之間的串孔現(xiàn)象,46號(hào)樁施工進(jìn)度緩慢,施工難度加大,且增加回填碎石工作。

3 串孔機(jī)理分析

串孔發(fā)生在沖孔樁施工期間,旋挖樁施工時(shí)未發(fā)生串孔。旋挖樁施工時(shí),旋挖樁機(jī)完成一根樁孔時(shí),移機(jī)至下一個(gè)樁位繼續(xù)施工,旋挖深度達(dá)到16 m時(shí)樁機(jī)停止旋挖,等第一根樁混凝土澆筑完成達(dá)到初凝時(shí),第二根樁繼續(xù)施工,后續(xù)旋挖樁機(jī)施工也按此方案進(jìn)行,因此旋挖樁施工時(shí)未出現(xiàn)串孔。沖孔樁機(jī)施工時(shí),場(chǎng)地中的6臺(tái)沖孔樁機(jī)同時(shí)施工,質(zhì)量為4.8 t的沖錘沖擊樁孔,樁機(jī)之間的距離近,且混凝土澆筑時(shí)其余樁機(jī)也在沖孔,混凝土為初凝時(shí)就出現(xiàn)串孔現(xiàn)象。串孔深度根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)記錄,串孔發(fā)生在護(hù)筒以下(護(hù)筒長(zhǎng)2 m),即泥漿護(hù)壁段,發(fā)生串孔的時(shí)間多在第二車混凝土澆筑時(shí),此時(shí)混凝土已有一定的高度,相對(duì)被串孔樁有一定的高差,此高差會(huì)破壞串孔樁的泥漿護(hù)壁,從而導(dǎo)致流塑狀態(tài)的淤泥流動(dòng),進(jìn)而破壞被串孔樁的泥漿護(hù)壁,被串孔樁出現(xiàn)泥漿反涌現(xiàn)象。

3.1 串孔原因分析(從內(nèi)外部因素分析)

根據(jù)沖孔樁串孔情況,選取109號(hào)、119號(hào)、122號(hào)樁作地質(zhì)剖面圖,如圖3所示。巖土層從下而上分為3個(gè)大層:第1層為素填土,主要由花崗巖風(fēng)化土、石英質(zhì)細(xì)砂回填而成,很濕—飽和,欠壓實(shí),平均厚度為2.75 m;第2層為海陸交互相沉積的淤泥,深灰、灰黑色,巖芯呈泥柱狀,質(zhì)較純,手捏較滑膩,飽和,流塑,平均厚度26.8 m;第3大層為燕山三期的花崗巖,中風(fēng)化花崗巖較硬巖,較完整,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ類,RQD為較好的,此亞層作為灌注樁的持力層。

鉆孔灌注樁需穿透淤泥層,達(dá)到中風(fēng)化花崗巖層,將中風(fēng)化花崗巖層作為持力層。鉆孔灌注樁串孔發(fā)生在淤泥層。淤泥呈流塑狀態(tài),地基承載力特征值為45 kPa,天然重度為16.2 kN/m3,w(水)為62.2%,黏聚力4.5 kPa,內(nèi)摩擦角2.6°,壓縮模量1.82 MPa壓縮系數(shù)1.486,淤泥超固結(jié)比OCR=0.457～0.685,為欠固結(jié)土。場(chǎng)地土層中淤泥厚度27 m,呈流塑狀態(tài),屬于欠固結(jié)的軟弱土層,強(qiáng)度很低,含水率高,所以施加外力時(shí)極易破壞,發(fā)生流動(dòng),導(dǎo)致沖孔灌注樁發(fā)生嚴(yán)重的串孔。

沖孔樁是沖擊鉆機(jī)把帶鉆刃的重鉆頭(又稱沖錘)提高,靠自由下落的沖擊力來削切巖層,排出碎渣成孔。6臺(tái)沖孔機(jī)同時(shí)施工,沖錘的沖孔力對(duì)孔周圍的淤泥擾動(dòng),且兩臺(tái)沖孔機(jī)的距離近,兩孔之間的淤泥擾動(dòng),強(qiáng)度降低,流動(dòng)性增強(qiáng),且澆筑混凝土?xí)r串孔樁與被串孔樁形成高差,兩孔的壓力差增大到一定程度,就會(huì)失穩(wěn)破壞,串孔樁的泥漿護(hù)壁遭到破壞,混凝土進(jìn)入淤泥,淤泥受側(cè)向壓力開始流動(dòng),進(jìn)而被串孔樁泥漿護(hù)壁也被破壞,淤泥進(jìn)入被串孔樁泥漿中,造成泥漿反涌。沖孔灌注樁的護(hù)筒高度為2 m,位于素填土中,淤泥土層中是靠泥漿形成的泥皮護(hù)壁,泥皮的強(qiáng)度低,在孔內(nèi)的泥漿壓力與孔外的淤泥壓力平衡時(shí)才能穩(wěn)定,當(dāng)孔內(nèi)的泥漿壓力與孔外的淤泥壓力不平衡時(shí),就很容易發(fā)生塌孔或者擴(kuò)孔、串孔。

3.2 串孔機(jī)理分析

沖孔灌注樁串孔從力學(xué)角度分析[17-19],沖孔灌注樁澆筑混凝土,混凝土澆筑至一定高度時(shí),其側(cè)壓力導(dǎo)致泥漿護(hù)壁受力破壞,混凝土流動(dòng)擠壓樁間土體,樁間土體失穩(wěn),樁間土體在混凝土擠壓作用下,破壞處于成孔階段樁的泥漿護(hù)壁,樁間土體和混凝土流入空樁內(nèi),造成空樁泥漿反涌,出現(xiàn)串孔?？諛妒侵柑幱跊_孔階段的樁,未澆筑混凝土,樁孔內(nèi)是泥漿。

鉆孔灌注樁串孔主要分為4個(gè)階段:第1階段,兩根沖孔樁處于成孔階段,泥漿護(hù)壁內(nèi)泥漿與樁間土體處于穩(wěn)定狀態(tài);第2階段,沖孔樁澆筑混凝土,混凝土土壓力破壞泥漿護(hù)壁;第3階段,混凝土破壞泥漿護(hù)壁后擠壓樁間土體,樁間土體與混凝土流動(dòng);第4個(gè)階段,樁間土體和混凝土擠壓破壞另一根樁的泥漿護(hù)壁,混凝土和樁間土體流入樁孔內(nèi),泥漿反涌,發(fā)生串孔。

1)成孔穩(wěn)定階段:南屏項(xiàng)目沖孔灌注樁在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生嚴(yán)重的串孔,沖孔期間未發(fā)現(xiàn)有串孔現(xiàn)象,這表明灌注樁在成孔階段處于穩(wěn)定階段,從力學(xué)角度上分析,則樁孔內(nèi)泥漿與樁孔外土體處于受力平衡狀態(tài),泥漿護(hù)壁在沖孔階段作用是防止樁間土體坍塌,所以泥漿護(hù)壁在成孔階段受到樁間土體的靜止土壓力,對(duì)樁間土體有向環(huán)外的壓力,則樁孔內(nèi)泥漿、泥漿護(hù)壁與樁孔外土體處于受力平衡狀態(tài)(如圖4—圖6所示)。成孔階段,樁間土體的土壓力為P3,樁孔內(nèi)泥漿壓力為P1,泥漿護(hù)壁壓力為P2。成孔階段,泥漿護(hù)壁內(nèi)外受力平衡,見式(1):

P1+P2=P3

(1)

樁間土體處于穩(wěn)定狀態(tài)。泥漿護(hù)壁壓力P2應(yīng)在護(hù)壁抗壓或抗拉強(qiáng)度之內(nèi),成孔階段泥漿護(hù)壁需提供抗壓強(qiáng)度。

2)混凝土破壞護(hù)壁階段:鉆孔灌注樁澆筑混凝土,混凝土達(dá)到一定高度后,深度h處的混凝土側(cè)壓力對(duì)泥漿護(hù)壁有向樁間土側(cè)的擠壓作用。相對(duì)成孔穩(wěn)定階段時(shí)樁間土的靜止土壓力對(duì)泥漿護(hù)壁有向樁孔內(nèi)的擠壓作用,泥漿護(hù)壁的環(huán)向應(yīng)力為壓應(yīng)力(見圖5),鉆孔灌注樁澆筑混凝土的過程中,混凝土對(duì)泥漿護(hù)壁的作用由環(huán)向壓應(yīng)力逐漸變?yōu)榄h(huán)向拉應(yīng)力,當(dāng)混凝土對(duì)泥漿的擠壓變形超過泥漿護(hù)壁的抗拉極限時(shí),泥漿護(hù)壁破壞,樁間土體由穩(wěn)定階段的主動(dòng)土壓力變?yōu)榛炷翆?duì)樁間土體的被動(dòng)土壓力,樁間土體壓縮變形。

混凝土側(cè)壓力根據(jù)帕斯卡定律計(jì)算公式,見式(2),見式(3):

pc=ρc·g·z

(2)

pc=γc·z

(3)

其中,z為深度,m;ρc為混凝土密度,kg/m3;pc為深度z處混凝土側(cè)壓力,kPa。

混凝土澆筑至一定高度時(shí),混凝土側(cè)壓力為p1a,樁間土體的土壓力為p3a,泥漿護(hù)壁壓力為p2a,由于泥漿護(hù)壁的抗拉抗壓強(qiáng)度較小,所以此時(shí)的p2a為泥漿護(hù)壁的極限承載力。隨著混凝土澆筑高度增加,混凝土側(cè)壓力增加,則某個(gè)時(shí)刻有(見式(4)):

p1a>p2a+p3a

(4)

混凝土作用在泥漿護(hù)壁上的力,護(hù)壁的擴(kuò)張變形到達(dá)極限時(shí),則泥漿護(hù)壁破壞。樁間土的土壓力用朗肯土壓力理論進(jìn)行計(jì)算。

3)樁間土體失穩(wěn):灌注樁混凝土澆筑,泥漿護(hù)壁破壞,混凝土直接與樁間土體接觸,樁間土體壓縮變形,樁間土體為流塑狀淤泥,淤泥在混凝土側(cè)壓力作用下向空樁方向流動(dòng)。樁間土體有穩(wěn)定階段的主動(dòng)土壓力轉(zhuǎn)變?yōu)楸粍?dòng)土壓力。混凝土側(cè)壓力壓縮土體,混凝土和樁間土體皆有位移,受力狀態(tài)是失穩(wěn)狀態(tài)。混凝土側(cè)壓力會(huì)隨著壓縮土體和流動(dòng)的混凝土傳遞,傳遞的距離離澆筑混凝土樁越遠(yuǎn),則側(cè)壓力越小。

混凝土的側(cè)壓力p1b(見圖6),樁間土體的被動(dòng)土壓力p3b,混凝土呈流動(dòng)狀態(tài),擠壓樁間土體,混凝土有位移,所以是失穩(wěn)狀態(tài),受力分析有p1b>p3b。混凝土壓縮樁間土體,樁間土體破裂面形成,向空樁方向滑移,樁間土體滑移導(dǎo)致泥漿護(hù)壁壓縮變形。當(dāng)樁間土體的滑移量為泥漿護(hù)壁的厚度時(shí),泥漿護(hù)壁會(huì)脫節(jié),形成空隙,此時(shí)達(dá)到泥漿護(hù)壁的臨界失穩(wěn)狀態(tài),空樁出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象且處于即將破壞的臨界狀態(tài)。

4)空樁護(hù)壁破壞及后續(xù)發(fā)展:混凝土側(cè)壓力導(dǎo)致樁間土體劇烈壓縮,樁間土體發(fā)生剪切破壞,形成破裂面。樁間土體向空樁方向滑移,滑動(dòng)位移量超過泥漿護(hù)壁厚度時(shí),泥漿護(hù)壁破裂,形成空隙,泥漿護(hù)壁失效,則樁間土體和混凝土流入空樁內(nèi),兩根樁之間發(fā)生串孔作用。從受力角度分析,壓縮土體和混凝土的壓力值,相較泥漿護(hù)壁的抗壓值和泥漿的壓力大,所以泥漿護(hù)壁被破壞(見圖7)?；炷劣咳肟諛秲?nèi),則說明澆灌混凝土的沖孔樁與空樁之間已連通,兩樁之間的力學(xué)聯(lián)系發(fā)生,澆灌樁的混凝土持續(xù)涌入空樁內(nèi),直至空樁內(nèi)的混凝土高度與澆灌樁的混凝土高度一致,則兩樁之間到達(dá)新的力學(xué)平衡狀態(tài)。

空樁護(hù)壁破壞階段,混凝土和樁間土體對(duì)護(hù)壁的壓力為p1c+p3c,空樁泥漿護(hù)壁的壓力為p2c,空樁泥漿壓力為p4c,由于p1c+p3c>p2c+p4c,泥漿護(hù)壁破壞,是失穩(wěn)狀態(tài),混凝土和樁間土體涌入空樁內(nèi),直至新的力學(xué)平衡形成。樁間土體擠壓泥漿護(hù)壁時(shí),為主動(dòng)土壓力,空樁泥漿護(hù)壁對(duì)樁間土體和混凝土產(chǎn)生向外擠壓作用,而樁間土和混凝土的壓力導(dǎo)致泥漿護(hù)壁破壞,此時(shí)是泥漿護(hù)壁的抗壓強(qiáng)度起作用,突破泥漿護(hù)壁的抗壓強(qiáng)度即泥漿護(hù)壁的水平變形量超過其厚度時(shí),泥漿護(hù)壁破壞。

因此,鉆孔灌注樁串孔主要由混凝土側(cè)壓力引發(fā),灌注樁的泥漿護(hù)壁失穩(wěn)破壞是串孔發(fā)生的首要條件,空樁泥漿護(hù)壁破壞混凝土涌入是串孔的最終標(biāo)志?？傊?串孔機(jī)理是混凝土流動(dòng),其側(cè)壓力壓縮樁間土體,樁間土體失穩(wěn)破壞,產(chǎn)生水平位移,導(dǎo)致空樁泥漿護(hù)壁破壞,混凝土涌入空樁,兩根樁之間最終貫通,建立力學(xué)聯(lián)系。兩樁之間應(yīng)力達(dá)到新的平衡狀態(tài)的直接表現(xiàn)是混凝土停止流動(dòng)。

4 串孔處理措施及預(yù)防方法

4.1 串孔處理方案

沖孔灌注樁在澆筑混凝土?xí)r發(fā)生嚴(yán)重串孔,需要及時(shí)補(bǔ)救,保證成孔質(zhì)量和成樁質(zhì)量。串孔的緊急處理措施如下:

1)在混凝土的澆筑過程中,如果發(fā)現(xiàn)有串孔現(xiàn)象則需要立即停止該孔的混凝土澆筑。若是被串的孔的鋼筋已經(jīng)完成,具備混凝土澆筑條件,則可對(duì)串過去的孔進(jìn)行混凝土澆筑,澆筑混凝土頂面的位置需要同原樁的混凝土面相平,然后再交替澆筑,至2根樁同時(shí)完成。

2)在混凝土的澆筑過程中,如果相鄰的串孔樁不具備混凝土施工的條件,則需對(duì)原樁的混凝土進(jìn)行振搗,留下施工縫,待以后澆筑;同時(shí)在混凝土初凝前對(duì)串過去的孔中的混凝土進(jìn)行清理,清理完成后,需要調(diào)節(jié)泥漿的比重,用泥漿對(duì)串孔進(jìn)行封堵。

4.2 串孔預(yù)防方案

灌注樁施工過程中串孔發(fā)生主要條件有土層因素和外部因素。土層因素為軟弱土層或者粉細(xì)砂之類的松散土層使得鉆孔灌注樁澆筑混凝土?xí)r,混凝土擠壓軟弱土層和松散土層,發(fā)生位移。外部因素主要為沖孔樁機(jī)布置不合理,混凝土澆筑與沖孔時(shí)間安排不合理。預(yù)防串孔,可從串孔發(fā)生的引導(dǎo)因素切入。由于軟弱土層或者粉細(xì)砂之類的松散土層是天然的地質(zhì)條件,無法干預(yù),所以預(yù)防串孔就從導(dǎo)致串孔的外部因素切入。預(yù)防串孔方法如下:

1)根據(jù)場(chǎng)地情況以及灌注樁施工要求,合理布置沖孔樁機(jī)數(shù)量。

2)根據(jù)沖孔樁機(jī)數(shù)量,優(yōu)化設(shè)計(jì)沖孔樁機(jī)行進(jìn)路線,沖孔樁機(jī)工作時(shí)盡量采取跳樁方式,相鄰灌注樁分批施工。

3)若兩根灌注樁的距離較近,沖孔完成時(shí)間一致且達(dá)到混凝土澆筑條件,兩根樁可同時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑,避免出現(xiàn)高差。

4)在成孔的過程中及時(shí)檢查,發(fā)現(xiàn)管道、涵洞之類的,在混凝土澆筑前及時(shí)封堵。

5)軟弱土層中有泥漿護(hù)壁,所以控制泥漿比重尤其重要,每間隔一段時(shí)間需測(cè)量沖孔中的泥漿比,泥漿比較低時(shí)及時(shí)補(bǔ)充,保證泥漿護(hù)壁的完整性以及質(zhì)量。

5 結(jié)論

1)鉆孔灌注樁串孔導(dǎo)致樁的充盈系數(shù)增大,成樁質(zhì)量和成孔質(zhì)量無法保證。

2)從力學(xué)角度分析,澆灌樁的泥漿護(hù)壁失穩(wěn)破壞是串孔發(fā)生的首要條件,空樁泥漿護(hù)壁失穩(wěn)破壞混凝土涌入是串孔的最終標(biāo)志。鉆孔灌注樁串孔主要由混凝土側(cè)壓力引發(fā),混凝土破壞泥漿護(hù)壁,壓縮樁間土體,樁間土體失穩(wěn)滑移,導(dǎo)致空樁泥漿護(hù)壁破壞,混凝土涌入空樁,兩根樁之間最終貫通,建立力學(xué)聯(lián)系。

3)灌注樁發(fā)生串孔的處理措施:串孔樁停止混凝土澆筑,若空樁達(dá)到澆筑條件,則空樁澆筑混凝土,混凝土高度與串孔樁一致時(shí),兩樁同時(shí)澆筑;若空樁未達(dá)到澆筑條件,則對(duì)空樁串孔進(jìn)行封堵,調(diào)節(jié)泥漿比重,形成新的泥漿護(hù)壁,串孔樁則留下混凝土施工縫等待后期澆筑。

4)灌注樁預(yù)防串孔方法:合理布置樁機(jī)數(shù)量,優(yōu)化樁機(jī)行進(jìn)路線,樁澆筑方式優(yōu)化以及控制泥漿比重。