影響鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量的因素分析

林福成

（漳州市光正工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，福建 漳州 363000）

沿海地區(qū)由于地表地質(zhì)較軟，地基承載力較低；建筑工程廣泛地將建筑物荷載通過(guò)樁基工程傳遞至承載力較高的地層。鉆孔灌注樁具有地層適應(yīng)能力強(qiáng)、可以在大范圍調(diào)節(jié)單樁承載力等特點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛用于地基處理的樁基工程。但是由于其樁基屬于地下隱蔽工程，技術(shù)要求高，施工環(huán)節(jié)多，影響成樁質(zhì)量和整體工程的安全性能和因素較多，值得研究。作者通過(guò)近年來(lái)的施工實(shí)踐，對(duì)影響鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量的主要因素作一簡(jiǎn)略分析。

1 問(wèn)題的提出

鉆孔灌注樁以受力狀況分端承樁、摩擦樁或摩擦與端承共同作用的樁。在漳州地區(qū)，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，一般分成三大類(lèi)，即河相(海相)沉積階地、沖洪積階地以及土臺(tái)階地。根據(jù)多年的工作經(jīng)歷，先后完成了20 余項(xiàng)大中型鉆孔灌注樁項(xiàng)目，從驗(yàn)樁資料優(yōu)良率來(lái)看，盡管Ⅰ類(lèi)樁平均達(dá)到了92.5%以上，但仍存在極少部分Ⅱ類(lèi)合格樁。通過(guò)對(duì)這些合格樁的綜合分析，筆者認(rèn)為影響成樁質(zhì)量的因素，主要表現(xiàn)在管理者的組織能力、操作者的技術(shù)素質(zhì)、地質(zhì)條件、成孔工藝、外部環(huán)境、材料質(zhì)量和灌注水平等。

2 操作者的技術(shù)素質(zhì)和責(zé)任心

施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的技術(shù)人員和技工是否具有良好的技術(shù)素質(zhì)，是否具有責(zé)任感，對(duì)工程質(zhì)量起著決定性的作用。如我公司在某施工工地地表下10 余米粉質(zhì)粘土質(zhì)中含有卵石和漂石，鉆機(jī)成孔速度慢，孔斜嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員改變施工方案，在上部地層中進(jìn)行挖孔，在直徑600mm的孔內(nèi)下挖17m，避免了漂、卵石的影響，經(jīng)檢查成樁優(yōu)良率達(dá)92.7%。

3 地質(zhì)條件

城市的大格局確定之后，其地質(zhì)條件也就是客觀(guān)上存在的原始狀態(tài)。在舊城改造及商業(yè)鬧市區(qū)進(jìn)行地下隱蔽工程施工，地下障礙已成為鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的一個(gè)嚴(yán)重制約因素，如舊房基礎(chǔ)、墳?zāi)?、洞穴等均能影響鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量。

4 外部環(huán)境

外部環(huán)境制約工程質(zhì)量最直接的因素是場(chǎng)地的大小。有許多工程，場(chǎng)地小且遍布樁位，因而泥漿池的容量受到嚴(yán)格限制，加之有的工地白天還不準(zhǔn)運(yùn)漿，使得成孔時(shí)泥漿變稠，成孔速度降低，泥皮過(guò)厚，灌注困難，靜壓檢測(cè)結(jié)果單樁承載力偏低。特別是施工群樁基礎(chǔ)，由于樁距小，若受場(chǎng)地影響無(wú)法跳打時(shí)，先期施工的樁因后期成樁時(shí)的振動(dòng)使砼面下降，開(kāi)挖后樁頭未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5 成孔工藝

成孔工藝中影響成樁質(zhì)量最直接的因素是泥漿產(chǎn)生泥皮，泥皮不僅影響到后期的灌注質(zhì)量同時(shí)也影響了單樁承載力。而在粉土、粉細(xì)砂層施工中不用泥漿護(hù)壁，孔壁極易坍塌；使用泥漿護(hù)壁則產(chǎn)生孔壁泥皮過(guò)厚的現(xiàn)象，若灌注前未二次掃孔或采取除泥皮措施，過(guò)厚的泥皮就會(huì)影響到樁的承載能力。

5.1 泥皮的形成機(jī)理

在粉土、粉細(xì)砂層施工的鉆孔灌注樁，常要采用泥漿護(hù)壁。在動(dòng)水位壓力的作用下，泥漿中的自由水不斷地向孔壁滲透，同時(shí)泥漿中的土質(zhì)顆粒不斷粘附在孔壁表面上，形成一層比較柔韌的粘土膜，抵抗沖洗介質(zhì)對(duì)孔壁的沖刷，起到穩(wěn)定孔壁、防止坍塌的作用。隨著鉆孔的加深和循環(huán)時(shí)間的延長(zhǎng)，泥皮也在不斷地加厚。

5.2 泥皮厚度與單樁承載力的關(guān)系

樁身表面與天然土之間存在著一層滲透能力差、止水性能好、抗剪強(qiáng)度低的泥皮，影響了混凝土與天然地基土的直接膠結(jié)，從而嚴(yán)重削弱了混凝土灌注樁早期單樁極限承載能力。在相同地層、樁徑、樁長(zhǎng)的一個(gè)施工場(chǎng)區(qū)內(nèi)，用沉管灌注樁和鉆孔灌注樁工藝施工的純摩擦樁，在28 天的齡期靜壓檢測(cè)結(jié)果表明，在規(guī)范要求的沉降范圍內(nèi)，沉管樁的單樁極限承載力是鉆孔樁的1.5～1.7倍。排除沉管樁樁身載面不規(guī)則和對(duì)地層擠密作用的影響，其承載能力仍比鉆孔樁高30%～40%。通過(guò)對(duì)某工地上地層相同、樁參數(shù)一樣（樁徑600mm、樁長(zhǎng)18m、砼標(biāo)號(hào)C25）的幾組樁的靜壓測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，泥皮愈厚，單樁極限承載能力愈低。

5.3 影響泥皮厚度的因素

受鉆孔灌注樁成樁工藝的制約，在成樁過(guò)程中產(chǎn)生泥皮是不可避免的，而影響形成泥皮厚度的因素也是多種多樣。根據(jù)工程實(shí)踐，歸納出以下幾個(gè)主要方面：

5.3.1 成孔工藝

在相同地層，泥漿性能和沉淀循環(huán)方式相同的情況下，潛水鉆機(jī)成孔后泥皮厚度約為轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)的1/3～1/2。主要原因是潛水鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)尺均勻，動(dòng)力頭穩(wěn)定且振動(dòng)力小，成孔速度快，相對(duì)在粉細(xì)砂層孔壁上的泥皮厚度要薄。

5.3.2 泥漿的循環(huán)與沉淀方式

采用長(zhǎng)循環(huán)槽、大沉淀池、機(jī)械式撈砂的方式進(jìn)行循環(huán)和清渣，在充分利用粉土和砂層中細(xì)小的膠泥顆粒作為循環(huán)介質(zhì)同時(shí)，也可有效地降低泥漿比重，并保證孔壁穩(wěn)定，有利于成孔和清孔，孔壁上形成的泥皮薄。在混凝土的固化作用下，泥皮內(nèi)的水分很快被吸收，使樁與樁周原狀土有效地結(jié)合，提高了單樁早期承載能力。

5.3.3 泥漿參數(shù)

為防止粉土和粉細(xì)砂層的孔壁坍塌，提高泥漿的密度和粘度是最簡(jiǎn)單的方法，其負(fù)作用是成孔和洗孔時(shí)間增多，泥皮厚度增加，單樁早期極限承載力降低。

5.4 降低泥皮厚度的措施

5.4.1 優(yōu)化泥漿循環(huán)系統(tǒng)和清渣方法，提高泥漿性能

在粉細(xì)砂層中施工鉆孔灌注樁，不采取泥漿護(hù)壁措施，鉆孔極易坍塌；采用泥漿護(hù)壁，若泥漿的質(zhì)量差、性能不好，則又會(huì)產(chǎn)生孔壁泥皮厚、成孔速度慢、成孔后沉渣厚度大等不良后果。因此必須優(yōu)化泥漿循環(huán)系統(tǒng)，并采取合適的清渣方法，以提高泥漿性能，消除不良后果。

5.4.2 提高成孔速度和選擇優(yōu)良的設(shè)備

在選擇樁型時(shí)采用鉆孔灌注樁，泵吸反循環(huán)工藝很容易引起坍孔，故一般都是采用正循環(huán)工藝。潛水鉆機(jī)因其動(dòng)力頭在孔內(nèi)，成孔速度快，動(dòng)水頭穩(wěn)定，成孔后泥皮較薄，樁身直徑規(guī)則，泥皮對(duì)單樁極限承載力的影響最低。故潛水鉆機(jī)成孔是降低泥皮厚度、減少灌注事故、提高單樁承載力的最佳選擇。

5.4.3 清除孔壁泥皮

在施工中若已形成較厚的孔壁泥皮，為了保證樁的承載能力，應(yīng)使用孔壁泥皮清除器清除孔壁泥皮。

6 材料質(zhì)量

某些地區(qū)缺砂，特別是缺少適宜于樁基工程的優(yōu)質(zhì)中粗砂，若用山前坡積的中細(xì)砂或含泥量較大的細(xì)砂，砼試塊的抗壓試驗(yàn)指標(biāo)達(dá)不到要求，樁的質(zhì)量也難以保證。彌補(bǔ)此缺陷的方法往往是在做配合比時(shí)加大水泥的用量，但效果并不明顯。

水泥的穩(wěn)定性也是一個(gè)不容忽視的因素，其直接的影響是凝固過(guò)快或長(zhǎng)期不凝固。

7 灌注成樁技術(shù)

灌注是成樁的最后一道工序，也是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。灌注技術(shù)是影響成樁質(zhì)量的最重要的因素。

7.1 二次清孔與回灌泥漿

在下籠和下導(dǎo)管的過(guò)程中，泥漿中的砂粒不斷地沉淀、析出，形成孔底沉渣。若孔底沉渣過(guò)厚，既影響樁長(zhǎng)，又影響樁的承載能力，還造成樁頭浮漿過(guò)高，不易掌握砼面高度。因此，在下完導(dǎo)管后，必須進(jìn)行二次清孔。

在地下水位低、透水性好的砂層中施工，由于水頭壓力的作用，下籠與下導(dǎo)管時(shí)，孔口的水位不斷下降，在失去壓力平衡的狀態(tài)下，潛水面以上的孔壁極易坍塌，若不采取回灌泥漿措施，此處易形成蘑菇狀樁身，當(dāng)孔壁坍塌嚴(yán)重時(shí)，則要提出鋼筋籠進(jìn)行回填施工。

7.2 砼的攪拌與運(yùn)輸

砼的配合比是由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)砼標(biāo)號(hào)和材料質(zhì)量確定的。當(dāng)在陰雨天氣施工時(shí)，砂內(nèi)的雨水若不扣減，將會(huì)造成砼坍落度增大、砼離析、灌注不暢等問(wèn)題而影響成樁質(zhì)量。砼在運(yùn)輸過(guò)程中，翻斗車(chē)的長(zhǎng)期振動(dòng)會(huì)使砼嚴(yán)重離析而產(chǎn)生堵管現(xiàn)象。

7.3 灌注操作技術(shù)

灌注前泥漿面要保持在孔口，隔水球必須與泥漿面接觸，若中間存在大量空氣，則會(huì)產(chǎn)生氣墊作用，很容易堵塞導(dǎo)管。砼的首灌量要達(dá)到一定的數(shù)量。首灌量大，一是保證砼面埋住導(dǎo)管底口，更主要的是大量的砼在自重力作用下通過(guò)導(dǎo)管內(nèi)的泥漿對(duì)孔底進(jìn)行猛烈的沖刷，可以清凈孔底的沉渣，保證樁端與地層之間不存在人為的軟弱夾層，提高成樁質(zhì)量和樁的承載能力。

8 結(jié)束語(yǔ)

鉆孔灌注樁工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，施工環(huán)節(jié)較多，制約工程質(zhì)量的因素多，不同的工程，影響質(zhì)量的因素也各不相同。因此在工程實(shí)踐中要認(rèn)真分析，根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，來(lái)保證成樁的質(zhì)量。特別是在項(xiàng)目部的組成、人員素質(zhì)、技術(shù)水平、材料質(zhì)量、施工工藝、灌注操作等諸方面加強(qiáng)管理，注重技術(shù)管理和灌注工藝過(guò)程，并針對(duì)施工中發(fā)生的問(wèn)題及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。則成樁質(zhì)量就能夠達(dá)到預(yù)期目的，符合設(shè)計(jì)的要求，滿(mǎn)足工程建設(shè)的需要。