灌注樁施工問題及相應(yīng)的防治措施分析

湯惟金

(安徽省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，安徽 蕪湖 241006)

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，成孔灌注樁由于對各種地質(zhì)條件的適應(yīng)性和施工簡單易操作，在奧運(yùn)工程、世博工程、青藏鐵路工程、大型跨江跨海橋梁以及其他工業(yè)與民用建筑、港口、鐵路及公路等工程的基礎(chǔ)工程、支護(hù)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并涌現(xiàn)出許多新的樁型、新的設(shè)計(jì)理論、新的施工工藝及新的檢測方法[1，2]。大部分灌注樁施工是在地面以下進(jìn)行的，其施工過程無法直接觀察。施工過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將直接影響整個(gè)工程的質(zhì)量和進(jìn)度，甚至造成較大的損失[3]。樁基施工、檢測及質(zhì)量控制等方面在工程中遇到了很多新的挑戰(zhàn)，尤其在工程施工實(shí)踐中仍存在許多技術(shù)問題尚未解決。

本文以解決灌注樁施工中的實(shí)際問題為主要目的，包含系統(tǒng)的理論部分及技術(shù)問題分析的內(nèi)容?；纠碚摬糠趾喢鞫笠?，重點(diǎn)對典型及常見的施工技術(shù)問題進(jìn)行介紹，同時(shí)對所存在問題的相應(yīng)防治與處理措施進(jìn)行較詳細(xì)的分析，希望對以后的工程有一定的幫助。

1 灌注樁基本分類及特征

灌注樁顧名思義就是通過各種機(jī)械鉆孔、人工挖掘、套管擠土等方式先在地基中形成一個(gè)細(xì)長的圓形、矩形等樁孔，成孔后在孔內(nèi)加放鋼筋籠，并灌注混凝土而成的混凝土樁。成孔灌注樁具有低噪聲、震動(dòng)小、無擠土，對周圍環(huán)境及鄰近建筑物影響小，能穿越各種復(fù)雜地層和形成較大的單樁承載力，適應(yīng)各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模建筑物等優(yōu)點(diǎn)。成孔灌注樁成樁環(huán)節(jié)多，施工技術(shù)復(fù)雜，工藝流程相互銜接緊密，施工影響因素較多，施工質(zhì)量不易控制。

1.1 灌注樁的基本分類

成孔灌注樁可以從承載性狀因樁徑的不同所受影響不同對樁徑灌注樁進(jìn)行劃分;從提高樁的承載力以及滿足使用的要求，對不同截面形式和樁體形狀的灌注樁進(jìn)行劃分;從樁不同受力狀態(tài)確定計(jì)算內(nèi)容，滿足不同的構(gòu)造要求，采用不同的配筋模式等，對灌注樁進(jìn)行劃分[4];從成孔方法不同，對其進(jìn)行劃分;從成孔以及成樁對地基土的影響程度等，對其進(jìn)行劃分，根據(jù)上述內(nèi)容，常見的成孔灌注樁具體所分類型詳見表1。

表1 常見的灌注樁分類

目前建、構(gòu)筑物建設(shè)場地大部分在城市內(nèi)，且周邊其他建、構(gòu)筑物較多，市政管線密布、場地狹小，因此所使用的基樁較多的是非擠土樁，或者部分?jǐn)D土樁，而擠土樁使用的較少，除個(gè)別場地空曠，施工對環(huán)境保護(hù)要求低的地區(qū)使用。

非擠土成孔灌注樁，即采用鉆孔、挖孔取土，把與樁身體積相同的土體取出，對周圍土體基本沒有擾動(dòng)而形成的樁。具體施工方式列于表2，其中包括干作業(yè)法鉆(挖)孔灌注樁[5]、泥漿護(hù)壁法鉆(挖)孔灌注樁、套管護(hù)壁法鉆(挖)孔灌注樁等[6]。

表2 非擠土成樁的分類

部分?jǐn)D土成孔灌注樁，即在成樁過程中會(huì)產(chǎn)生較小的部分?jǐn)D土效應(yīng)，樁周圍土體會(huì)受到一定程度的擾動(dòng)。這類樁主要有長螺旋壓灌灌注樁[7]、沖孔灌注樁、鉆孔擠擴(kuò)灌注樁等，具體分類詳見表3。

表3 部分?jǐn)D土成樁的分類

1.2 灌注樁基本特征

成孔灌注樁具有較多的特點(diǎn)，本次僅對其在工程實(shí)踐中所起的作用，即工作性能和受力特征進(jìn)行簡要闡述。

成孔灌注樁根據(jù)其自身剛度大、變形小等特點(diǎn)，用作把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到樁周及樁端較堅(jiān)硬、壓縮性小的土或巖石中，達(dá)到減小沉降、使建(構(gòu))筑物滿足正常的使用功能及抗震等要求;其次，當(dāng)建筑工程地下結(jié)構(gòu)如果有在低于周邊土體水位的部分時(shí)，若上部結(jié)構(gòu)荷重不能平衡地下水浮力，結(jié)構(gòu)的整體或局部就會(huì)受到向上力的作用。為了抵消土體中水對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的上浮力[8，9]，用作承受上拔力以抵抗軸向拉力的抗浮樁。抗拔樁廣泛應(yīng)用于地下室抗浮、高聳建(構(gòu))筑物抗拔、海上碼頭平臺(tái)抗拔、懸索橋和斜拉橋的錨樁基礎(chǔ)、大型船塢底板的樁基礎(chǔ)和靜荷載試樁中的錨樁基礎(chǔ)等;再者，作為承受橫向推力的樁，承受水平力。一般用于基坑支護(hù)、邊坡支護(hù)以及滑坡治理，承受水平土壓力或滑坡推力，一般比承受豎向力的基礎(chǔ)樁需要更高的配筋，也經(jīng)常和錨桿(索)、內(nèi)支撐等一起使用。在城市的高層建筑、輸電線路、發(fā)射塔等高聳建筑、港口碼頭工程、橋梁工程、滑坡抗滑樁工程、抗震工程等工程中得到廣泛的應(yīng)用。

1.3 灌注樁構(gòu)造要求

成孔灌注樁縱向保護(hù)層厚度不應(yīng)小于35 mm。水下澆筑時(shí)不小于50 mm，當(dāng)?shù)叵滤哂懈g性，或者不能滿足耐久性的要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。受水平荷載的灌注樁，主筋不應(yīng)小于8Φ12;對于抗壓和抗拔的灌注樁，主筋不應(yīng)小于6Φ10;灌注樁配筋率一般可取0.2%～0.65%;縱向主筋應(yīng)沿樁身周邊均勻布置，其凈間距不應(yīng)小于60 mm。樁身混凝土等級不得低于C25。

鋼筋籠可整段或者分段制作，一般情況下分段制作的鋼筋籠，其接頭可采用焊接或者機(jī)械連接接頭，縱向主筋超過Φ25時(shí)，宜采用機(jī)械連接，鋼筋籠宜整體吊放。接頭質(zhì)量應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》《鋼筋焊接規(guī)程》和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的相應(yīng)要求。灌注樁鋼筋籠制作詳見圖1。

圖1 典型配筋示意圖

2 灌注樁常見的施工問題及防治措施

我國地域廣闊，地質(zhì)條件變化大，差異顯著，建筑工程量大，施工周期長，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，基樁設(shè)計(jì)的可靠度低。合理、正確地施工基樁，必然能提高基樁承載力，提高基樁整體性和抵抗變形的能力，同時(shí)可加快施工速度。成孔灌注樁施工質(zhì)量控制與一般的土建工程項(xiàng)目施工質(zhì)量控制有著較大區(qū)別，它有自身的特殊性和復(fù)雜性。

2.1 灌注樁施工常見問題

產(chǎn)生灌注樁施工質(zhì)量與技術(shù)問題的原因各式各樣，大致分為:工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、施工管理問題、現(xiàn)場協(xié)調(diào)與調(diào)度問題及技術(shù)因素等。表4對成孔灌注樁施工中常見的問題，按照引起這些問題的主要原因進(jìn)行分類。

表4 成孔灌注樁常見問題

因地質(zhì)勘探主要存在勘探孔間距大、孔深淺、土工試驗(yàn)數(shù)量不足、土工取樣和土工試驗(yàn)不規(guī)范、樁周摩阻力和樁端阻力不準(zhǔn)等問題，樁基開始施工前，未針對這些問題對地質(zhì)勘探資料和設(shè)計(jì)文件進(jìn)行認(rèn)真審查，往往在施工過程會(huì)產(chǎn)生上述一種或幾種不同的問題。同時(shí)部分施工隊(duì)伍管理不當(dāng)也常常使得鉆孔灌注樁存在不同的問題。目前，針對成孔灌注樁項(xiàng)目施工質(zhì)量控制的研究人員較少，沒有成熟可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)可取也是產(chǎn)生施工問題的主要原因。

2.2 灌注樁施工常見問題的原因分析

由地質(zhì)因素產(chǎn)生的問題:

1)成孔后塌孔的主要原因是土質(zhì)松散，泥漿護(hù)壁不好，護(hù)筒周圍未用粘土緊密填封以及護(hù)筒內(nèi)水位不高。吊入鋼筋籠時(shí)碰撞孔壁，成孔后待灌時(shí)間過長也會(huì)引起孔壁坍塌;

2)成孔后孔體縮頸主要原因是土質(zhì)太軟，地下水位高，孔壁側(cè)向壓力大，且泥漿性能欠佳，失水量大，引起軟塑性粘土層吸水膨脹后使孔徑縮小，鄰樁施工間隔時(shí)間太短或樁距太近;

3)卡鉆主要原因是鉆孔經(jīng)過巖層分界面時(shí)相鄰巖層強(qiáng)度差別較大、操作中未及時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆頭的行程引起的;

4)鉆孔成樁時(shí)掉鉆是由于地質(zhì)復(fù)雜孔壁坍塌、機(jī)械故障、鋼絲繩斷裂等因素造成鉆頭落入孔底的現(xiàn)象。

由管理協(xié)調(diào)因素產(chǎn)生的問題:

1)樁位平面偏差是由于現(xiàn)場施工管理不到位，施工員粗心大意使得定點(diǎn)測放、樁機(jī)就位不準(zhǔn)產(chǎn)生;

2)孔體傾斜主要因樁機(jī)不水平或機(jī)臺(tái)產(chǎn)生不均勻沉降，或遇到舊基礎(chǔ)或有地下障礙物，土層軟硬不均勻、有較大孤石或基巖面傾斜較大產(chǎn)生;

3)斷樁是由于導(dǎo)管底端距孔底過遠(yuǎn)，混凝土被沖洗液稀釋，造成混凝土不凝固，形成斷樁，或?qū)Ч苊芊獠粐?yán)，沖洗液浸入混凝土，形成樁身中段出現(xiàn)混凝土不凝體，在澆筑混凝土?xí)r，導(dǎo)管提升和起拔過多，露出混凝土面，或其他原因?qū)⒒炷翗渡舷路珠_，產(chǎn)生空洞;

4)沉渣厚度超標(biāo)是由于清孔不干凈或未進(jìn)行二次清孔，泥漿比重過小或混凝土注入量不足而難于將沉渣浮起，鋼筋籠吊放過程中，未對準(zhǔn)孔位而碰撞孔壁使泥土坍落樁底，清孔后，待灌時(shí)間過長，致使泥漿沉積[10]。

由技術(shù)因素產(chǎn)生的問題:

1)孔壁泥皮過厚大致是由于鉆進(jìn)時(shí)間太長或者是泥漿比重太大[11];

2)導(dǎo)管堵塞是由于初灌時(shí)，隔水栓堵管。混凝土和易性、流動(dòng)性差造成離析?；炷林写止橇狭竭^大。鋼筋籠吊裝時(shí)，彎折變形。各種機(jī)械故障引起混凝土澆筑不連續(xù)，在導(dǎo)管中停留時(shí)間過長而卡管。導(dǎo)管進(jìn)水造成混凝土離析;

3)鋼筋籠上浮大致是由于混凝土流動(dòng)性過小，導(dǎo)管在混凝土中埋置深度過大，鋼筋籠被混凝土拖頂上升;

4)樁端持力層誤判是由于地勘單位技術(shù)員對地質(zhì)的認(rèn)識不夠或者施工技術(shù)員對施工進(jìn)尺的速度把握不足[12]。

2.3 灌注樁施工常見問題的控制與防治措施

成孔灌注樁在不同的項(xiàng)目具有不一樣的問題出現(xiàn)，根據(jù)上文對各類問題原因的分析，應(yīng)建立灌注樁施工項(xiàng)目質(zhì)量控制體系，項(xiàng)目管理科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、制度化和規(guī)范化的規(guī)則。為了保證灌注樁施工質(zhì)量，應(yīng)從施工規(guī)劃、施工準(zhǔn)備、施工過程一直到驗(yàn)收的全過程，建立一套科學(xué)、規(guī)范、高效的質(zhì)量控制組織，其具體流程詳見圖2。

在組織中明確相關(guān)職能部門、相關(guān)人員的工作任務(wù)、權(quán)利和承擔(dān)的責(zé)任，對每項(xiàng)質(zhì)量控制工作都要建立控制工作目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)程序，對工序控制要有詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書，對質(zhì)量檢驗(yàn)要規(guī)定質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、辦法。對質(zhì)量實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，信息處理、信息反饋要及時(shí)準(zhǔn)確，并依照規(guī)范不斷改進(jìn)工作。使各項(xiàng)質(zhì)量控制工作能夠做到相互銜接、相互協(xié)調(diào)。

成孔灌注樁作為建、構(gòu)筑工程中的一個(gè)重要部分，其質(zhì)量如控制得不好，則可能造成較大的損失和影響。因此，針對上述分析的各類施工問題，在施工過程中應(yīng)著重做好以下幾項(xiàng)相應(yīng)的防治措施。

圖2 施工質(zhì)量控制圖

防治塌孔現(xiàn)象發(fā)生的措施:松散易坍的土層中，可采用埋深護(hù)筒，使用優(yōu)質(zhì)的泥漿，提高泥漿的比重和粘度。防止鋼筋籠變形，安放準(zhǔn)確，避免碰撞孔壁，加快焊接鋼筋籠，盡可能縮短沉放時(shí)間。成孔后，在保證施工質(zhì)量的情況下，盡量縮短灌注時(shí)間。

防治成孔后孔體縮頸發(fā)生的措施:加快成孔速度，減少孔壁變形時(shí)間，盡快澆筑混凝土。成孔過程中，隨時(shí)檢查成孔的變化情況，如果發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)重新進(jìn)行掃孔。成孔后，若未發(fā)生縮頸，應(yīng)立即安裝鋼筋籠，快速澆筑混凝土。

防治卡鉆發(fā)生的措施:充分研究地質(zhì)報(bào)告，在施工過程中密切注意地層變化。制作鉆頭時(shí)應(yīng)注意鉆筒尺寸，同時(shí)應(yīng)保證鉆頭掛勾有效，避免意外脫勾。避免因鉆機(jī)出現(xiàn)故障而造成長時(shí)間停鉆。

處理掉鉆的措施:孔壁出現(xiàn)局部坍塌將鉆頭埋沒且大部分鉆孔壁處于穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)先加大孔內(nèi)泥漿的濃度，將旋轉(zhuǎn)鉆頭放入安全的深度范圍攪動(dòng)泥漿以加強(qiáng)鉆孔壁，然后清除鉆頭上的沉積土和淤泥，打撈鉆頭。

防治樁位平面偏差發(fā)生的措施:樁位測放完畢后，應(yīng)進(jìn)行復(fù)測和檢驗(yàn)，確保每根樁的位置準(zhǔn)確無誤。

防治成孔后孔體傾斜發(fā)生的措施:施工前進(jìn)行場地整平，樁機(jī)就位安裝時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，調(diào)整鉆桿垂直度，并在鉆孔過程中經(jīng)常檢查垂直度，始終保持垂直度，清除障礙物等。

防治斷樁發(fā)生的措施:加強(qiáng)管理、加強(qiáng)責(zé)任心，仔細(xì)探測混凝土面后再進(jìn)行提升拆卸導(dǎo)管。加強(qiáng)混凝土澆灌工作的管理。

防治沉渣厚度超標(biāo)發(fā)生的措施:及時(shí)清孔，保證清孔質(zhì)量滿足規(guī)范要求，及時(shí)灌注混凝土。

防治孔壁泥皮過厚發(fā)生的措施:加快成孔速度，減少泥皮沉積時(shí)間。在允許條件下，降低泥漿比重。

防治導(dǎo)管堵塞發(fā)生的措施:使用直徑與導(dǎo)管內(nèi)徑相配的隔水栓，并具有良好的隔水性。鋼筋籠箍筋間距不能過大，箍筋與主筋焊接牢固。灌注混凝土?xí)r，加強(qiáng)對混凝土攪拌時(shí)間和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必須具備良好的和易性，粗骨料的最大粒徑滿足規(guī)范要求。確保導(dǎo)管連接部位的密封性，避免導(dǎo)管進(jìn)水?；炷翝仓^程，應(yīng)緩緩倒入漏斗的導(dǎo)管，避免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣。

防治鋼筋籠上浮的措施:施工前應(yīng)仔細(xì)檢查、檢修灌注樁機(jī)械并準(zhǔn)備備用機(jī)械，施工中加強(qiáng)管理與協(xié)調(diào)，采取科學(xué)的施工方案，并制定切實(shí)可行的備用方案，嚴(yán)格按照操作規(guī)程施工，同時(shí)提高施工速度。

防治樁端持力層誤判發(fā)生的措施:樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖的樁，判定巖層界面難度較大，可采用以地質(zhì)資料的深度為基礎(chǔ)，結(jié)合鉆機(jī)的受力、主動(dòng)鉆桿的抖動(dòng)情況和孔口撈樣進(jìn)行綜合判定，必要時(shí)進(jìn)行原位取芯驗(yàn)證。

3 結(jié)語

成孔灌注樁的施工屬于不可見工程，加之市場競爭激烈，加強(qiáng)和改進(jìn)灌注樁施工質(zhì)量控制與防治逐漸成為必要趨勢。

要實(shí)現(xiàn)質(zhì)量提高的目的就必須通過對項(xiàng)目施工事前控制包括地質(zhì)情況的詳細(xì)調(diào)查，場地歷史地貌與施工情況、施工設(shè)備準(zhǔn)備情況以及現(xiàn)有場地的清理工作等等，并在施工前應(yīng)做好施工組織設(shè)計(jì)，全面考慮施工過程中可能出現(xiàn)的各種問題，并制定好相應(yīng)的處理辦法，做好應(yīng)急預(yù)案。施工工程中結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況對工序不斷優(yōu)化，對施工方法不斷提高，施工細(xì)節(jié)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定，合理安排進(jìn)度，做好工序間的銜接工作。施工結(jié)束后進(jìn)行相應(yīng)的檢測與檢驗(yàn)，項(xiàng)目資料及時(shí)整理、存檔，便于后期不斷的總結(jié)控制技巧及出現(xiàn)問題后能夠明確責(zé)任。

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