水下鉆孔灌注樁樁頂混凝土質(zhì)量問題的探討

吳占義 吳曉東

北京東方新星石化工程股份有限公司 北京 100067

在水下混凝土灌注樁施工中，混凝土灌注是影響樁體質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，由于地層、泥漿配制、混凝土質(zhì)量、施工操作等原因，混凝土樁體頂部容易出現(xiàn)土包、夾砂、含泥、強(qiáng)度低等突出問題。統(tǒng)計(jì)表明，水下鉆孔灌注樁的缺陷有80%以上出現(xiàn)在距樁頂10m以內(nèi)的淺層[1]。這些問題嚴(yán)重影響工程質(zhì)量及后續(xù)工程進(jìn)度，增大了工程成本。

泥漿護(hù)壁沖鉆孔灌注樁在灌注中，一般要求超灌，如《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002[2]之5.1.4中，要求比設(shè)計(jì)標(biāo)高高出0.5m；《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008[3]之6.3.30中，建議水下混凝土澆筑時(shí)超灌高度宜為0.8～1.0m?；炷翗豆嘧⑼瓿珊?，樁頂標(biāo)高位置分為自然地面下、平、上三種狀況，其中：

（1）樁頂灌注至自然地面，此種情況下，須將鉆孔內(nèi)混凝土上部的浮漿頂出，目測(cè)到混凝土面即可終灌,樁頂混凝土質(zhì)量易于控制；

（2）計(jì)樁頂高出自然地面，此種情況時(shí)需預(yù)支設(shè)模板至施工標(biāo)高位置，灌注完成后振搗樁身混凝土密實(shí)，可保證樁頂混凝土質(zhì)量；

（3）設(shè)計(jì)標(biāo)高位于自然地面以下，施工空樁段一般較長(zhǎng)，施工人員難以目測(cè)到混凝土灌注面，只能憑經(jīng)驗(yàn)及測(cè)繩測(cè)量混凝土面，控制難度較大，易于出現(xiàn)各種質(zhì)量問題。

本文結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)空樁段較長(zhǎng)樁型，分析了影響樁頂混凝土質(zhì)量的幾個(gè)關(guān)鍵因素，提出了質(zhì)量控制要點(diǎn)與措施，以供同行交流、參考。

1 控制沉渣厚度是前提

1.1 孔底沉渣的影響

按照施工規(guī)范，鉆孔后要徹底清除孔底淤泥及沉渣，但在實(shí)際施工過程中，由于各種原因，徹底清除比較困難。在進(jìn)行封底施工時(shí)，首批混凝土經(jīng)過導(dǎo)管底口后，沖擊孔底沉渣，與孔內(nèi)沖洗液摻合形成一定厚度的浮漿稀釋層，水下混凝土從下往上頂升，首灌的混凝土始終處在最上層。由于沖擊、攪拌等作用，首灌的混凝土與孔底沉渣、泥漿等相互混合，最終在樁頂形成一定量的的浮漿層。

很顯然，浮漿層的厚度取決于孔內(nèi)清潔程度，清孔不徹底，則孔壁泥皮厚，孔底沉渣多，上部浮漿層就會(huì)很厚，從而易導(dǎo)致施工人員誤判。甚至有時(shí)樁頂超灌量偏高，但設(shè)計(jì)標(biāo)高以下混凝土強(qiáng)度卻達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。反之鉆孔清洗的越干凈，則孔底沉渣越少，上部浮漿層越薄，在超灌一定高度的情況下，保證剔除浮漿后設(shè)計(jì)標(biāo)高以下混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度值。因此，控制孔底成渣厚度是保證好樁頂混凝土質(zhì)量的前提。

1.2 孔底沉渣的控制

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202-2002)表5.6.4—2規(guī)定，水下鉆孔灌注樁孔底沉渣厚度為：端承樁小于50mm，摩擦樁小于150mm?？椎壮猎目刂品椒ㄓ卸喾N，目前施工中常用的有兩種：

（1）鉆具清除法，即終孔后，使用平底鉆具在孔底平轉(zhuǎn)，將孔底虛土、泥塊及鉆孔時(shí)形成的大顆粒鉆渣收入鉆具內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)清除沉渣的目的；

（2）反循環(huán)法，即安裝完導(dǎo)管后，使用大功率泥漿泵將合格比重的泥漿通過導(dǎo)管注入孔底，將孔底的鉆渣、泥塊返出井口，此方法也可將孔底比重較大的泥漿頂出，起到泥漿置換的作用。1.3工程實(shí)例

包頭某工地中，設(shè)計(jì)要求樁基進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖不小于0.8m，樁頂超灌60cm。某樁成孔后，實(shí)測(cè)孔深達(dá)到設(shè)計(jì)深度20m，由于地層土質(zhì)自造漿嚴(yán)重等原因，鋼筋籠安裝完成后，使用測(cè)繩復(fù)檢孔深時(shí)，在17m位置開始下沉緩慢，直至20m終孔位置，但安裝導(dǎo)管能夠下放到孔底。分析可知，鉆孔底部3m范圍內(nèi)泥漿比重過大，或者存在沉渣嚴(yán)重問題。為此，現(xiàn)場(chǎng)采用反循環(huán)法對(duì)孔內(nèi)泥漿進(jìn)行置換處理，清除孔底的沉渣、沉淀物，復(fù)測(cè)孔深為20m后，進(jìn)行混凝土灌注。該樁開挖后，樁頂混凝土質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

2 控制混凝土和易性是根本

2.1 混凝土和易性的影響

混凝土和易性是指混凝土是否易于施工操作和均勻密實(shí)的性能指標(biāo)，包含流動(dòng)性、粘聚性和保水性。影響和易性主要有用水量、水灰比、砂率以及包括水泥品種、骨料條件、時(shí)間和溫度、外加劑等幾個(gè)方面。

混凝土和易性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定一般為測(cè)量混凝土塌落度。提起塌落度筒，如混凝土發(fā)生崩坍或一邊剪壞的現(xiàn)象，則混凝土的和易性不好或已產(chǎn)生混凝土離析，如此類混凝土用于樁基灌注，會(huì)致使混凝土中砂漿與石子分離，灌注完成后，混凝土中石子下沉，樁頭位置混凝土含砂漿多，石子少，樁頭混凝土強(qiáng)度會(huì)顯著降低。

2.2 混凝土和易性的控制

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202-2002)表5.6.4—2規(guī)定，水下混凝土塌落度宜控制在160～220mm（見圖1）。塌落度過小，會(huì)影響混凝土灌注，甚至于造成堵管、爆管事故發(fā)生；塌落度過大，不但會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度，而且會(huì)致使樁頂浮漿過多，拔除導(dǎo)管及護(hù)筒后，由于混凝土自身塌落度過大，無法保證設(shè)計(jì)要求的超灌高度，影響樁頂混凝土灌注質(zhì)量。因此，控制好商品混凝土的和易性，是保證樁頂混凝土質(zhì)量的根本。

圖1 混凝土塌落度試驗(yàn)

2.3 工程實(shí)例

內(nèi)蒙某工地，某根樁在水下灌注施工時(shí)，由于施工人員未對(duì)混凝土塌落度及和易性檢測(cè)，致使該樁開挖后，設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高位置混凝土幾乎全是砂漿，不含石子，混凝土強(qiáng)度明顯達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。繼續(xù)開挖破除至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下3m部位，混凝土中出現(xiàn)石子，目測(cè)砂石匹配趨于正常，經(jīng)樁體回彈及鉆芯取樣，實(shí)測(cè)強(qiáng)度方滿足設(shè)計(jì)要求。

3 施工過程控制是關(guān)鍵

水下鉆孔灌注樁具有成樁工序多、工藝復(fù)雜、技術(shù)要求高、質(zhì)量控制點(diǎn)多的特點(diǎn)，施工過程受人為因素控制影響較大，施工工序中某個(gè)環(huán)節(jié)操作失誤，都有可能對(duì)樁頂混凝土的質(zhì)量造成影響，因此，施工過程控制是控制樁頂混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵。

3.1 泥漿的控制

灌注樁工程施工前必須進(jìn)行試成孔，根據(jù)不同的地層調(diào)整合理的泥漿比重，泥漿指標(biāo)包括比重、含砂率、黏度三項(xiàng)。泥漿比重一般控制在1.15～1.2，黏度18～22S，新配置的泥漿含砂率＜4%。澆筑混凝土前，孔底500mm以內(nèi)的泥漿比重應(yīng)小于1.25；含砂率不得大于8%；黏度不得大于28s。泥漿比重的測(cè)量方法是使用泥漿比重測(cè)量?jī)x測(cè)定。

泥漿的比重過小，則施工中會(huì)造成塌孔，如塌孔發(fā)生在灌注過程中，就會(huì)造成樁頂混凝土中夾泥塊，無法保證樁頭質(zhì)量；比重過大，則影響樁基灌注，在灌注樁灌注時(shí)混凝土壓力不足、升頂困難，灌注后期浮漿層厚，灌注超壓力減小，致使混凝土中大量粗骨料集中于樁芯位置，樁周身因壓力不夠，缺少粗骨料，影響樁頭灌注質(zhì)量。

泥漿指標(biāo)中的含砂率是影響泥漿性能的主要指標(biāo)，也是影響混凝土灌注樁灌注質(zhì)量的主要因素，施工中要求含砂率越少越好，含砂率過高會(huì)降低泥漿黏度，增大泥漿比重，孔底沉渣多，大量泥漿會(huì)摻合在混凝土中，既對(duì)樁身不利，又會(huì)致使樁頂混凝土中夾砂。常用的控制含砂率的方法主要為沉淀池沉淀法和除砂器除砂法，將泥漿中的砂粒清除，使用含砂量?jī)x測(cè)定合格后，泥漿再循環(huán)使用。

3.2 護(hù)筒的控制

鉆孔護(hù)筒有定位、保護(hù)孔口、防止塌孔、保證超灌量和泥漿水位高差等重要作用。通常情況下，護(hù)筒可用4～8mm厚鋼板制作，直徑大于樁徑20cm，上部宜開設(shè)1～2個(gè)溢漿孔。黏性土層護(hù)筒長(zhǎng)度不宜小于1.0m，砂土中不宜小于1.5m。

護(hù)筒可采用打埋和挖埋等設(shè)置方法。護(hù)筒埋設(shè)要牢固，護(hù)筒底部層土應(yīng)為較穩(wěn)定土層，如底部土層呈流塑狀或?yàn)橐滋纳皩?、卵石層，?yīng)挖深或換土，在孔底回填夯實(shí)300～500mm厚度的粘土后，再安放護(hù)筒，以免護(hù)筒底口處滲漏塌方，造成護(hù)筒下沉或脫落。

埋設(shè)時(shí)，護(hù)筒與坑壁之間需用土填實(shí)擠密，否則，泥漿易滲透護(hù)筒周邊回填土，造成護(hù)筒外土體塌陷，形成空洞，或出現(xiàn)護(hù)筒下沉等問題 (如圖2)。護(hù)筒采用十字交叉法進(jìn)行定位，護(hù)筒須調(diào)平、調(diào)正，垂直度應(yīng)小于1%，防止護(hù)筒傾斜。護(hù)筒高度宜高出地面0.3m或地下水面1.0～2.0m。

在樁基工程施工中，測(cè)量樁頂標(biāo)高一般以護(hù)筒上口定位基準(zhǔn)面標(biāo)高為依據(jù)，以此計(jì)算鋼筋籠吊筋長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)孔深等參數(shù)，因此，護(hù)筒的穩(wěn)定性至關(guān)重要。如護(hù)筒在施工中出現(xiàn)下移，樁頂標(biāo)高的基準(zhǔn)面下降，吊筋長(zhǎng)度不變，則鋼筋籠標(biāo)高、樁頂標(biāo)高位置都會(huì)相應(yīng)下移，造成超灌高度不夠（如圖3），此種情況下，施工結(jié)果可想而知。

圖2 護(hù)筒浸泡下沉

圖3 護(hù)筒下移造成超灌高度不夠

護(hù)筒拔除時(shí)，須注意保持平衡與拔提速度，防止塌孔。否則，拔除護(hù)筒后，塌陷孔洞由混凝土填充，在混凝土總量不變的情況下，樁頂超灌高度會(huì)不足，同時(shí)，孔壁隨著護(hù)筒的拔出存在繼續(xù)坍塌的可能，樁頂灌注質(zhì)量會(huì)無從保證。

施工中，成孔、鋼筋籠安裝、導(dǎo)管安裝、混凝土灌注等各個(gè)工序，現(xiàn)場(chǎng)管理人員都應(yīng)隨時(shí)檢查護(hù)筒，核準(zhǔn)護(hù)筒埋設(shè)是否牢固穩(wěn)定，護(hù)筒是否下沉，以防出現(xiàn)混凝土質(zhì)量事故。

3.3 導(dǎo)管的控制

水下混凝土灌注樁灌注施工前需安裝導(dǎo)管，導(dǎo)管的壁厚不宜小于3mm，直徑宜為200～250mm，直徑制作偏差不應(yīng)超過2mm，導(dǎo)管的分節(jié)長(zhǎng)度可視工藝要求確定，底管長(zhǎng)度不宜小于4m，導(dǎo)管使用前應(yīng)試拼裝、試壓，試水壓力可取為0.6～1.0MPa，每次安裝前應(yīng)對(duì)導(dǎo)管內(nèi)外進(jìn)行清洗，以防導(dǎo)管上附帶的泥漿等雜質(zhì)卷入樁身混凝土中。

混凝土灌注施工中，應(yīng)正確指揮導(dǎo)管的提升與拆除。導(dǎo)管的埋深應(yīng)控制在2～6m，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土灌注面，并應(yīng)控制提拔導(dǎo)管速度，應(yīng)有專人測(cè)量導(dǎo)管埋深及管內(nèi)外混凝土灌注面的高差，填寫水下混凝土灌注記錄。若導(dǎo)管埋深過少，容易出現(xiàn)樁身夾泥缺陷，甚至出現(xiàn)斷樁事故；若埋深過長(zhǎng)，則不宜下料，混凝土中大量砂漿沿導(dǎo)管上口溢出，致使混凝土和易性差，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)混凝土離析，從而發(fā)生堵管、埋管等事故。

在灌注將近完成時(shí)，導(dǎo)管要保持垂直于混凝土面提升，防止上部泥漿及浮漿等混合物沿導(dǎo)管壁擠入混凝土中。導(dǎo)管提升速度一定要慢，減少導(dǎo)管的抽吸作用，若提升速度過快，會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)管上滯留的浮漿混合物滯留在混凝土中，不被擠出。灌注完成后，導(dǎo)管反插不宜過長(zhǎng)，以防導(dǎo)管帶動(dòng)上部浮漿進(jìn)入混凝土并在其中滯留，造成樁頭中心夾砂。

內(nèi)蒙某工地，位于毛烏素沙地北部，地表下10m范圍內(nèi)為細(xì)砂層，樁基開挖后，少量樁基破除樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，樁中心即灌注導(dǎo)管位置出現(xiàn)夾砂現(xiàn)象，夾砂直至設(shè)計(jì)標(biāo)高下0.5m左右消失。分析原因，此事故即為提升導(dǎo)管過快，且反插時(shí)導(dǎo)管過長(zhǎng)，上部浮漿帶入混凝土中并滯留所致。

3.4 人為因素

水下鉆孔灌注樁工藝復(fù)雜，質(zhì)量控制點(diǎn)多，受人為操作因素影響較大。要保證樁頂混凝土灌注質(zhì)量，關(guān)鍵在于施工人員的綜合素質(zhì)。

施工人員要有高度的責(zé)任心，充分熟悉設(shè)計(jì)圖紙，了解設(shè)計(jì)意圖及地質(zhì)報(bào)告，熟練掌握樁基施工專業(yè)技術(shù)知識(shí)，熟悉各作業(yè)工序質(zhì)量控制點(diǎn)；在施工中，認(rèn)真計(jì)算設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高位置，確定合理的超灌量，調(diào)制合理的泥漿比重，準(zhǔn)確測(cè)量孔底成渣厚度，檢查護(hù)筒埋設(shè)情況，測(cè)量混凝土的和易性及塌落度，及時(shí)測(cè)量混凝土面，控制導(dǎo)管埋深及提升速度，終灌時(shí)使用測(cè)錘或撈石器多點(diǎn)檢查混凝土澆筑面，確認(rèn)是否終灌等，只有這樣才能使樁頂混凝土灌注質(zhì)量得到更好的保證。

4 結(jié)語(yǔ)

水下鉆孔灌注樁是工程的基礎(chǔ)部分，關(guān)系到整座建筑物的承載力，整個(gè)施工過程屬隱蔽項(xiàng)目，施工工序繁冗，質(zhì)量控制點(diǎn)多，其中混凝土灌注是各工序施工中的關(guān)鍵所在，而樁頂作為上部荷載向樁身傳遞的轉(zhuǎn)體，控制樁頂混凝土灌注質(zhì)量更是重中之重。施工前，要制定嚴(yán)格的質(zhì)量管理制度和合理的施工方案，消除不可見因素對(duì)樁頂混凝土灌注的影響，從沉渣厚度、混凝土和易性、泥漿制備、護(hù)筒埋設(shè)、導(dǎo)管提升速度等幾方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，強(qiáng)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)管理人員要有高度的責(zé)任心，以防為主，對(duì)施工過程中影響樁頂質(zhì)量的各個(gè)環(huán)節(jié)高度注視并精心檢查，只有這樣鉆孔灌注樁樁頂混凝土質(zhì)量才能確實(shí)得到保證。

1 蓋建國(guó)，王龍軍，李建華.水下鉆孔灌注樁上部混凝土強(qiáng)度低的原因及預(yù)防措施.巖土工程界.2004,04

2 《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50202-2002

3 《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-2008