某水利橋梁工程基礎灌注樁質(zhì)量問題原因分析及處理

韋正峰（上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201700）

多年來，灌注樁施工工藝取得了長足的發(fā)展，并廣泛應用于建筑、交通、水利和市政工程中，但灌注樁的施工工藝具有很強的過程管理性，涉及較多的工序及環(huán)節(jié)，如成孔、清孔、鋼筋籠的制作與安裝、混凝土的調(diào)配/澆筑/養(yǎng)護等。由于各施工環(huán)節(jié)都容易受到地質(zhì)環(huán)境和地下水的影響，極有可能產(chǎn)生質(zhì)量問題，繼而影響樁身質(zhì)量和工程本體質(zhì)量。筆者參與的某水利橋梁工程基礎采用鉆孔灌注樁，就出現(xiàn)了部分樁的混凝土試塊強度檢測不合格、實體質(zhì)量取芯檢測取芯不成形、芯樣強度不合格等問題。為此，筆者對此次灌注樁質(zhì)量問題的處理過程進行總結分析，以期對今后類似工程的質(zhì)量管理具有借鑒作用。

1 工程概況

某新開河道其上新建一座3跨的橋梁，橋梁基礎采用鉆孔灌注樁，灌注樁設計強度等級為水下 C30，樁的直徑均為 Φ800 mm，共 20 根。其中：橋墩 10 根，樁長 29 m；橋臺 10 根，樁長 31 m。橋墩樁底標高－28.5 m，樁頂標高 ＋0.5 m；橋臺樁底標高－27.9 m，樁頂標高 3.1 m。

地質(zhì)勘查報告顯示，擬建橋梁處地質(zhì)自上而下依次為：第 ①1層雜填土、第 ②3層黏質(zhì)粉土、第 ③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第 ⑤ 層黏土、第 ⑥ 層粉質(zhì)黏土、第 ⑧1層粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土和第 ⑧2層粉砂夾粉質(zhì)黏土?？辈旄骺碧娇孜从霭典?，但勘探孔之間有一定距離，相鄰勘探孔之間的盲區(qū)可能有暗浜分布。

2 質(zhì)量問題描述

橋梁灌注樁完成后 28 d，經(jīng)試驗檢測單位檢測，橋梁東側(cè)橋墩 Q11 號灌注樁和 Q14 號灌注樁混凝土試塊抗壓強度代表值分別為 33.7 MPa 和 32.4 MPa。根據(jù)《鉆孔灌注樁施工規(guī)程》的規(guī)定：“混凝土試件強度應比設計樁身強度提高一級”，檢測判斷此兩根樁試塊強度未達到設計要求的水下 C30 強度。檢測中心對試塊強度不合格的 Q11 號樁和 Q14 號樁進行鉆芯取樣，并進行混凝土抗壓強度檢測，其中 Q11 號樁芯樣不成形、取芯失??；Q14 號樁芯樣連續(xù)完整、表面光滑，強度代表值為 22.7 MPa，兩樁依舊不滿足設計要求。檢測中心對東側(cè)橋墩的鄰近 Q12 號樁（設計樁長 29 m）進行鉆芯取樣檢測，取芯深度為 11.80 m（芯樣連續(xù)性差，11.80 m 以下取芯失?。?，發(fā)現(xiàn)樁頂以下0～11 m 中，0～1 m、4 m～5 m、5 m～6 m 處芯樣較完整，其余部分連續(xù)性較差，芯樣破損嚴重，樁基也不符合設計要求。

對 20 根灌注樁進行低應變動測，結果顯示：13 根是Ⅰ類樁（無任何缺陷，樁身結構完整）、7 根為Ⅱ類樁（有輕度缺陷，但不影響或基本不影響原設計的樁身結構承載力）。樁基動測報告，如表 1 所示。

表1 樁基動測報告

從表 1 中看出，Ⅱ類樁集中于西側(cè)橋臺和東側(cè)橋墩，其中西側(cè)橋臺 5 根樁中，Ⅱ類樁 3 根，占比 60%；東側(cè)橋墩 5 根樁中，Ⅱ類樁 4 根，占比 80%。Ⅱ類樁分布，如圖1 所示。

圖1 Ⅱ類樁分布圖

3 質(zhì)量問題原因分析

本工程灌注樁采用正循環(huán)成孔清孔方式施工。影響灌注樁施工質(zhì)量的因素較多，其中，造成混凝土強度不合格的主要因素有混凝土配合比、混凝土養(yǎng)護、混凝土離析和混凝土夾泥等，影響樁體完整性的主要因素有地質(zhì)條件和地下障礙物的影響及相鄰樁施工及施工過程中施工工藝的控制不到位等。以下結合本工程施工過程的質(zhì)量管理情況，具體分析質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因。

3.1 配合比方面

本工程灌注樁采用商品混凝土，混凝土強度為水下C30。配合比由廠家確定（見表 2）。

表2 灌注樁混凝土配合比

灌注樁試塊為現(xiàn)場制作，標樣室養(yǎng)護。20 根灌注樁混凝土試塊中，由 2 根樁試塊強度不合格，7 根樁的標養(yǎng)試塊強度值在 115% 以內(nèi)。

根據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（以下簡稱“《規(guī)程》”），除配制 C15 及其以下強度等級的混凝土外，在控制最大水膠比條件下，鋼筋混凝土最小膠凝材料用量為 280 kg/m3；當最大水膠比 ≤0.45 時，最小膠凝材料用量應達到 330 kg/m3（見表 3）。

表3 混凝土的最小膠凝材料用量

在 JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術規(guī)范》（以下簡稱“《規(guī)范》”）中，各強度等級的混凝土除規(guī)定最大水膠比、最大膠凝材料用量外，還有最小水泥用量的規(guī)定（見表 4）。

表4 混凝土的最大水膠比和膠凝材料用量

根據(jù)《規(guī)程》《規(guī)范》的膠凝材料和水泥用量的對比分析結果：水膠比越大，混凝土強度越小，原因在于水灰比越大，水泥的空隙越多，與骨料的粘結越小，混凝土的強度也就越低；反之，水灰比越小，混凝土強度越高。根據(jù)《規(guī)范》的要求，C35 混凝土最大水膠比為 0.50，水泥最小用量為 300 kg/m3。本工程水下 C30 混凝土等效水膠比為 0.44，水泥用量僅為 212 kg/m3，水泥用量相對較低。

3.2 地質(zhì)環(huán)境影響

對鉆孔灌注樁施工造成不利影響的地質(zhì)主要有砂土、粉土和含有軟弱夾層的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。這些不良地質(zhì)自穩(wěn)能力差，容易造成坍孔，不容易形成穩(wěn)定護壁。地質(zhì)勘查資料顯示，本工程橋梁處地質(zhì)是以黏質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和黏土為主，其中不良地質(zhì)有黏質(zhì)粉土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。另外，據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理人員反映，在本工程圍護施工過程中，現(xiàn)場流砂較為嚴重。本工程Ⅱ類樁缺陷所在標高正好與黏質(zhì)粉土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層所在位置相吻合。

3.3 障礙物未清理

據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理人員反映，在東側(cè)橋墩樁施工過程中碰到一根廢棄的管道（具體管道情況不詳），樁基施工過程中未作清除處理。此管道的存在，使護壁泥漿流失，極有可能引起灌注樁坍孔，造成混凝土夾泥和混凝土離析等問題。

3.4 施工過程因素

在施工過程中，泥漿的性能、鋼護筒的質(zhì)量、鋼筋籠的下放、混凝土澆筑的連續(xù)性、相鄰樁的施工等，都會造成鉆孔坍塌、樁體夾砂夾泥和斷樁等現(xiàn)象。

（1）泥漿的性能關系到成孔質(zhì)量的優(yōu)劣。好的泥漿具有合適的密度和黏度，能將鉆孔內(nèi)不同土層中的孔隙填補密實，形成一層致密透水性很低的泥皮護壁，有助于維護孔壁的穩(wěn)定性。同時，泥漿還起到冷卻鉆具、將鉆頭破碎的巖土屑帶出鉆孔、保證鉆頭成孔工作正常連續(xù)的作用。本工程采用原土造漿，注入孔內(nèi)及二清后的泥漿密度正常保持在 1.15，黏度保持在 22 s，以滿足規(guī)范要求。

（2）鉆孔灌注樁施工鋼護筒厚度一般在 6 mm～12 mm 之間，本工程護筒壁厚僅為 1.5 mm，加工好后放置在場地上，由于強度低，多數(shù)已變形。這樣的護筒埋置后，極易引起灌注樁縮徑。同時，因為護筒強度低，造成護筒四周填土難以密實，護筒底部滲漏水至孔內(nèi)，又易造成孔壁坍方和夾泥等事故。

（3）鉆孔樁混凝土灌注的總原則是要快，要連續(xù)灌注，一氣呵成。灌注時間過長，混凝土已接近初凝，形成硬殼，而且隨著時間增加，泥漿中殘渣將不斷沉淀，從而加厚了積聚在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注困難，易引發(fā)樁身質(zhì)量缺陷。通過檢查本工程施工記錄和監(jiān)理旁站記錄，本工程灌注樁混凝土供應及時，混凝土澆筑順利，不存在混凝土灌注不連續(xù)的現(xiàn)象。

（4）鉆孔灌注樁施工，鋼筋籠安裝是一個重要的質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理人員反映，有幾根缺陷樁在鋼筋籠吊裝進孔口時，鋼筋垂直度控制不到位，當?shù)醴攀茏钑r，有強壓下放現(xiàn)象，可能會碰撞孔壁，造成坍孔。

（5）相鄰樁位的樁施工對樁身質(zhì)量的影響。根據(jù)《規(guī)程》的規(guī)定，在混凝土剛灌注完畢的鄰樁旁成孔時，其安全距離不應小于 4 倍樁徑，或最少間隔時間不少于 36 h，否則后續(xù)樁的施工可能會影響到上一根樁的質(zhì)量。本工程相鄰灌注樁中心間距為 2 000 mm，施工采用跳樁法作業(yè)，即先后施工的兩樁相距至少 4 000 mm，大于 4 倍樁徑 3 200 mm，同時施工考慮間隔時間，滿足了《規(guī)范》的要求。

4 缺陷樁基礎的處理方案

（1）西側(cè)橋臺樁基檢測雖有 3 根樁為Ⅱ類樁，但所有樁混凝土試塊強度均達到設計要求，經(jīng)設計復核滿足設計要求，可以不作加固處理。

（2）東側(cè)橋墩共有 4 根Ⅱ類樁，其中還有 2 根樁混凝土強度不滿足設計要求，為保證使用安全，在 Q12 樁和 Q14 號樁的兩側(cè)各補1根直徑為 Φ600 mm、強度為水下C30 的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，灌注樁樁長為 29 m，底高程與原直徑 Φ800 mm 鉆孔灌注樁一致，如圖 2 所示。

圖2 東側(cè)橋墩補樁樁位示意圖

（3）芯孔填注：采用 H-60 高強灌漿料對取了芯樣的灌注樁自鉆芯孔孔底向上進行封堵灌漿填實。

5 處理過程的質(zhì)量控制

根據(jù)對該工程灌注樁質(zhì)量問題的分析結果，對新補灌注樁采取了如下質(zhì)量控制措施。

（1）按規(guī)范要求，重新設計混凝土配合比。重新設計混凝土的配合比，增加了混凝土中水泥的摻量。在實際施工時，施工項目部采用了強度等級為水下 C35 的混凝土，等效水膠比 0.40，增加水泥摻量至 248 kg/m3。為了控制混凝土質(zhì)量，生產(chǎn)前監(jiān)理單位和施工單位還專門去生產(chǎn)廠家進行技術交底，生產(chǎn)時并派監(jiān)理到廠家跟蹤監(jiān)督。

（2）控制混凝土的生產(chǎn)、運輸和澆筑時間。在對生產(chǎn)廠家進行技術交底時，根據(jù)廠家提供的配合比報告中的初凝時間，要求廠家充分考慮運輸過程中的影響性因素，盡量選擇路途短、路況好的運輸線路，在接到工地混凝土澆筑時間的通知后，控制好混凝土的拌和出料時間和運輸時間，確?；炷猎诔跄斑\到工地進行灌注。在施工現(xiàn)場必須嚴格控制混凝土灌注前各道工序的施工質(zhì)量，如鋼筋籠安放時不得擦碰孔壁和做好二次清孔工作等，做到混凝土灌注一氣呵成。

（3）加強護筒制作安裝的質(zhì)量控制。施工實踐表明，護筒制作安裝質(zhì)量對預防坍孔，保證混凝土澆筑質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。補樁時，施工單位采用了厚度為 6 mm 的鋼板護筒，護筒埋設深度超過雜填土埋深，護筒底口埋入原土深度 0.5 m，并在埋置時對護筒四周進行分層夯實。同時，施工過程中應保證護筒內(nèi)液面高出地下水位，避免因孔壁坍方而影響混凝土的澆筑質(zhì)量。

6 體會與建議

本工程橋梁灌注樁問題已妥善解決，后補的4根樁經(jīng)成孔檢測和混凝土試塊抗壓強度檢測均滿足設計要求；樁身動測完整連續(xù)，4 根樁均為Ⅰ類樁；樁基承載力均符合設計要求。通過對本項目的質(zhì)量問題分析和處理，筆者有以下體會與建議。

（1）鉆孔灌注樁施工受地質(zhì)及水文條件的影響很大。施工前應充分調(diào)研地質(zhì)情況，清除地下障礙物，這是保證灌注樁施工質(zhì)量的前提。

（2）不同專業(yè)、不同工況條件下對混凝土配合比的要求不同。如《規(guī)程》針對的是一般工況條件下的混凝土，只規(guī)定了混凝土的最小膠凝材料用量，未對水泥摻量作具體要求；而《規(guī)范》除了對膠凝材料用量有所規(guī)定以外，還對最小水泥用量提出了相應要求。因此，施工中應根據(jù)專業(yè)特性適當參考選用《規(guī)程》或《規(guī)范》中相應的條款。

（3）灌注樁為地下隱蔽工程，施工工序較多，施工期間若控制不當，極易造成質(zhì)量缺陷或質(zhì)量問題，進行修復及返工處理不僅費用高、時間長，而且難度也很大。因此，每道工序必須嚴格按照《規(guī)范》《規(guī)程》進行施工操作和質(zhì)量控制，以免發(fā)生類似問題。