對(duì)鉆孔灌注樁工程質(zhì)量事故的分析

楊威

(廣東省 湛江市)

一、常見事故及原因分析

1、塌孔事故

可分為三類：一類是成孔中塌孔、埋鉆事故；二類是混凝土澆筑前塌孔，造成孔底沉渣超厚事故；第三類是澆筑過程中塌孔，形成縮頸、夾泥。三類事故處理方法不同，但塌孔原因相似，主要有以下幾個(gè)主要原因：

（1）沒有根據(jù)土質(zhì)條件選用合適的成孔工藝和相應(yīng)質(zhì)量的泥漿；

（2）護(hù)筒埋置太淺，或護(hù)筒周圍填封不嚴(yán)，漏水、漏漿；

（3）未及時(shí)向鉆孔內(nèi)加泥漿或水，造成孔內(nèi)泥漿面低于孔外水位；

（4）遇流砂、淤泥、松散土層時(shí)，鉆進(jìn)速度太快；

（5）鉆桿不直，搖擺碰撞孔壁；

（6）清孔操作不當(dāng)，供水管直接沖刷孔壁導(dǎo)致塌孔；

（7）清孔后泥漿密度、粘度降低，對(duì)孔壁壓力減小；

（8）提升、下落沖錘、掏碴筒和放鋼筋籠時(shí)碰撞孔壁；

（9）澆混凝土導(dǎo)管碰撞孔壁；

（10）用爆破法處理孔內(nèi)孤石或障礙物時(shí)，炸藥量過大等。

2、鉆孔偏移傾斜

其主要原因有：

（1）建筑場(chǎng)地土質(zhì)松軟，樁架不穩(wěn)，鉆桿導(dǎo)架不垂直；

（2）鉆機(jī)磨損嚴(yán)重，部件松動(dòng)；

（3）起重滑輪邊緣、固定鉆桿的卡孔和護(hù)筒三者不在同一軸線上，又沒有及時(shí)檢查校正；

（4）鉆桿彎曲或連接不當(dāng)，使鉆頭鉆桿中心線不同軸；

（5）土層軟硬差別大，或遇障礙物。

3、孔底沉渣過厚

其主要原因是：

（1）清渣工藝不當(dāng)，清渣不徹底；

（2）清孔后泥漿密度過小，孔壁坍塌，或孔底泥砂漏入；

（3）清孔后，停歇時(shí)間過長(zhǎng)，造成石屑、碎渣沉淀量增加；

（4）放置鋼筋籠、混凝土導(dǎo)管堵塞，混凝土澆筑被近停止。

常見原因有以下幾類：

（1）隔水栓堵塞。常見原因有隔水栓尺寸偏大或偏?。ㄖ杆ǜ咝∮趯?dǎo)管內(nèi)徑），隔水栓選材不當(dāng)，木制隔水栓使用前未浸透水等；

（2）混凝土在導(dǎo)管內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)。常見原因是混凝土開始澆筑后，因供料系統(tǒng)故障，造成混凝土不能連續(xù)補(bǔ)給，導(dǎo)致不能及時(shí)提升導(dǎo)管；

（3）導(dǎo)管埋入混凝土太深。常見原因是成樁過程中，導(dǎo)管埋深及管內(nèi)外混凝土面高差的測(cè)量控制不嚴(yán)，造成未能及時(shí)提升導(dǎo)管。還有少數(shù)施工操作人員怕提升導(dǎo)管后，拆卸工作帶來麻煩，而減少提升拆卸次數(shù)，也會(huì)造成導(dǎo)管埋設(shè)過深；

（4）混凝土性能不良：

1）坍落度太小。常見原因有配合比不良，配料計(jì)量控制不嚴(yán)，以及混凝土運(yùn)輸方法不當(dāng)或停放時(shí)間過長(zhǎng)造成坍落度損失過大等。

2）初疑時(shí)間太短。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水泥初凝時(shí)間是≥45min。如果使用初凝時(shí)間短（但是合格）的水泥配制混凝土，很可能因混凝土初凝時(shí)間短而造成堵管。這類實(shí)例已在幾個(gè)工地都出現(xiàn)過。

3）砂率太低而造成混凝土流動(dòng)性差，不宜用來澆筑水下混凝土。

5、樁身夾泥、斷樁

主要原因有：

（1）孔壁坍塌；

（2）導(dǎo)管提出混凝土面；

（3）澆混凝土中產(chǎn)生卡管停澆；

（4）用商品混凝土澆灌時(shí)，混凝土供應(yīng)不及時(shí)等。

6、混凝土強(qiáng)度不足、樁身出現(xiàn)蜂窩、孔洞

主要原因有：

（1）混凝土原材料不良、配合比不當(dāng)；

（2）混凝土制備、運(yùn)輸、澆灌方法不當(dāng)造成離析，坍落度損失太大；

（3）導(dǎo)管漏水；

（4）新澆混凝土受超、孔隙水壓沖刷，或地下水含有侵蝕性介質(zhì)。

7、鋼筋籠質(zhì)量事故

主要原因有：

（1）制作、堆放、起吊、運(yùn)輸過程中鋼筋籠變形過大；

（2）吊放鋼筋籠不是垂直緩慢放下，而是傾斜插入；

（3）鋼筋籠過長(zhǎng)或過短；

（4）鋼筋籠需分段安裝時(shí)，連接焊縫尺寸不足，焊接質(zhì)量差；

（5）鋼筋籠成形時(shí)，未按2～2.5m間距設(shè)加強(qiáng)箍和撐筋；

（6）孔底沉渣過厚，導(dǎo)致鋼筋籠放不到底。

二、常見事故處理辦法及選擇建議

常見事故處理方法及選擇，見表1

表1 鉆孔灌注樁常見事故處理方法及選擇

三、工程實(shí)例

1、背景資料

廣東省湛江市某工程為15層綜合樓，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主樓部分為99根Φ1000mm的樁，副樓為23根Φ800mm的樁，設(shè)計(jì)單樁承載力分別為4500kN和3200kN。設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)約47m，要求進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖不少于1m。

該工程場(chǎng)地從上至下主要土層為：新素填土，主要由未經(jīng)壓實(shí)的粉質(zhì)黏土組成，厚2～4m；淤泥層，軟～流塑狀，高壓縮性，厚2～4m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，軟塑狀，高壓縮性，厚3～5m；其下均為可塑性黏土層及少量砂層。地下水量較豐富，埋深2m。

施工采用黃河鉆，正循環(huán)泥漿護(hù)壁鉆孔，導(dǎo)管水下澆筑混凝土成樁。樁打完后，有21%的混凝土試塊試驗(yàn)未達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。采用穩(wěn)態(tài)激振試驗(yàn)法對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，共抽測(cè)25根Φ1000mm的樁，其中有質(zhì)量問題的本類樁（有局部斷裂、泥質(zhì)夾層、承載力低）6根，占24%，有局部問題的二類樁7根，占28%。

開挖檢查，在開鑿樁頭過程中，36號(hào)及39號(hào)樁在挖至-7.5m樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高處，未見有混凝土（設(shè)計(jì)要求混凝土澆筑至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高以上0.5～0.8m）。用鋼筋探入，36號(hào)樁在-13m處、39號(hào)樁在-11.7m處始遇硬物。與施工混凝土澆筑記錄的樁頂標(biāo)高差距很大。為進(jìn)一步查清樁身混凝土質(zhì)量存在的問題，決定選7根樁對(duì)樁身進(jìn)行鉆探抽芯發(fā)現(xiàn)：（1）有5根樁樁尖未進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖層，只進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化或接近中風(fēng)化層；（2）有5根樁樁孔底沉渣超厚，占70%；（3）4根樁有一處以上樁芯破碎不連續(xù)，占57%，（4）36號(hào)樁為斷樁，占 14%；（5）局部含泥、砂、骨料松散，混入泥漿。

上述檢驗(yàn)結(jié)果說明這些樁的質(zhì)量很差，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。為確認(rèn)樁的承載能力，對(duì)問題較嚴(yán)重的31號(hào)及107號(hào)樁進(jìn)行單樁靜荷載試驗(yàn)。31號(hào)樁壓至5400KN破壞，允許承載力為2250kN，其中摩擦力約占90%；107號(hào)樁破壞荷載為6400kN，容許承載力為2800kN，摩擦樁作用。但二者均未達(dá)到4500kN的設(shè)計(jì)要求，因此問題是嚴(yán)重的。

2、原因分析

1）入巖程度的判斷失誤。本工程要求樁尖進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖層的深度不少于1m，方可認(rèn)為鉆孔全斷面已進(jìn)入設(shè)計(jì)要求層位，可以停鉆。而本工程抽芯檢驗(yàn)未進(jìn)入中風(fēng)化層的5根樁，其鉆進(jìn)終孔采樣已含有中風(fēng)化顆粒，但抽芯鑒定樁尖只是接近而未進(jìn)入中風(fēng)化層。由于過早判斷已進(jìn)入中風(fēng)化層并停止鉆進(jìn)，造成了失誤。

2）大直徑深孔水下灌柱樁沉渣超厚是一個(gè)較為普遍的問題。本工程鉆孔深，平均深度在45m以上，部分孔深接近50m。由于孔徑大，平均擴(kuò)孔系數(shù)約為1.15，最大達(dá)1.61，又采用正循環(huán)泥漿鉆進(jìn)，主泵泵量為180m3/h，即在深孔鉆進(jìn)時(shí)，泵入泥漿約徑15min才能返回地面，相當(dāng)于返漿速度約3.3m/min，顯然泥漿泵能力偏低。由于泥漿循環(huán)速度慢，排渣困難，而不得不加大注入泥漿密度至1.2～1.3或更大，以增加泥漿的懸浮力，帶走泥屑、渣土。即是終孔停鉆以后清孔時(shí)，也不可能降低泥漿密度至1.1，因而孔底清洗不干凈，并且從停止清洗提升鉆具至下導(dǎo)管澆筑混凝土前的一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)在孔底沉淀相當(dāng)數(shù)量的渣土。這就是造成本工程孔底沉渣過厚的主要原因。

3）樁芯破碎及斷樁。本工程未嚴(yán)格控制澆筑混凝土管的埋管深度及一次拆管長(zhǎng)度。為圖省事，導(dǎo)管有時(shí)埋入混凝土過深，一次拔出十幾米長(zhǎng)的導(dǎo)管，幾節(jié)一起拆。有時(shí)導(dǎo)管埋入混凝土深度不夠，或只埋入混有泥漿的浮漿層（根據(jù)后期鑿開樁頭的情況看，浮漿層普通接近2m厚）。因此混凝土壓力不夠，被泥漿擠入而造成樁身夾泥、混凝土松脆破碎及斷樁等樁身質(zhì)量事故。

4）樁頂未達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高。由于鉆孔及清孔使用了過稠的泥漿，又因混凝土量大，澆筑時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6、7h甚至10h，在澆筑混凝土過程中泥漿不斷沉淀，隨著混凝土面的上升，上部的稀泥漿不斷被排擠出孔外，而下部的泥漿逐漸濃稠，甚至形成部分稠泥團(tuán)。當(dāng)澆至樁的上部時(shí)，受到鋼筋籠的阻滯，向上頂升的混凝土往往一時(shí)難于擠入鋼筋籠與孔壁間被稠泥漿團(tuán)所占據(jù)的狹長(zhǎng)的5cm間隙，因此形成了大體以鋼筋籠為邊界的暫時(shí)性假樁壁，如圖一所示。所以在剛澆筑完混凝土?xí)r，以測(cè)錘測(cè)得的混凝土標(biāo)高是一個(gè)不穩(wěn)定的假標(biāo)高。由于混凝土密度比泥漿大，在其初凝前，因兩者側(cè)壓力差△P所造成的對(duì)假樁壁與孔壁間隙中稠泥漿團(tuán)的擠壓，使大部分泥漿逐漸沒空隙向上排出樁頂（小部分仍滯留在鋼筋籠與混凝土體之間）?；炷羵?cè)向擠出充填間隙，使原測(cè)得的樁頂混凝土假標(biāo)高降低，是樁頂標(biāo)高不夠的主要原因。其次，導(dǎo)管埋入混凝土太深，一次拔出后會(huì)造成混凝頂面下降。再者，新澆筑混凝土的側(cè)壓力大于淤泥孔壁壓力，也會(huì)逐漸排擠淤泥，形成樁身"鼓肚"而使混凝土面下降。

5）樁身混凝土強(qiáng)度低。樁身混凝土用32.級(jí)水泥配制，配合比經(jīng)試驗(yàn)確定，但有大量試塊及部分鉆探抽芯試樣未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的C30強(qiáng)度。其原因如下：（1）由于導(dǎo)管埋入混凝土深，孔內(nèi)泥漿稠度大，造成混凝土灌入阻力大，返漿困難。如36號(hào)樁導(dǎo)管埋入混凝土18m，混凝土要從導(dǎo)管底流出，必須克服上部混凝土自重300kN左右，則導(dǎo)管內(nèi)的混凝土柱平衡重力僅20kV。此外，尚須克服樁內(nèi)泥漿重及混凝土流動(dòng)阻力，因此混凝土沒有很大的流動(dòng)性是根本無法灌下去的。所以在攪拌混凝土?xí)r不得不隨意加大混凝土的水灰比，降低其稠度，增加流動(dòng)性，以便澆筑。這就是混凝土強(qiáng)度等級(jí)降低的主要原因。（2）由于混凝土水灰比高，從高處灌注時(shí)極易產(chǎn)生離析現(xiàn)象，鉆孔抽芯可見樁的許多部分是沒有粗骨料的砂漿，個(gè)別芯樣抗壓強(qiáng)度只有16.8MPa。（3）部分樁身混凝土內(nèi)混有泥漿，降低了強(qiáng)度。

3、處理措施

對(duì)樁基部分進(jìn)行加固處理：

1）在鉆探抽芯前，36～39號(hào)樁挖深至樁頂新鮮混凝土，支模板接樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2）通過鉆探抽芯孔，以特制帶鋼刷鉆頭掃孔，用清水高壓 清洗樁身混凝土灌注相鄰承臺(tái)間隙，使全部承臺(tái)及承臺(tái)梁連接成一個(gè)整體，以使樁、承臺(tái)及承臺(tái)梁共同工作，調(diào)整不均勻沉降。

由于相當(dāng)數(shù)量的樁未進(jìn)入設(shè)計(jì)要求的中風(fēng)化花崗巖持力層，樁底沉渣過厚，極大地降低了樁的端承力。按照不計(jì)端承力的純摩擦樁計(jì)算的樁基承載能力與按垂直靜荷載試驗(yàn)提供的2250kN單樁容許承載力結(jié)果大體相當(dāng)；再加上其他原因，決定上部減低為10層。樁基部分經(jīng)加固處理，可以滿足減層后的設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語

樁基工程，一定要認(rèn)地質(zhì)勘探、設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)及驗(yàn)收等各個(gè)環(huán)節(jié)認(rèn)真把關(guān)，才能避免或減少質(zhì)量事故的發(fā)生。

[1] JGJ106-03.建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S]

[2] GB50204-02.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] JGJ94-08.建筑樁基技術(shù)規(guī)程[S].