對鉆孔灌注樁工程質(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，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，對孔壁壓力減小；

（8）提升、下落沖錘、掏碴筒和放鋼筋籠時碰撞孔壁；

（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，炸藥量過大等。

2、鉆孔偏移傾斜

其主要原因有：

（1）建筑場地土質(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；

（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，停歇時間過長，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小（指栓高小于導(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)停留時間過長。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量控制不嚴(yán)，造成未能及時提升導(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，配料計量控制不嚴(yán)，以及混凝土運(yùn)輸方法不當(dāng)或停放時間過長造成坍落度損失過大等。

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

3）砂率太低而造成混凝土流動性差，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，混凝土供應(yīng)不及時等。

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）鋼筋籠過長或過短；

（4）鋼筋籠需分段安裝時，連接焊縫尺寸不足，焊接質(zhì)量差；

（5）鋼筋籠成形時，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)計單樁承載力分別為4500kN和3200kN。設(shè)計樁長約47m，要求進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖不少于1m。

該工程場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)計的強(qiáng)度要求。采用穩(wěn)態(tài)激振試驗(yàn)法對樁基質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，共抽測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號及39號樁在挖至-7.5m樁頂設(shè)計標(biāo)高處，未見有混凝土（設(shè)計要求混凝土澆筑至設(shè)計樁頂標(biāo)高以上0.5～0.8m）。用鋼筋探入，36號樁在-13m處、39號樁在-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)計要求。為確認(rèn)樁的承載能力，對問題較嚴(yán)重的31號及107號樁進(jìn)行單樁靜荷載試驗(yàn)。31號樁壓至5400KN破壞，允許承載力為2250kN，其中摩擦力約占90%；107號樁破壞荷載為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，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，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間內(nèi)，會在孔底沉淀相當(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度。為圖省事，導(dǎo)管有時埋入混凝土過深，一次拔出十幾米長的導(dǎo)管，幾節(jié)一起拆。有時導(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，澆筑時間長達(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，受到鋼筋籠的阻滯，向上頂升的混凝土往往一時難于擠入鋼筋籠與孔壁間被稠泥漿團(tuán)所占據(jù)的狹長的5cm間隙，因此形成了大體以鋼筋籠為邊界的暫時性假樁壁，如圖一所示。所以在剛澆筑完混凝土?xí)r，以測錘測得的混凝土標(biāo)高是一個不穩(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）。混凝土側(cè)向擠出充填間隙，使原測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阻力，因此混凝土沒有很大的流動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，增加流動性，以便澆筑。這就是混凝土強(qiáng)度等級降低的主要原因。（2）由于混凝土水灰比高，從高處灌注時極易產(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

對樁基部分進(jìn)行加固處理：

1）在鉆探抽芯前，36～39號樁挖深至樁頂新鮮混凝土，支模板接樁至設(shè)計標(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間隙，使全部承臺及承臺梁連接成一個整體，以使樁、承臺及承臺梁共同工作，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。按照不計端承力的純摩擦樁計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)計要求。

結(jié)束語

樁基工程，一定要認(rèn)地質(zhì)勘探、設(shè)計、施工、檢測及驗(yàn)收等各個環(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].