某工程旋挖成孔擴底灌注樁質量問題分析及處理

黎 明， 高 原， 李 睿， 潘勁昌， 周 煦， 顧 嫚

(成都市建工科學研究設計院，四川成都 610059)

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某工程旋挖成孔擴底灌注樁質量問題分析及處理

黎 明， 高 原， 李 睿， 潘勁昌， 周 煦， 顧 嫚

(成都市建工科學研究設計院，四川成都 610059)

旋挖成孔擴底灌注樁單樁承載力高、經濟性好、施工速度快，在成都地區應用廣泛，但施工控制不當等因素也可能造成工程質量問題。文章分析了成都地區某工程旋挖成孔擴底灌注樁質量問題產生的原因、處理方式、處理效果驗證等，具有借鑒意義。

旋挖成孔灌注樁； 混凝土離析； 高壓旋噴灌漿

近幾年來，旋挖成孔施工技術以其低噪音、低振動、成孔速度快、適用范圍廣等特點被越來越多地應用到成都地區樁基工程施工中。與傳統預應力管樁、人工挖孔樁相比，旋挖成孔灌注樁既彌補了前者單樁承載力低、適用范圍小的短板，又克服了后者施工時間長、安全風險高的缺點，受到了施工單位的青睞。

成都地區軟質巖土體具有含水量高、地層巖性較復雜、各向異性明顯的特點。因此，施工過程中成孔、清孔等環節的質量控制顯得尤為重要。本文以某建設項目樁基工程為例，對該項目樁基施工中遇到的質量問題及其原因分析、后期處理進行了綜述，具有指導、借鑒意義。

1 工程概況及工程地質條件

該工程位于成都市天府新區，擬建26層，框剪式結構。建設區場地地形起伏較大，總體為西低東高；該區域斷裂構造和地震活動較微弱，歷史上從未發生過強烈地震，結合成都市已有的地震地質研究成果，該建設區域場地穩定性良好；場地地下水類型分為孔隙潛水和基巖裂隙水兩種地下水類型。

參考該建設項目詳勘報告，建設區地層構成如下：①雜填土、②黏土、③粉土、④細砂、⑤卵石、⑥全風化含礫泥巖、⑦-1強風化泥質砂巖、⑦-2中等風化泥質砂巖。各巖土體工程特性指標見表1。

2 樁基設計概況

該工程采用樁筏基礎，共布置91根旋挖成孔嵌巖灌注樁，以中等風化泥質砂巖作為樁端持力層，設計要求樁端巖石天然抗壓強度標準值不低于6.0 MPa，單樁承載力特征值不低于4 650 kN。詳細設計參數見表2，基樁大樣見圖1。

3 樁基施工概況

據現場了解，施工單位于7月先行對該工程開挖2層地下室，再進行了該工程樁基施工。施工過程中坑內積水較多，場地條件差，旋挖成孔時未用護筒對樁孔進行護壁擋土；部分基樁施工中由于場地條件限制，成孔后未及時進行混凝土澆筑。

表1 巖土的工程特性指標建議值

4 基樁質量檢測

檢測單位依據DBJ 51/T 014-2013《四川省建筑地基基礎檢測技術規程》、JGJ 106-2014《建筑基樁檢測技術規范》，先后對該工程91根旋挖成孔灌注樁共進行三次檢測。

4.1 第一次檢測

第一次檢測共抽取33#、71#樁進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗；抽取15根基樁進行鉆芯法試驗。檢測結果為：(1)靜荷載試驗抽檢的2根基樁承載力不滿足設計要求。(2)部分基樁樁身混凝土存在離析、夾泥，樁端以下2.4 m范圍內持力層存在破碎段。為查明該工程基樁存在質量問題的范圍，各方決定進行第二次檢測。

表2 旋挖鉆孔嵌巖樁設計明細

圖1 基樁

4.2 第二次檢測

第二次抽取63#樁進行單樁豎向抗壓靜載荷試驗；抽取5根基樁進行鉆芯法檢測。檢測結果與第一次類似。單樁承載力不滿足設計要求，樁身混凝土存在離析、夾泥，樁端以下2.4 m范圍內持力層存在破碎段。綜合以上兩次檢測結果，為查明該工程剩余71根基樁樁身完整性及持力層性狀，各方決定進行第三次檢測。

4.3 第三次檢測

第三次對剩余71根基樁全數進行鉆芯法檢測。綜合以上靜荷載試驗及鉆芯法試驗結果，靜荷載試驗結果見表3、圖2，鉆芯法檢測結果見表4，典型樁端離析見圖3。檢測單位對該工程91根旋挖成孔灌注樁作出如下檢測結論：

表3 單樁豎向抗壓靜載試驗匯總

注：現場檢測過程中，在破壞荷載處均出現位移陡增、荷載下降情況，故試驗終止。經鉆芯法確認，其中33#樁樁身混凝土存在離析段；71#樁樁端以下2.4 m范圍內存在破碎段；63#樁樁身混凝土及樁端以下2.4 m范圍內均完整。

(a) 33#樁Q～S曲線

(b) 71#樁Q～S曲線

(c) 63#樁Q～S曲線圖2 靜載荷試驗Q～S曲線

(1)單樁豎向靜載荷試驗抽檢的3根基樁單樁承載力均不滿足4 650 kN的設計要求，單樁承載力特征值為2 350 kN(63#基樁樁身及持力層巖芯均完整)。

(2)鉆芯法檢測的91根基樁可分為以下四類情況：

①6#、7#、71#等共計29根樁，樁端2.4 m范圍內巖芯存在破碎段；

②58#、62#、91#、33#共計4根樁，樁身混凝土存在破碎段；

③12#、24#、81#、30#、52#、76#共計6根樁，樁身混凝土存在破碎段，樁端2.4 m范圍內巖芯存在破碎段；

表4 鉆芯法試驗統計

注：通過對現場混凝土及巖石芯樣進行單軸抗壓強度試驗，結果表明全數基樁完整段混凝土芯樣強度滿足設計C30的要求，有12根基樁完整段巖石芯樣天然單軸抗壓強度不滿足frk≥6.0 MPa的設計要求。

④其余52根樁樁身混凝土芯樣完整，樁端以下2.4 m范圍內巖芯完整，無明顯破碎段。

由表3、圖2可知，在破壞荷載作用時，沉降量遠大于規范要求，且Q～S圖曲線呈陡降型，具有明顯拐點，說明基樁樁側及樁端阻力均已發揮完全。

5 質量問題分析

由上述檢測結果可知，該工程樁基工程主要存在三個方面質量問題：(1)持力層巖芯破碎； (2)混凝土、持力層巖芯均完整的基樁，單樁承載力不滿足設計要求；(3)樁身混凝土離析、夾泥。根據現場調查了解、資料收集、查閱工程相關文件，對出現質量問題的原因進行分析。

5.1 地勘問題

地勘過程中，該棟樓控制性鉆孔僅有1個，其布設位置不具代表性，導致以透鏡體形式存在于中風化巖層中的強風化巖層未被及時揭露，而是在后期檢測時才被發現。

5.2frk的取值問題

依據JGJ 94-2008《建筑樁基技術規范》5.3.9嵌巖樁單樁極限承載力的計算要求，對混凝土、持力層巖芯均完整，而單樁承載力特征值僅為2 350 kN的63#基樁(樁長9.9 m)進行反算frk。地勘孔位依據就近原則，選取39號地勘孔。

依據公式：

Quk=Qsk+Qrk

(1)

Qsk=u∑qsikli

(2)

Qrk=ξrfrkAp

(3)

式中：Qsk、Qrk為分別為土的總極限側阻力標準值、嵌巖段總極限阻力標準值；qsik為樁周土第i層土的極限側阻力；frk為巖石飽和單軸抗壓強度標準值；ξr為樁嵌巖段側阻和端阻綜合系數，該工程取1.8；Ap為樁端面積。

參考表1參數取值，可知Qsk=1 477 kN，Qrk=3 223 kN，Ap=1.130 4 m2；計算出frk=4.08 MPa(保留兩位小數)。該值小于設計6.0 MPa的取值。室內巖芯單軸抗壓結果顯示，有12根基樁樁端持力層巖芯單軸抗壓強度同樣小于6.0 MPa。結合以上兩點可知，設計單位對于frk取值的準確性有待商榷。

5.3 施工問題

在樁基施工前，該場地已先行開挖了兩層地下室，土層中的上層滯水及雨水匯集于坑內，對旋挖作業條件不利。基樁施工時正值成都地區雨季，降水較豐富，容易造成孔壁坍塌、場地條件差、混凝土供應不及時等施工問題，加之現場質量管理不到位，導致部分基樁存在混凝土離析、夾泥情況。

6 處理措施

針對該工程樁基工程在檢測過程中出現的上述問題，各方經會議討論決定采取了如下彌補措施：(1)對91根基樁中混凝土存在破碎段的10根基樁(2、3類質量問題)進行高壓旋噴灌漿處理，經重新檢測，滿足設計要求后，全數進行使用；(2)對91根基樁中持力層存在破碎段的基樁，經專家論證決定全數進行使用，單樁承載力特征值降低為2 350 kN。(3)設計方按單樁承載力特征值2 350 kN對該棟樓進行重新計算并調整布樁形式。最終確定補樁49根。

對于高壓旋噴灌漿處理，其施工流程主要為：首先對孔底離析及沉渣段進行高壓清水沖洗，直至孔口排出清水；其次使用高壓旋噴設備以25 MPa壓力向孔底高壓灌注水泥漿，直至孔口返出的水泥漿配合比達到設計配合比；最后在水泥漿初凝后、終凝前進行二次注漿，使樁端周圍致密土體壓力不斷升高，進而對樁端土層進行擠壓、密實、充填、固結，在對已經形成的注漿體進行補強的同時，提高樁端土體承載力，從而提高樁端承載力。

7 后期檢測及處理效果驗證

7.1 后期檢測

待施工單位補樁完畢，基樁達到檢測條件時，檢測單位依據規范要求對該棟樓重新進行樁基檢測。檢測內容包括：

(1)抽取第3節中存在(1)類質量問題的54#樁、存在(3)類問題經高壓旋噴處理后的12#樁、補樁部分的BZ46#樁，共計3根基樁進行單樁豎向靜載荷試驗。結果表明均滿足2 350 kN承載力特征值的設計要求。

(2)對補樁部分49根基樁全數進行低應變檢測；抽取10根基樁進行聲波透射法檢測，以檢測樁身完整性。結果表明樁身完整，滿足規范要求。

(3)對補樁部分49根基樁抽取10根基樁進行鉆芯法檢測。結果表明樁身結構完整，樁端無明顯沉渣，樁端以下3倍樁徑范圍內無破碎段、空洞及軟弱夾層。

7.2 處理效果驗證

檢測單位對10根經高壓旋噴灌漿處理的基樁進行二次鉆芯驗證。結果表明經高壓旋噴灌漿處理后，原混凝土存在離析、夾泥的部位得到了很大改善。混凝土芯樣呈柱狀，膠結較好，注漿部位強度經室內試驗滿足設計要求。典型問題樁經處理后二次鉆芯見圖4。

8 結 論

(1)成都地區軟質巖具有強風化-中風化護層的特點，地層巖性較復雜。因此，在地勘階段應根據場地情況，有代表性地布置勘探孔，必要時增設勘探孔，對整個場地地層情況有較客觀、較真實的反映。

(2)在設計階段應充分考慮場地條件的不均勻性，依據“最不利原則”，合理、經濟地進行設計計算。

(3)旋挖擴底灌注樁對施工工藝要求較高，其擴底效果和清孔質量難以達到設計要求，導致擴底尺寸不理想、沉渣過厚，反而會降低單樁承載力。因此，擴底施工技術在成都地區工程使用前應嚴格驗證。

(4)高壓旋噴灌漿法對樁端混凝土離析、樁底沉渣過厚的質量問題有很好的處理效果，處理方式可供其他類似問題工程借鑒。

[1] JGJ 106-2014 建筑基樁檢測技術規范[S].中國建筑工業出版社, 2014.

[2] DBJ 51/T 014-2013 四川省建筑地基基礎檢測技術規程[S].西南交通大學出版社, 2013.

[3] 李雄峰.旋挖成孔方法在軟質巖石基礎灌注樁施工中的應用[J].西部探礦工程,2012(4): 33-35.

[4] 冉濤.旋挖成孔灌注樁質量檢測及處理技術[J].房屋建筑,2012(9): 41-45.

[5] 王欣.旋挖鉆機成孔灌注樁常見問題的分析與對策[J].吉林水利, 2004(11): 39-41.

[6] 吳江斌,王衛東,陳鍇.438 m武漢中心大廈嵌巖樁設計[J].巖土工程學報,2013,35(增刊): 76-80.

黎明(1966～)，男，本科，高級工程師，從事建筑工程、建筑材料、地基基礎檢測鑒定及技術服務工作。

TU473.1+4

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[定稿日期]2017-04-14