濱海軟土地質灌注樁頭冒水成因及處理方案

陳 克

溫州機場建設投資有限公司 浙江 溫州 325011

一、工程概況和樁型簡介

溫州機場擴建工程中某綜合樓項目，總建筑面積41912m2，地上6層建筑面積29999m2，地下一層建筑面積11913m2，房屋高度23.3m；結構類型框架，基礎類型樁基礎，采用泥漿護壁鉆孔灌注樁。

現場勘察報告中土質自上而下分別為硬殼層粘土、淤積軟土、湖沼相及海相交互粘性土、河流沖積的碎石類土等；在勘探深度內為以第四系孔隙潛水為主的地下水及承壓水，樁基持力層在卵石層和圓礫層之間。

二、灌注樁出現冒水和現場取芯的情況

溫州機場某綜合樓項目于2016年11月15日正式開工，開始對鉆孔灌注樁進行施工。為了縮短工期和工程試樁檢測時間，項目部對七根試樁（承壓和抗拔）先行施工，待完成全部工程試樁陸續對工程樁進行大面積施工。

七根工程試樁在成樁的十天后，工程人員對樁頭進行開挖和破鑿，發現全部樁頭在破鑿過程中冒出源源不斷的細砂和清水，項目部立即報告建設和監理單位，并停止現場鉆孔灌注樁施工。

隨后，建設單位組織對該情況進行了二次專題會議，對七根試樁進行了取芯，小應變和靜載處理。

三、樁頭冒水成因分析

1、內因：

導管法灌注的水下混凝土是高含水量、高灰量、高含水率、高流動、粗細骨料粒徑差較小、自密實的混凝土。由于高含水量，這種混凝土在灌注、凝結過程中會發生大量泌水現象。混凝土中的水分一部分向地層中滲透，一部分被蒸發，還有一部分在混凝土中形成水囊。水囊中的水分在混凝土凝結、硬化過程中被吸收，形成大大小小的空洞，形成各種微裂隙。同時混凝土在凝結過程要產生大量的水化熱，其內部溫度不斷上升，在混凝土表面和內部引起拉應力。當拉應力超過混凝土的極限值時，就會在混凝土內部產生大量裂隙。硬化后的混凝土的抗滲性能較低，甚至會低于樁身所穿過土層的抗滲性能。除此之外，混凝土在施工過程中會混入一部分空氣，這些氣體在混凝土中也會形成裂隙或空洞。

2、外因：

1）從工程地質來看，由于濱海地質的下部有可能存在有數層隔水性能很好的粘土土層，底部地層中可能在一定的區域或局部形成水頭較高的深層的承壓力，其水頭高度若高于樁頂標高樁頭混凝土便會冒水。

2）地勘報告中相關描述：

本工程正負零絕對標高5.05m，未注明樁頂絕對標高-1.75m（相對標高-6.8m）。地勘報告中的2層粉砂夾淤泥層在0～2.8m之間，同時根據地勘報告關于承壓水的描述“2層粉砂夾淤泥具有中等透水和中等含水性，賦存其中的地下水具微承壓性。勘察期間對該層承壓水水頭進行觀測，承壓水位標高為1.88～2.1m，測得其承壓水頭為1.81～2.01m”。

四、樁頭冒水形成機理分析

當樁身穿過或刺入深層含承壓水的土層時，如果其水頭大到足以克服混凝土有限的抗滲性能時，水便會在承壓水頭的作用下沿著抗滲能力較弱的樁身混凝土向上滲出。混凝土微裂縫為細小孔隙，當它作為地下水的通道時，其沿程水頭損失和局部水頭損失將隨流量的增大而迅速增大。從這樣的通道中流出的水流，其流量將受到很小的過流斷面和很大的水頭損失的制約，即使在較大的水頭作用下，水流仍以較小的流量緩慢地滲出。

承載力方面：

樁頭冒水或滲水是混凝土自身的抗滲能力不強與承壓水頭共同作用的結果。從滲流的位置看，滲流多發生在樁身混凝土中，而樁身與樁間土接壤處的泥皮處則無明顯滲流，不會造成對樁側摩阻的影響，因此該批樁的承載力不因樁頭滲水而受影響。為保證工程質量，應對該工程所有工程樁做小應變的全數檢測處理以保證混凝土的樁身完整性；

耐久性方面：

根據地勘報告，地下水對混凝土結構具有微腐蝕性，在干濕交替作用下地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有腐蝕性，長期浸水條件下對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具有微腐蝕性。從樁的使用情況看，所有樁均在地下水位以下工作，在建筑物漫長的使用過程中，地下水必然會經過滲透而越過鋼筋保護層，到達結構中的鋼筋表面。只要使地下水無法在樁內的微隙中流動，其工作環境沒有產生任何變化，因此當阻斷了樁內地下水的滲透通道后，冒水樁中的鋼筋耐久性低于其它不冒水樁中的鋼筋。考慮到冒水的樁將要進入基礎承臺內100mm，樁頂冒水的樁將會作為一條水流通道將承壓水層的水引入承臺內，可能會局部削弱地下室的防水、防潮和抗滲能力。建議將底板及承臺混凝土的抗滲等級由原來的P6提高為P8。

五、預防和處理措施

根據結果分析，為提高成樁質量，可以采取以下措施十八條措施：在樁基混凝土澆筑過程中，施工單位和監理單位進行全過程監督；縮短成孔到成樁的時間；重新調整混凝土的配合比；適當調整樁混凝土的坍落度；底板及承臺混凝土的抗滲等級提高；樁身混凝土強度等級提高；配置反循環設備，使用反循環清孔工藝；混凝土澆筑時采用250mm導管，埋深深度不低于6m，導管接頭處必須密封，不得進水和漏漿；二次清孔后，混凝土澆筑前的泥漿比重宜在1.2～1.5之間；控制混凝土的超灌量，將樁基混凝土超灌量控制在樁頂標高以上2m；由于基坑是采用二級放坡，在施工灌注樁前先施工基坑止水帷幕攪拌樁，減少基坑外圍地下水對施工的影響；單軸攪拌樁改為雙軸，坑中坑和被動區單排攪拌樁改雙排；增加主動區和被動區的井點降水，在抽水過程中監測水位位置，使地下承壓水得以釋放；混凝土澆筑時，盡量減少混凝土澆筑過程中導管反插；如果樁頭滲水非常嚴重，應在截樁、接樁、承臺施工時，采用高標號混凝土或防水混凝土進行接樁：對本工程的工程樁全部做小應變檢測，以確保樁身質量；對已完成的灌注樁，可采用鉆芯法和回彈法相結合的方法來驗證；承壓樁的試樁數量由原來的4根調整為8根；抗拔樁縱向和底部鋼筋增加；未打樁按以上方案處理，已完成（包括冒水樁）做靜載處理。

六、結束語

對于類似溫州濱海地區的地質情況，今后在施工前有條件要先進行試樁檢測，以避免在后續工期及成本上的被動和浪費；如未進行試樁應綜合考慮地勘報告，先進行施工止水帷幕攪拌樁和井點降水處理，在檢測工程樁應當充分考慮到混凝土的養護時間。對于靜載不合適或小應變達不到要求的，應由設計出圖補樁。