灌注樁混凝土充盈系數偏高主要原因分析及控制措施

朱光彬

（北京北投通城建設開發有限公司，北京 101100）

0 引言

灌注樁澆灌混凝土時，充盈系數是用于判斷樁基工程施工質量的一個非常重要的指標。灌注樁混凝土充盈系數是指一根樁實際灌注的混凝土方量與按樁外徑計算的理論方量之比（V實/V理論）?；炷凉嘧冻溆禂翟酱?，造成混凝土浪費越多，從而增加施工成本。如果通過管理和技術手段合理降低灌注樁混凝土充盈系數，則可大大減少在灌注樁施工中混凝土的消耗量，有利于項目的成本控制。同時，可持續發展為現階段我國建設工程的發展方向，減少混凝土用量滿足國家倡導的綠色施工要求。因此，本文以實際工程為例，針對合理降低灌注樁混凝土充盈系數的技術進行分析、研究，制定有效對策。

1 工程概況

寧河縣中醫醫院遷址建院項目一期、二期總建筑面積為70430m2，項目坐落于天津市寧河區橋北新區，框架為剪力墻結構。該工程樁基工程分三部分施工：第一部分為新建樁基工程；第二部分為改擴建樁基工程；第三部分為混凝土支護樁工程。不同灌注樁樁型的混凝土強度及混凝土用量見表1和表2所示。

表1 不同灌注樁樁型的混凝土強度

表2 灌注樁混凝土用量統計

2 混凝土充盈系數偏高的主要原因分析

該工程目前共有工程樁及支護樁混凝土使用預算量為29575m3。通過對現場已施工的500根灌注樁混凝土的充盈系數[1]進行計算，得出混凝土平均充盈系數為1.12，且混凝土充盈系數合格率僅為86%。設計單位結合地勘報告圖紙標明混凝土充盈系數不小于1.05，混凝土充盈系數存在較大的降低空間。

采用ZBL-P10型反射波基樁完整性檢測儀[2]并采用反射波測樁分析軟件對現場已施工完畢的500根灌注樁描繪樁形示意圖，對影響混凝土充盈系數的因素進行統計分析得出，影響充盈系數的因素中，其中“鉆孔直徑偏大和鉆孔傾斜量大”兩個影響因素是導致混凝土充盈系數偏高的最主要因素，占所有影響因素的81%，而泥漿凈化不到位和檢測方法陳舊是導致鉆孔直徑偏大和鉆孔傾斜量大的主要因素。

2.1 泥漿凈化不到位

現場抽取10根灌注樁進行試驗，其泥漿有害固相顆粒含量均超出規范要求。原因為現場泥漿凈化采用簡單的沉淀池過濾凈化，致使泥漿中有害固相顆粒含量較高，影響泥漿質量。未能做到有效護壁從而造成鉆孔直徑偏大。

2.2 檢測方法陳舊

施工現場使用米尺和線墜分別對灌注樁的孔徑和樁孔傾斜度進行檢測，從實際效果看，兩項指標的檢測合格率均為96%，檢測方法較陳舊是導致“鉆孔直徑偏大和鉆孔傾斜量大”的主要原因之一，對混凝土充盈系數的控制存在不利影響。

3 制定解決措施

針對泥漿凈化不到位和檢測方法陳舊這兩項影響混凝土充盈系數的原因，通過合理分析，制定解決措施并進行優化比選，見表3所示。在施工過程中采用優化泥漿循環系統和制作簡易測量儀器，可以達到合理降低灌注樁充盈系數的目的。

表3 解決措施方案優化比選

4 方案的實施及效果檢查

4.1 優化泥漿循環系統

4.1.1 依靠泥漿循環系統自然沉淀除渣

在施工鉆孔中帶出來的泥漿會攜帶沉渣，進入泥漿循環系統（見圖1所示），較粗顆粒沉渣進入沉淀池。在施工中需要安排工人定期進行澇渣，并且人工推小推車到專用的鉆渣堆放場地，在此過程中泥漿會流經沉淀池經自然沉淀除渣。

圖1 泥漿循環系統

4.1.2 旋流除砂器除渣

施工時管理人員在現場設置泥漿泵一臺，泥漿被泥漿泵從沉淀池中吸出進入旋流除砂器，含砂部分經旋流除砂器后，此時從排渣打嘴排出劣質和無用的泥漿及有害固相顆粒，從旋轉除砂器的上溢流口流出的優質及干凈的泥漿返回泥漿池。這種除砂器雖然結構比較簡單，但是制作很方便，使用壽命比較長，其結構見圖2。

圖2 旋流除砂器

4.1.3 添加化學處理劑配合除渣

（1）加入精心配置的1%Na2CO3，目的是為了除去泥漿中包含的鎂、鈣等離子，同時加入適量（需要稱量）的NaOH用于調節泥漿中pH值（一般7～8）；

（2）繼續加入含量為300～500ppm的PHP，即聚丙烯酰胺，分子量范圍為200萬～300萬，其中水解度是30%，將上述化學處理劑添加至泥漿沉淀池中可清除部分粒徑和比重與其吸附能力相當的固相顆粒。

4.1.4 方案實施效果

通過優化泥漿循環系統進行處理后，對混凝土灌注樁的泥漿進行抽查發現，泥漿的有害固相顆粒含量均在1.0以下，優質純凈的泥漿不僅有效地保護了孔壁穩定，降低了孔壁坍孔概率并且增加了鉆機的易損部位的使用壽命，減少了泥漿材料的浪費。此措施不僅穩定施工中泥漿性能，而且使施工鉆進的工作條件得到改善，進而提高了鉆孔的質量和鉆孔的效率，節約了樁基工程成本，保護了生態環境。

4.2 簡易測量儀器的制作和使用

4.2.1 明確檢測時間和檢測方法

根據表4、表5所示，明確檢測時間和檢測方法。

表4 檢測時間表

表5 檢測方法表

4.2.2 樁位測量

鉆孔施工開始以后，采用鋼尺對孔徑進行測量，復核鉆頭尺寸。鉆孔形成后，當孔深、清孔泥漿指標合格后，利用鉆孔三角架固定自制檢孔器（見圖3所示），注意檢孔器與小型鋼筋籠類似，高為3m，外徑為68cm。檢孔器用Ф 22粗鋼筋制作，進入孔內時，在護筒頂放樣十字線，控制檢孔器必須保證對中，安裝的上吊點需要固定位置并且保證在檢孔施工過程中絕對不能變位，否則需要再次對中位置。施工人員用檢孔器下落在孔內時，需要依靠檢孔器自重進行下沉，此時不能用其他任何外力。檢孔器如果能順利到達孔底，可以通過檢孔器測繩觀察，這時表明孔徑能滿足設計及施工要求，若是通過測繩發現不能滿足，需要重新清孔至設計所需孔徑。

圖3 自制用檢孔器

4.2.3 鉆孔控制垂直度指標

在檢測樁位開孔垂直度時，可以選用型號CX—8C型無線光纖陀螺測斜儀對垂直度進行相關角度監測。此時需要保證鉆孔軸線與地面的夾角為90°，進而確保開孔時軸線不會傾斜；鉆孔形成后，采用自制檢孔器進行檢查，在鉆孔成孔后，其它步驟同孔徑檢測。通過運用安裝在護筒頂的觀測吊繩觀察放樣中心點位偏移具體情況，計算結果確定成孔后傾斜度為：

I=E/H×100%

由該公式及計算結果能快速測出成孔傾斜度。若想保證檢測結果的精確性，按照實際情況可以對H/2、H/4等部位分別增加檢測，然后計算出相應孔深處傾斜度。當計算結果為I＜1%時，此時滿足相關規范的要求，管理人員可以安排下一道工序繼續施工，計算結果若是I＞1%時，則應回填，重新鉆孔。

4.2.4 方案實施效果

通過制作簡易測量儀器對孔徑和鉆孔垂直度進行檢查，孔徑尺寸及孔身垂直度合格率為100%，此措施更新了樁基施工中的檢測手段，改善了工程質量。

5 結束語

方案實施后，再次對現場在實施期施工的改擴建工程的1424根灌注樁描繪樁形示意圖，對影響混凝土充盈系數的因素進行統計分析，并得出結論：鉆孔直徑偏大和鉆孔傾斜度大已經從影響灌注樁混凝土充盈系數的主要因素降為次要因素，混凝土充盈系數合格率達到99.5%。實踐證明，本文針對“鉆孔直徑偏大和樁身垂直度大”兩項質量問題的控制方法科學得當，實現了“合理降低灌注樁混凝土充盈系數”的目標，在這個環節上不僅降低了水泥消耗，還節省了施工成本。