湯惟金

(安徽省煤田地質(zhì)局第二勘探隊(duì)，安徽 蕪湖 241006)

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，成孔灌注樁由于對(duì)各種地質(zhì)條件的適應(yīng)性和施工簡(jiǎn)單易操作，在奧運(yùn)工程、世博工程、青藏鐵路工程、大型跨江跨海橋梁以及其他工業(yè)與民用建筑、港口、鐵路及公路等工程的基礎(chǔ)工程、支護(hù)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，并涌現(xiàn)出許多新的樁型、新的設(shè)計(jì)理論、新的施工工藝及新的檢測(cè)方法[1，2]。大部分灌注樁施工是在地面以下進(jìn)行的，其施工過程無法直接觀察。施工過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將直接影響整個(gè)工程的質(zhì)量和進(jìn)度，甚至造成較大的損失[3]。樁基施工、檢測(cè)及質(zhì)量控制等方面在工程中遇到了很多新的挑戰(zhàn)，尤其在工程施工實(shí)踐中仍存在許多技術(shù)問題尚未解決。

本文以解決灌注樁施工中的實(shí)際問題為主要目的，包含系統(tǒng)的理論部分及技術(shù)問題分析的內(nèi)容?；纠碚摬糠趾?jiǎn)明扼要，重點(diǎn)對(duì)典型及常見的施工技術(shù)問題進(jìn)行介紹，同時(shí)對(duì)所存在問題的相應(yīng)防治與處理措施進(jìn)行較詳細(xì)的分析，希望對(duì)以后的工程有一定的幫助。

1 灌注樁基本分類及特征

灌注樁顧名思義就是通過各種機(jī)械鉆孔、人工挖掘、套管擠土等方式先在地基中形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的圓形、矩形等樁孔，成孔后在孔內(nèi)加放鋼筋籠，并灌注混凝土而成的混凝土樁。成孔灌注樁具有低噪聲、震動(dòng)小、無擠土，對(duì)周圍環(huán)境及鄰近建筑物影響小，能穿越各種復(fù)雜地層和形成較大的單樁承載力，適應(yīng)各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模建筑物等優(yōu)點(diǎn)。成孔灌注樁成樁環(huán)節(jié)多，施工技術(shù)復(fù)雜，工藝流程相互銜接緊密，施工影響因素較多，施工質(zhì)量不易控制。

1.1 灌注樁的基本分類

成孔灌注樁可以從承載性狀因樁徑的不同所受影響不同對(duì)樁徑灌注樁進(jìn)行劃分;從提高樁的承載力以及滿足使用的要求，對(duì)不同截面形式和樁體形狀的灌注樁進(jìn)行劃分;從樁不同受力狀態(tài)確定計(jì)算內(nèi)容，滿足不同的構(gòu)造要求，采用不同的配筋模式等，對(duì)灌注樁進(jìn)行劃分[4];從成孔方法不同，對(duì)其進(jìn)行劃分;從成孔以及成樁對(duì)地基土的影響程度等，對(duì)其進(jìn)行劃分，根據(jù)上述內(nèi)容，常見的成孔灌注樁具體所分類型詳見表1。

表1 常見的灌注樁分類

目前建、構(gòu)筑物建設(shè)場(chǎng)地大部分在城市內(nèi)，且周邊其他建、構(gòu)筑物較多，市政管線密布、場(chǎng)地狹小，因此所使用的基樁較多的是非擠土樁，或者部分?jǐn)D土樁，而擠土樁使用的較少，除個(gè)別場(chǎng)地空曠，施工對(duì)環(huán)境保護(hù)要求低的地區(qū)使用。

非擠土成孔灌注樁，即采用鉆孔、挖孔取土，把與樁身體積相同的土體取出，對(duì)周圍土體基本沒有擾動(dòng)而形成的樁。具體施工方式列于表2，其中包括干作業(yè)法鉆(挖)孔灌注樁[5]、泥漿護(hù)壁法鉆(挖)孔灌注樁、套管護(hù)壁法鉆(挖)孔灌注樁等[6]。

表2 非擠土成樁的分類

部分?jǐn)D土成孔灌注樁，即在成樁過程中會(huì)產(chǎn)生較小的部分?jǐn)D土效應(yīng)，樁周圍土體會(huì)受到一定程度的擾動(dòng)。這類樁主要有長(zhǎng)螺旋壓灌灌注樁[7]、沖孔灌注樁、鉆孔擠擴(kuò)灌注樁等，具體分類詳見表3。

表3 部分?jǐn)D土成樁的分類

1.2 灌注樁基本特征

成孔灌注樁具有較多的特點(diǎn)，本次僅對(duì)其在工程實(shí)踐中所起的作用，即工作性能和受力特征進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

成孔灌注樁根據(jù)其自身剛度大、變形小等特點(diǎn)，用作把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到樁周及樁端較堅(jiān)硬、壓縮性小的土或巖石中，達(dá)到減小沉降、使建(構(gòu))筑物滿足正常的使用功能及抗震等要求;其次，當(dāng)建筑工程地下結(jié)構(gòu)如果有在低于周邊土體水位的部分時(shí)，若上部結(jié)構(gòu)荷重不能平衡地下水浮力，結(jié)構(gòu)的整體或局部就會(huì)受到向上力的作用。為了抵消土體中水對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的上浮力[8，9]，用作承受上拔力以抵抗軸向拉力的抗浮樁?？拱螛稄V泛應(yīng)用于地下室抗浮、高聳建(構(gòu))筑物抗拔、海上碼頭平臺(tái)抗拔、懸索橋和斜拉橋的錨樁基礎(chǔ)、大型船塢底板的樁基礎(chǔ)和靜荷載試樁中的錨樁基礎(chǔ)等;再者，作為承受橫向推力的樁，承受水平力。一般用于基坑支護(hù)、邊坡支護(hù)以及滑坡治理，承受水平土壓力或滑坡推力，一般比承受豎向力的基礎(chǔ)樁需要更高的配筋，也經(jīng)常和錨桿(索)、內(nèi)支撐等一起使用。在城市的高層建筑、輸電線路、發(fā)射塔等高聳建筑、港口碼頭工程、橋梁工程、滑坡抗滑樁工程、抗震工程等工程中得到廣泛的應(yīng)用。

1.3 灌注樁構(gòu)造要求

成孔灌注樁縱向保護(hù)層厚度不應(yīng)小于35 mm。水下澆筑時(shí)不小于50 mm，當(dāng)?shù)叵滤哂懈g性，或者不能滿足耐久性的要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。受水平荷載的灌注樁，主筋不應(yīng)小于8Φ12;對(duì)于抗壓和抗拔的灌注樁，主筋不應(yīng)小于6Φ10;灌注樁配筋率一般可取0.2%～0.65%;縱向主筋應(yīng)沿樁身周邊均勻布置，其凈間距不應(yīng)小于60 mm。樁身混凝土等級(jí)不得低于C25。

鋼筋籠可整段或者分段制作，一般情況下分段制作的鋼筋籠，其接頭可采用焊接或者機(jī)械連接接頭，縱向主筋超過Φ25時(shí)，宜采用機(jī)械連接，鋼筋籠宜整體吊放。接頭質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》《鋼筋焊接規(guī)程》和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的相應(yīng)要求。灌注樁鋼筋籠制作詳見圖1。

圖1 典型配筋示意圖

2 灌注樁常見的施工問題及防治措施

我國(guó)地域廣闊，地質(zhì)條件變化大，差異顯著，建筑工程量大，施工周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，基樁設(shè)計(jì)的可靠度低。合理、正確地施工基樁，必然能提高基樁承載力，提高基樁整體性和抵抗變形的能力，同時(shí)可加快施工速度。成孔灌注樁施工質(zhì)量控制與一般的土建工程項(xiàng)目施工質(zhì)量控制有著較大區(qū)別，它有自身的特殊性和復(fù)雜性。

2.1 灌注樁施工常見問題

產(chǎn)生灌注樁施工質(zhì)量與技術(shù)問題的原因各式各樣，大致分為:工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、施工管理問題、現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)與調(diào)度問題及技術(shù)因素等。表4對(duì)成孔灌注樁施工中常見的問題，按照引起這些問題的主要原因進(jìn)行分類。

表4 成孔灌注樁常見問題

因地質(zhì)勘探主要存在勘探孔間距大、孔深淺、土工試驗(yàn)數(shù)量不足、土工取樣和土工試驗(yàn)不規(guī)范、樁周摩阻力和樁端阻力不準(zhǔn)等問題，樁基開始施工前，未針對(duì)這些問題對(duì)地質(zhì)勘探資料和設(shè)計(jì)文件進(jìn)行認(rèn)真審查，往往在施工過程會(huì)產(chǎn)生上述一種或幾種不同的問題。同時(shí)部分施工隊(duì)伍管理不當(dāng)也常常使得鉆孔灌注樁存在不同的問題。目前，針對(duì)成孔灌注樁項(xiàng)目施工質(zhì)量控制的研究人員較少，沒有成熟可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)可取也是產(chǎn)生施工問題的主要原因。

2.2 灌注樁施工常見問題的原因分析

由地質(zhì)因素產(chǎn)生的問題:

1)成孔后塌孔的主要原因是土質(zhì)松散，泥漿護(hù)壁不好，護(hù)筒周圍未用粘土緊密填封以及護(hù)筒內(nèi)水位不高。吊入鋼筋籠時(shí)碰撞孔壁，成孔后待灌時(shí)間過長(zhǎng)也會(huì)引起孔壁坍塌;

2)成孔后孔體縮頸主要原因是土質(zhì)太軟，地下水位高，孔壁側(cè)向壓力大，且泥漿性能欠佳，失水量大，引起軟塑性粘土層吸水膨脹后使孔徑縮小，鄰樁施工間隔時(shí)間太短或樁距太近;

3)卡鉆主要原因是鉆孔經(jīng)過巖層分界面時(shí)相鄰巖層強(qiáng)度差別較大、操作中未及時(shí)根據(jù)地質(zhì)情況調(diào)整鉆頭的行程引起的;

4)鉆孔成樁時(shí)掉鉆是由于地質(zhì)復(fù)雜孔壁坍塌、機(jī)械故障、鋼絲繩斷裂等因素造成鉆頭落入孔底的現(xiàn)象。

由管理協(xié)調(diào)因素產(chǎn)生的問題:

1)樁位平面偏差是由于現(xiàn)場(chǎng)施工管理不到位，施工員粗心大意使得定點(diǎn)測(cè)放、樁機(jī)就位不準(zhǔn)產(chǎn)生;

2)孔體傾斜主要因樁機(jī)不水平或機(jī)臺(tái)產(chǎn)生不均勻沉降，或遇到舊基礎(chǔ)或有地下障礙物，土層軟硬不均勻、有較大孤石或基巖面傾斜較大產(chǎn)生;

3)斷樁是由于導(dǎo)管底端距孔底過遠(yuǎn)，混凝土被沖洗液稀釋，造成混凝土不凝固，形成斷樁，或?qū)Ч苊芊獠粐?yán)，沖洗液浸入混凝土，形成樁身中段出現(xiàn)混凝土不凝體，在澆筑混凝土?xí)r，導(dǎo)管提升和起拔過多，露出混凝土面，或其他原因?qū)⒒炷翗渡舷路珠_，產(chǎn)生空洞;

4)沉渣厚度超標(biāo)是由于清孔不干凈或未進(jìn)行二次清孔，泥漿比重過小或混凝土注入量不足而難于將沉渣浮起，鋼筋籠吊放過程中，未對(duì)準(zhǔn)孔位而碰撞孔壁使泥土坍落樁底，清孔后，待灌時(shí)間過長(zhǎng)，致使泥漿沉積[10]。

由技術(shù)因素產(chǎn)生的問題:

1)孔壁泥皮過厚大致是由于鉆進(jìn)時(shí)間太長(zhǎng)或者是泥漿比重太大[11];

2)導(dǎo)管堵塞是由于初灌時(shí)，隔水栓堵管。混凝土和易性、流動(dòng)性差造成離析?；炷林写止橇狭竭^大。鋼筋籠吊裝時(shí)，彎折變形。各種機(jī)械故障引起混凝土澆筑不連續(xù)，在導(dǎo)管中停留時(shí)間過長(zhǎng)而卡管。導(dǎo)管進(jìn)水造成混凝土離析;

3)鋼筋籠上浮大致是由于混凝土流動(dòng)性過小，導(dǎo)管在混凝土中埋置深度過大，鋼筋籠被混凝土拖頂上升;

4)樁端持力層誤判是由于地勘單位技術(shù)員對(duì)地質(zhì)的認(rèn)識(shí)不夠或者施工技術(shù)員對(duì)施工進(jìn)尺的速度把握不足[12]。

2.3 灌注樁施工常見問題的控制與防治措施

成孔灌注樁在不同的項(xiàng)目具有不一樣的問題出現(xiàn)，根據(jù)上文對(duì)各類問題原因的分析，應(yīng)建立灌注樁施工項(xiàng)目質(zhì)量控制體系，項(xiàng)目管理科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、制度化和規(guī)范化的規(guī)則。為了保證灌注樁施工質(zhì)量，應(yīng)從施工規(guī)劃、施工準(zhǔn)備、施工過程一直到驗(yàn)收的全過程，建立一套科學(xué)、規(guī)范、高效的質(zhì)量控制組織，其具體流程詳見圖2。

在組織中明確相關(guān)職能部門、相關(guān)人員的工作任務(wù)、權(quán)利和承擔(dān)的責(zé)任，對(duì)每項(xiàng)質(zhì)量控制工作都要建立控制工作目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)程序，對(duì)工序控制要有詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書，對(duì)質(zhì)量檢驗(yàn)要規(guī)定質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、辦法。對(duì)質(zhì)量實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，信息處理、信息反饋要及時(shí)準(zhǔn)確，并依照規(guī)范不斷改進(jìn)工作。使各項(xiàng)質(zhì)量控制工作能夠做到相互銜接、相互協(xié)調(diào)。

成孔灌注樁作為建、構(gòu)筑工程中的一個(gè)重要部分，其質(zhì)量如控制得不好，則可能造成較大的損失和影響。因此，針對(duì)上述分析的各類施工問題，在施工過程中應(yīng)著重做好以下幾項(xiàng)相應(yīng)的防治措施。

圖2 施工質(zhì)量控制圖

防治塌孔現(xiàn)象發(fā)生的措施:松散易坍的土層中，可采用埋深護(hù)筒，使用優(yōu)質(zhì)的泥漿，提高泥漿的比重和粘度。防止鋼筋籠變形，安放準(zhǔn)確，避免碰撞孔壁，加快焊接鋼筋籠，盡可能縮短沉放時(shí)間。成孔后，在保證施工質(zhì)量的情況下，盡量縮短灌注時(shí)間。

防治成孔后孔體縮頸發(fā)生的措施:加快成孔速度，減少孔壁變形時(shí)間，盡快澆筑混凝土。成孔過程中，隨時(shí)檢查成孔的變化情況，如果發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)重新進(jìn)行掃孔。成孔后，若未發(fā)生縮頸，應(yīng)立即安裝鋼筋籠，快速澆筑混凝土。

防治卡鉆發(fā)生的措施:充分研究地質(zhì)報(bào)告，在施工過程中密切注意地層變化。制作鉆頭時(shí)應(yīng)注意鉆筒尺寸，同時(shí)應(yīng)保證鉆頭掛勾有效，避免意外脫勾。避免因鉆機(jī)出現(xiàn)故障而造成長(zhǎng)時(shí)間停鉆。

處理掉鉆的措施:孔壁出現(xiàn)局部坍塌將鉆頭埋沒且大部分鉆孔壁處于穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)先加大孔內(nèi)泥漿的濃度，將旋轉(zhuǎn)鉆頭放入安全的深度范圍攪動(dòng)泥漿以加強(qiáng)鉆孔壁，然后清除鉆頭上的沉積土和淤泥，打撈鉆頭。

防治樁位平面偏差發(fā)生的措施:樁位測(cè)放完畢后，應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)和檢驗(yàn)，確保每根樁的位置準(zhǔn)確無誤。

防治成孔后孔體傾斜發(fā)生的措施:施工前進(jìn)行場(chǎng)地整平，樁機(jī)就位安裝時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，調(diào)整鉆桿垂直度，并在鉆孔過程中經(jīng)常檢查垂直度，始終保持垂直度，清除障礙物等。

防治斷樁發(fā)生的措施:加強(qiáng)管理、加強(qiáng)責(zé)任心，仔細(xì)探測(cè)混凝土面后再進(jìn)行提升拆卸導(dǎo)管。加強(qiáng)混凝土澆灌工作的管理。

防治沉渣厚度超標(biāo)發(fā)生的措施:及時(shí)清孔，保證清孔質(zhì)量滿足規(guī)范要求，及時(shí)灌注混凝土。

防治孔壁泥皮過厚發(fā)生的措施:加快成孔速度，減少泥皮沉積時(shí)間。在允許條件下，降低泥漿比重。

防治導(dǎo)管堵塞發(fā)生的措施:使用直徑與導(dǎo)管內(nèi)徑相配的隔水栓，并具有良好的隔水性。鋼筋籠箍筋間距不能過大，箍筋與主筋焊接牢固。灌注混凝土?xí)r，加強(qiáng)對(duì)混凝土攪拌時(shí)間和混凝土坍落度的控制。水下混凝土必須具備良好的和易性，粗骨料的最大粒徑滿足規(guī)范要求。確保導(dǎo)管連接部位的密封性，避免導(dǎo)管進(jìn)水?；炷翝仓^程，應(yīng)緩緩倒入漏斗的導(dǎo)管，避免在導(dǎo)管內(nèi)形成高壓氣。

防治鋼筋籠上浮的措施:施工前應(yīng)仔細(xì)檢查、檢修灌注樁機(jī)械并準(zhǔn)備備用機(jī)械，施工中加強(qiáng)管理與協(xié)調(diào)，采取科學(xué)的施工方案，并制定切實(shí)可行的備用方案，嚴(yán)格按照操作規(guī)程施工，同時(shí)提高施工速度。

防治樁端持力層誤判發(fā)生的措施:樁端持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖的樁，判定巖層界面難度較大，可采用以地質(zhì)資料的深度為基礎(chǔ)，結(jié)合鉆機(jī)的受力、主動(dòng)鉆桿的抖動(dòng)情況和孔口撈樣進(jìn)行綜合判定，必要時(shí)進(jìn)行原位取芯驗(yàn)證。

3 結(jié)語

成孔灌注樁的施工屬于不可見工程，加之市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，加強(qiáng)和改進(jìn)灌注樁施工質(zhì)量控制與防治逐漸成為必要趨勢(shì)。

要實(shí)現(xiàn)質(zhì)量提高的目的就必須通過對(duì)項(xiàng)目施工事前控制包括地質(zhì)情況的詳細(xì)調(diào)查，場(chǎng)地歷史地貌與施工情況、施工設(shè)備準(zhǔn)備情況以及現(xiàn)有場(chǎng)地的清理工作等等，并在施工前應(yīng)做好施工組織設(shè)計(jì)，全面考慮施工過程中可能出現(xiàn)的各種問題，并制定好相應(yīng)的處理辦法，做好應(yīng)急預(yù)案。施工工程中結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)工序不斷優(yōu)化，對(duì)施工方法不斷提高，施工細(xì)節(jié)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定，合理安排進(jìn)度，做好工序間的銜接工作。施工結(jié)束后進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)與檢驗(yàn)，項(xiàng)目資料及時(shí)整理、存檔，便于后期不斷的總結(jié)控制技巧及出現(xiàn)問題后能夠明確責(zé)任。

[1] 張 雁，劉金波.樁基手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 蔣建平.灌注樁施工事故實(shí)例及綜合分析[J].施工技術(shù)，2006，35(11):51-55.

[4] ALAMGIR M，MJURA N，POOROOSHASB H B.Deformation analysis of soft ground reinforced by columnar inclusions[J].Computers and Geotechnics，1996，18(4):267-290.

[5] 劉金礪，劉金波.水下干作業(yè)復(fù)合灌注樁試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2001，23(5):536-539.

[6] 賈 強(qiáng)，應(yīng)惠清.空氣幕、套管內(nèi)干取土沉管灌注樁的試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2004，12(38):13-18.

[7] 嚴(yán)建峰.BARAKI體育場(chǎng)58 m長(zhǎng)旋挖成孔灌注樁施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2010，39(11):61-63.

[8] 張明義，劉俊偉.砂土—風(fēng)化巖地基中鉆孔灌注樁抗拔承載力時(shí)效性研究[J].巖土力學(xué)，2008，29(11):3153-3156.

[9] 孫學(xué)先，張 慧，田 明.多年凍土區(qū)灌注樁豎向抗拔承載力試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2007，28(10):2110-2114.

[10] 李典慶，鄢麗麗.考慮樁底沉渣的灌注樁可靠度分析方法[J].巖土力學(xué)，2008，29(1):155-160.

[11] 熊茂平.泥漿性能對(duì)超深大直徑灌注樁成孔效率與成樁質(zhì)量的分析[J].施工技術(shù)，2005，34(1):37-39.

[12] 袁 振，陳錦劍，王建華.樁端條件對(duì)灌注樁荷載傳遞特性的影響[J].巖土力學(xué)，2006，27(8):1398-1402.