謝建敏

(福建省地質(zhì)工程公司 福建福州 350002)

1 緒論

由于灌注樁具有應(yīng)用范圍廣、單樁承載力高等鮮明特點，所以得到了建筑界人士的青睞，隨著城市化建設(shè)的高速發(fā)展，建筑已從多層向高層過度，特別是近十年來，大中城市的建筑均以十層以上為主，建筑的基礎(chǔ)形式80%是樁基。在國內(nèi)外，它廣泛應(yīng)用在工業(yè)與民用建筑、橋梁、港口碼頭、水利工程等，在城市建設(shè)中發(fā)揮了愈來愈大的作用[1]。

人工挖孔灌注樁先于1893年在美國問世，至今適逾110多年，在20世紀(jì)40年代初隨著大功率鉆孔機具的研制成功首先在美國問世，二戰(zhàn)后，世界各地特別是歐美發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇與發(fā)展，時至今日，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異發(fā)展，鉆孔灌注樁在高層、超高層的建筑物和重型構(gòu)筑物中被廣泛應(yīng)用。當(dāng)然，在我國，鉆孔灌注樁設(shè)計及施工水平也得到了長足的發(fā)展。我國應(yīng)用大直徑灌注樁始于20世紀(jì)60年代初，當(dāng)時先在南京、上海、天津等地作為橋梁和港工建筑基礎(chǔ)，自70年代中期后又陸續(xù)在廣州、深圳、北京、上海、廈門等大城市應(yīng)用于高層和重型建(構(gòu))筑物，至80年代末90年代初，隨著改革開放步伐加快，大直徑灌注樁迅猛發(fā)展[1]。

灌注樁由于是在地下或水下開孔灌注成樁，故樁身質(zhì)量畢竟不可能象預(yù)制樁那樣穩(wěn)定而可靠[1]。

沖孔灌注樁是灌注樁的一種，沖孔灌注樁的設(shè)備相對比較簡單，操作方便，是靠起拉樁錘而產(chǎn)生的自重和重力加速度在施工現(xiàn)場樁位上進(jìn)行沖孔，并用泥漿護(hù)壁成孔，然后進(jìn)行鋼筋籠制安，再進(jìn)行灌注混凝土而成。

優(yōu)點是:對鄰近建筑物及周圍環(huán)境的有害影響小;適用于各種地質(zhì)條件和不同規(guī)模的建筑物、樁長、樁徑選擇范圍大，樁長易控制;樁端可進(jìn)入持力層或嵌入巖層;采用大直徑樁時，單樁承載力高;水平可受力較大，在橋梁、水工和房屋建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。

缺點是:灌注樁成孔工藝較復(fù)雜，操作要求較嚴(yán)，易發(fā)生質(zhì)量事故，且技術(shù)間隔時間長，不能立即承受荷載，冬季施工困難較多。

沖孔灌注樁的主要控制參數(shù)有:樁徑、樁端持力層、鋼筋籠制作與安裝、沉渣厚度、樁身砼強度、砼充盈系數(shù)、有效樁長等等。

充盈系數(shù)灌注樁的混凝土充盈系數(shù)是指一根樁實際灌注的混凝土方量與按設(shè)計樁徑計算的樁身體積之比。

充盈系數(shù)作為灌注樁的重要指標(biāo)之一，其大小的控制對于建設(shè)單位、設(shè)計單位和施工單位具有重要的指導(dǎo)意義。

本文就沖孔灌注樁實踐中遇到的充盈系數(shù)問題進(jìn)行如下內(nèi)容的分析研究:(1)沖孔灌注樁充盈系數(shù)計算方法的分析與理解。(2)列舉施工現(xiàn)場采集的圖片，探討沖孔灌注樁充盈系數(shù)的控制方法和預(yù)防措施。

(3)結(jié)合施工現(xiàn)場經(jīng)驗探討沖孔灌注樁充盈系數(shù)的檢測方法。

2 沖孔灌注樁充盈系數(shù)的分析與理解

2.1 規(guī)范中的充盈系數(shù)及計算方法

在JGJ94－2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[2]中規(guī)定，壓灌樁的充盈系數(shù)宜為1.0～1.2;沉管灌注樁的充盈系數(shù)不得小于1.0。對充盈系數(shù)小于1.0的樁，應(yīng)全長復(fù)打。泥漿護(hù)壁成孔灌注樁的混凝土充盈系數(shù)不得小于1。不管何種樁，其最終充盈系數(shù)必須大于1。

現(xiàn)行的大部分設(shè)計圖紙所要求的灌注樁的混凝土充盈系數(shù)為≥1.10。

根據(jù)現(xiàn)行的樁基施工規(guī)范，充盈系數(shù)是灌注樁比較重要的一個指標(biāo)要求之一。

如(圖1)所示

充盈系數(shù)的計算公式為:

灌注樁的混凝土充盈系數(shù)=灌注樁身砼的混凝土實際方量÷樁身的理論體積

其中:

灌注樁身砼的混凝土實際方量=灌注完成施工樁長L所用的混凝土實際方量

樁身的理論體積=π×D×D×L(實際灌注的混凝土方量所充盈的樁身長度)÷4

圖1 沖孔灌注樁樁身剖面圖

2.2 提高充盈系數(shù)計算精度的保證措施

根據(jù)充盈系數(shù)的計算公式，為了確保充盈系數(shù)計算的精確度，在實際操作中過程中可采用下列方法和措施:

(1)體積計算公式的參數(shù)之一(兩個樁身長度)應(yīng)該一致:即實際灌注的混凝土方量所充盈的樁身長度與計算樁身的理論體積中的樁身長度應(yīng)該一致。

根據(jù)現(xiàn)場實際操作經(jīng)驗，當(dāng)?shù)叵率铱湛咨疃容^大的時候所測量的“實際樁頂標(biāo)高(含砼超灌高度)”誤差較大，則所計算的砼充盈系數(shù)是不準(zhǔn)確的;

在混凝土未凝固之前，混凝土是處于液態(tài)的，此時在灌注樁身砼過程中所測量的混凝土面的得到的數(shù)據(jù)往往誤差較大。為了提高測量精度，減少誤差可采取改進(jìn)測量工具的方法來測量。

①在灌注過程中當(dāng)空孔孔深較大的情況下，采取帶有刻度標(biāo)志測量繩，下部綁好測錘(測錘的底面積及重量以能穿過孔內(nèi)濃泥漿并能過浮于液態(tài)混凝土表面為宜)進(jìn)行測量，當(dāng)所施工的樁徑較大時，應(yīng)在孔內(nèi)不同位置多測幾次然后對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理。

②在灌注過程中當(dāng)空孔孔深較小(約＜8m)的情況下，可采取用DN20的鋼管(鋼管上做好刻度標(biāo)志)，在其底部制作一個打撈筒，對孔內(nèi)的混凝土表面進(jìn)行打撈驗證實際混凝土面的的深度。

③在樁身混凝土灌注完成后，待混凝土終凝后，向孔內(nèi)插入標(biāo)桿直到樁頂混凝土表面，可采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行最終的混凝土表面埋深進(jìn)行精確測量。

“實際灌注的混凝土方量”=現(xiàn)場灌注砼澆筑至實際樁頂標(biāo)高(含砼超灌高度)時所用的混凝土方量。

(2)規(guī)范中所提到的充盈系數(shù)中的實際混凝土方量沒有包括樁身砼中的鋼筋籠體積。

當(dāng)設(shè)計樁型為錨樁或者圍護(hù)樁的時候，每立方混凝土中的鋼筋含量很多會達(dá)到或者超過200Kg/m3，以每立方米的樁身砼(2400 kg/m3)來分析一下，其中的實際砼用量僅需要2200Kg，那么當(dāng)實際樁徑與理論樁徑均一致的情況下，按照充盈系數(shù)的規(guī)范體積計算公式，其充盈系數(shù)為2200÷2400=0.917，大大小于1，明顯達(dá)不到“不管何種樁，其最終充盈系數(shù)必須大于1”。這樣的樁很容易就產(chǎn)生了爭議。

(3)當(dāng)一根樁的孔內(nèi)同時出現(xiàn)坍孔與縮徑兩種情況的時候，如果其樁身砼的最終充盈系數(shù)等于1時，那么這根樁實際上也是屬于有問題的樁的。

針對該情況，在實際施工過程中應(yīng)加強充盈系數(shù)的測量和計算頻率，采用分段計算的方法來記錄實際的樁身混凝土充盈系數(shù)。

2.3 充盈系數(shù)的控制方法

充盈系數(shù)的大小是關(guān)系到灌注樁的施工成本和樁身質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。按照目前大部分設(shè)計圖紙要求，充盈系數(shù)宜≥1.10;而現(xiàn)行的定額含量中的充盈系數(shù)為1.204[3];現(xiàn)行的 JGJ94－2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[2]中規(guī)定，泥漿護(hù)壁成孔灌注樁的混凝土充盈系數(shù)不得小于1。

在實際施工過程中，由于巖土地層特性的差異以及施工隊伍水平的參差不齊，沖孔灌注樁在成樁后的實際充盈系數(shù)往往與設(shè)計或規(guī)范要求相差較大。(圖2、圖3)為在施工過程中出現(xiàn)的孔內(nèi)坍塌和漏漿情況;(圖4～圖7)沖孔灌注樁周邊土方開挖后露出的樁頭的情況。

圖2 孔內(nèi)坍塌

圖3 孔內(nèi)漏漿

圖4 地下室土方開挖后露出的樁頭

圖5 充盈系數(shù)偏小，出現(xiàn)露筋

圖6 裸露的樁身外徑大小不一

圖7 裸露的樁身外徑大小不一

作為施工單位，在確保工程質(zhì)量、滿足設(shè)計要求的前提下，采取相應(yīng)措施，降低灌注樁砼灌注充盈系數(shù)，對節(jié)約混凝土用量，降低工程施工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義。

根據(jù)施工現(xiàn)場實際操作經(jīng)驗，充盈系數(shù)的預(yù)防措施主要有:

(1)通過試成孔，優(yōu)化樁錘直徑。開工前分析巖土勘察報告所描述的地層，根據(jù)設(shè)計圖紙，首先采用比設(shè)計樁徑相差±2cm的樁錘進(jìn)行試成孔，通過試成孔來掌握每個地層的充盈系數(shù)，而后適當(dāng)調(diào)整錘頭直徑以滿足設(shè)計及施工規(guī)范的要求，再進(jìn)行大面積施工。

(2)優(yōu)質(zhì)的泥漿是順利成孔的關(guān)鍵。在成孔過程中應(yīng)根據(jù)各段地層的巖土特性實時調(diào)整孔內(nèi)護(hù)壁泥漿的性能。沖孔過程中泥漿性能指標(biāo)詳見(表1)。

表1 沖孔過程中泥漿性能指標(biāo)

(3)成孔過程中應(yīng)嚴(yán)格控制成孔垂直度(＜1%)。因垂直度偏差過大而進(jìn)行的糾偏勢必造成充盈系數(shù)的加大。在成孔過程中應(yīng)經(jīng)常提升樁錘頭，并在提升的過程中嚴(yán)密監(jiān)測懸掛樁錘的鋼絲繩是否明顯偏離樁孔的中心點，是否與天車及樁位中心始終保持在同一鉛錘線上，發(fā)現(xiàn)偏孔應(yīng)及時采取糾偏措施以防垂直度偏差過大。

(4)及時修復(fù)樁錘直徑，特別在嵌巖之前，應(yīng)提鉆檢查和修補樁錘直徑，以避免因樁錘磨損而造成充盈系數(shù)的減小。在入巖過程中，若發(fā)現(xiàn)樁錘磨損較大的情況下，除了在錘頭四周鑲焊耐磨鋼以外，還應(yīng)將樁孔內(nèi)用片石回填至樁孔縮徑起始點上方0.5m左右，以防止修補后的樁錘下入孔內(nèi)出現(xiàn)卡鉆。

(5)在施工過程中針對相鄰的樁，要根據(jù)相鄰樁樁距的大小，采取跳孔或隔孔等先后順序來施工，以避免相鄰樁因沖孔所產(chǎn)生的振動而造成樁身強度受損，或產(chǎn)生孔內(nèi)坍塌而造成充盈系數(shù)的加大。

(6)在遇到溶洞等特殊地層的情況下，應(yīng)事先結(jié)合勘察報告或采取超前鉆探，詳細(xì)記錄溶洞的頂、底埋深，采取全程埋設(shè)鋼護(hù)筒或回填、注漿封堵溶洞等措施，在不出現(xiàn)漏漿的情況下方可進(jìn)行沖孔施工。

(7)在樁身混凝土灌注過程中嚴(yán)格記錄并分析每個地層的充盈系數(shù)，而不是只計算總體的充盈系數(shù)。并借此分析數(shù)據(jù)來修正成孔過程的各項參數(shù)。(可參照上述“提高充盈系數(shù)計算精度的保證措施”中的計算方法)

2.4 充盈系數(shù)的檢測方法

在科技日新月異發(fā)展的當(dāng)今社會，隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速地發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，完全可以從增加工程投入的角度來測量沖孔灌注樁身中的充盈系數(shù):

(1)分段計量法。詳細(xì)測量并記錄每次灌入孔內(nèi)的混凝土數(shù)量以及孔內(nèi)混凝土面上升高度，再按照充盈系數(shù)的計算公式計算，該方法的精度取決于分段次數(shù)和測量精度，當(dāng)分段越細(xì)及測量精度越高，則所計算的砼充盈系數(shù)越準(zhǔn)確。該方法適用于混凝土澆筑施工記錄中的充盈系數(shù)數(shù)據(jù)。

(2)開挖測量法。在沖孔灌注樁成樁后，采用挖掘機等設(shè)備將沖孔灌注樁的四周的土方全部開挖，使整根樁裸露出來，然后進(jìn)行丈量其樁身直徑并驗證樁身充盈系數(shù)是否滿足設(shè)計及施工規(guī)范的要求。該方法一般只針對基坑支護(hù)樁在土方開挖后的一個觀感測量。

(3)儀器測量法?？煞譃槌蓸吨皽y量與成樁之后測量兩種檢測方法

①成樁之前測量。在每根的成孔之后，采用井徑儀進(jìn)行繪制單樁的孔徑曲線圖，通過孔徑曲線圖反應(yīng)的實際樁徑，結(jié)合實際混凝土灌注量來計算樁身砼充盈系數(shù)。該方法適用于沖孔灌注樁的成孔質(zhì)量檢測。

②成樁之后測量。在每根安放鋼筋籠的過程中下入至少兩根超聲波探測管，在成樁后采用超聲波探測可以測量出單樁的實際樁徑和樁身完整性，依此可以計算樁身砼充盈系數(shù)。該方法適用于沖孔灌注樁的樁身質(zhì)量檢測。

3 結(jié)論

通過對沖孔灌注樁充盈系數(shù)的計算方法的分析與理解，著重研究了提高充盈系數(shù)的計算精度的保證措施，列舉了沖孔灌注樁充盈系數(shù)的控制方法和檢測方法。得到以下主要結(jié)論。

(1)灌注樁在施工前應(yīng)認(rèn)真收集、熟識與之相關(guān)的地質(zhì)勘察報告，分析該勘察報告中所揭露的各個地層對灌注樁成樁過程中的充盈系數(shù)所產(chǎn)生的影響，制訂相關(guān)措施，編寫詳細(xì)周密的施工組織設(shè)計。

(2)充盈系數(shù)偏大，直接造成了混凝土材料的浪費;充盈系數(shù)偏小，又造成了成樁質(zhì)量上的缺陷。因此在成孔及成樁的過程中，必須嚴(yán)格采取有效措施，加強現(xiàn)場施工管理，使灌注樁的充盈系數(shù)完全滿足設(shè)計及規(guī)范要求。既要避免施工單位或建設(shè)單位由于充盈系數(shù)過大而造成經(jīng)濟(jì)損失，又要避免由于充盈系數(shù)過小造成灌注樁施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)而產(chǎn)生的補救費用。

[1?劉金礪，李大展，史偑棟，黃強.樁基工程設(shè)計與施工技術(shù)[C].中國建材工業(yè)出版社.1994.11:1－3.

[2]JGJ94－2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]FJYD－101－2005，福建省建筑工程消耗量定額[S]:上冊.122.