楊元意， 高燕

某建筑工地基樁工程質(zhì)量事故分析

楊元意1,2， 高燕1

(1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 四川德陽618000；2.成都理工大學(xué)材料化學(xué)與化工學(xué)院， 成都610059)

某建筑工地在澆筑混凝土基樁時產(chǎn)生了嚴(yán)重的質(zhì)量問題，出現(xiàn)了部分樁體產(chǎn)生嚴(yán)重離析、分層甚至沒有強(qiáng)度等問題。針對該混凝土基樁取芯樣品產(chǎn)生的問題進(jìn)行了分類整理分析，并對取芯樣品強(qiáng)度、細(xì)集料、粗集料、地下水、水泥等組成材料進(jìn)行試驗檢測與分析，并按施工條件設(shè)計了實驗室內(nèi)模擬實驗，對事故原因進(jìn)行了分析解釋。試驗結(jié)果顯示：混凝土取芯樣品強(qiáng)度偏低，各組成材料及地下水均滿足要求，模擬實驗結(jié)果證實造成混凝土基樁質(zhì)量問題的主要原因是由于地下水未排干、未下導(dǎo)管并振搗所致。

基樁；取芯；混凝土；事故分析

引言

自研制出水下混凝土以來，隨著建筑工程的迅速發(fā)展，水下混凝土在橋梁工程、高層建筑、公路施工中的應(yīng)用更加廣泛，尤其是作為橋梁施工、高層建筑地下工程的樁基礎(chǔ)，水下混凝土已成為其質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-3]。水下混凝土澆筑樁在我國的研究還處于開始階段，技術(shù)水平比較低，而且其設(shè)計和施工工藝在一定程度上仍參照地上普通混凝土灌注樁的設(shè)計和施工工藝，在材料選擇、配合比設(shè)計和施工工藝上還存在著許多不足[4-5]。

澆筑水下混凝土如灌注樁是保證建筑工程安全和質(zhì)量的關(guān)鍵施工工序[6-7]，四川某建筑工地17號樓在澆筑C30混凝土基樁時出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)量問題，通過低應(yīng)變和混凝土取芯發(fā)現(xiàn)樁體強(qiáng)度不夠，部分樁體產(chǎn)生嚴(yán)重離析、分層甚至沒有強(qiáng)度等問題，由于作業(yè)過程中操作的不規(guī)范和現(xiàn)場部分資料保存不完整，而無法找到造成事故的原因成為困擾施工企業(yè)和商混公司的一大難題[8]，本文針對該工地混凝土基樁取芯樣品及混凝土材料性能等方面展開了試驗檢測與分析，并推測出該工程產(chǎn)生問題的原因，這對于指導(dǎo)今后基樁施工作業(yè)和為避免此類事故的再次發(fā)生，以及逆向分析事故原因具有重要參考意義。

1 工程中基樁質(zhì)量統(tǒng)計分析

通過對相關(guān)工程取芯檢測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和歸類發(fā)現(xiàn)，17號樓樁基礎(chǔ)出現(xiàn)工程質(zhì)量的混凝土樁情況大致分為四大類，分別見下表1 ～表4 ，可知該樓基樁質(zhì)量問題較為嚴(yán)重和復(fù)雜。

表1 第一類基樁混凝土質(zhì)量情況

表2 第二類基樁混凝土質(zhì)量情況

表3 第三類基樁混凝土全部松散、無膠結(jié)能力

表4 第四類基樁混凝土的特殊質(zhì)量情況

由表1 ～表4 可知，17號樓基樁工程統(tǒng)計出33根存在質(zhì)量問題的基樁，主要出現(xiàn)的問題有：(1)上部質(zhì)量合格，中部混凝土材質(zhì)不均勻，底部出現(xiàn)嚴(yán)重的松散。(2)整個樁體均出現(xiàn)了無膠結(jié)和松散狀態(tài)。(3)上部質(zhì)量合格，下部松散。(4)無規(guī)律性的質(zhì)量問題。其中，表現(xiàn)為第一類型質(zhì)量情況的有13根樁，所占比例為39.4%；出現(xiàn)第二類型質(zhì)量情況的有7根樁，所占比例為21.2%；出現(xiàn)第三類型質(zhì)量情況的有7根樁，所占比例為21.2%；出現(xiàn)第四類質(zhì)量情況的有6根樁，所占比例為18.2%。第一類、第二類和第四類中的部分樁基質(zhì)量情況類似，均屬于上中部強(qiáng)度高，下部強(qiáng)度低、松散無膠結(jié)能力。該基樁工程出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)量問題，并且表現(xiàn)出了不規(guī)律性，為事故原因分析造成了很大的難度。

2 試驗及結(jié)果分析

對現(xiàn)場部分較完好的樁體進(jìn)行取芯作業(yè)，樣品如圖1 所示，從外觀上判斷，取芯樣品大小不均一，多數(shù)出現(xiàn)破損或者破碎，說明該混凝土在取芯過程中容易斷裂，初步判斷該混凝土樁取芯樣品強(qiáng)度偏低，并取得相應(yīng)的混凝土施工配合比和組成材料，以及相關(guān)地下水進(jìn)行配漿試驗(表5 )。

圖1 現(xiàn)場取芯材料

表5 施工試驗配合比

2.1 取芯樣品抗壓強(qiáng)度試驗

參照建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[9]，將從現(xiàn)場取芯的混凝土芯樣加工為長徑比為1∶1的圓柱體，并使用萬能試驗機(jī)進(jìn)行壓縮實驗，結(jié)果見表6 ，由試驗數(shù)據(jù)可知混凝土基樁取芯樣品除2號試件外，強(qiáng)度值均較混凝土C30標(biāo)號值偏低，說明問題基樁上部外觀完好的部分質(zhì)量仍然難以達(dá)到要求，這與無損檢測結(jié)果保持一致。

表6 應(yīng)力-應(yīng)變試驗結(jié)果

2.2 混凝土組成材料試驗檢測

為了充分判斷混凝土質(zhì)量問題的根源，從材料科學(xué)的角度出發(fā)對混凝土各組成材料：水泥、粉煤灰、細(xì)集料、粗集料和外加劑進(jìn)行檢測和分析。

混凝土中水泥(P·O42.5R)質(zhì)量檢測報告見表7 ，可知該水泥中三氧化硫和燒失量指標(biāo)均符合通用硅酸鹽水泥[10]的要求。粉煤灰質(zhì)量檢測報告見表8 ，可知所用粉煤灰除燒失量超過Ⅰ級粉煤灰的燒失量要求外，其它指標(biāo)滿足要求?；炷了眉?xì)集料和粗集料檢測結(jié)果見表9 和表10 ，可知其均滿足國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。通過以上實驗結(jié)果可知，粉煤灰、砂、石滿足國家標(biāo)準(zhǔn)使用要求，水泥的燒失量和三氧化硫含量略微超標(biāo)，但并不是夠成混凝土不凝固的主因。

表7 水泥的化學(xué)指標(biāo)檢測

表8 粉煤灰的化學(xué)組分檢測

表9 砂中有害物質(zhì)檢測

表10 石中有害物質(zhì)檢測

為了判斷是否存在誤用粉煤灰為水泥進(jìn)行配漿，通過對比部分取芯樣中的各化學(xué)組成(表11 )，發(fā)現(xiàn)8#和9#芯樣中CaO含量小于水泥中CaO含量，大于粉煤灰、砂、石中的CaO含量；8#和9#芯樣中SiO2含量小于砂、石中SiO2含量，大于粉煤灰、水泥中的SiO2含量。9#樣中的CaO和SiO2含量組成可從側(cè)面證明：17號樓61#樁5 m處未凝結(jié)芯樣和4.5 m處凝結(jié)芯樣中均存在水泥，將粉煤灰誤用為水泥的可能性不存在。綜述所述粉煤灰、砂、石滿足國家標(biāo)準(zhǔn)使用要求，水泥的燒失量和SO3含量略微超標(biāo)，從而排除了粉煤灰誤用為水泥的情況發(fā)生。

表11 芯樣與原料中CaO和SiO2的對比表

2.3 地下水檢測試驗

2.3 .1化學(xué)成分分析

施工環(huán)境地下水化學(xué)成分檢測結(jié)果見表12 ，可知除pH值項目以外均達(dá)到地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14848-93)Ⅲ類水域標(biāo)準(zhǔn)值，并可知該地下水成弱堿性。

2.3 .2地下水對水泥性能的影響

根據(jù)混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)(JGJ63-2006)，分別檢測地下水作為拌合用水和養(yǎng)護(hù)用水對水泥性能的影響。

2.3 .2.1地下水作為拌合用水對水泥性能的影響

(1)對水泥強(qiáng)度的影響

表12 地表水監(jiān)測結(jié)果

分別采用地下水和自來水作為拌合用水進(jìn)行水泥強(qiáng)度對比試驗，試驗配比及檢測結(jié)果見表1 3。

表1 3地下水對水泥強(qiáng)度的影響

注：水泥(P·O42.5R，廠家)

(2)對水泥凝結(jié)時間的影響

分別采用地下水和自來水作為拌合用水進(jìn)行水泥凝結(jié)時間對比試驗，試驗配比及檢測結(jié)果見表1 4。

表1 4地下水對水泥凝結(jié)時間的影響

2.3 .2.2地下水作為養(yǎng)護(hù)用水對水泥性能的影響

采用自來水作為拌合用水，拌制水泥凈漿，帶模養(yǎng)護(hù)24 h后，脫模分別在自來水和地下水中養(yǎng)護(hù)，3 d后測試水泥凈漿強(qiáng)度，配比及測試結(jié)果見表1 5。

表1 5地下水對水泥強(qiáng)度的影響

試驗結(jié)果表明：地下水作為拌合用水對水泥強(qiáng)度和凝結(jié)時間基本無影響，地下水作為養(yǎng)護(hù)用水對水泥強(qiáng)度也基本無影響，可以排除是由地下水造成的混凝土基樁質(zhì)量問題。

2.4 實驗室模擬試驗

過通施工單位提供的現(xiàn)場施工過程描述即存在不同深處地下水未能抽干、未嚴(yán)格參照標(biāo)準(zhǔn)要求下入導(dǎo)管、澆筑后部分混凝土進(jìn)行了振搗等問題，首先根據(jù)現(xiàn)場混凝土澆筑方式制定了實驗室混凝土模擬方案并進(jìn)行了試驗，具體試驗方案見表1 6，按配比拌制混凝土，然后將混凝土分別裝入下部積水高度不同的PVC管中，進(jìn)行模擬試驗，混凝土成型時和12 d拆模時的凝結(jié)硬化現(xiàn)象分別如圖2 和圖3 所示，并對各編號試驗結(jié)果進(jìn)行闡述和歸類(表1 7)。

表1 6模擬實驗

圖2 混凝土成型時混凝土凝結(jié)硬化現(xiàn)象

圖3 齡期12 d拆模時混凝土的凝結(jié)硬化現(xiàn)象

綜上所述，施工過程中的積水深度對混凝土的凝結(jié)硬化影響較大，積水深度越大，混凝土下部無凝結(jié)、松散的現(xiàn)象越嚴(yán)重；在積水深度較小的情況下，插搗對混凝土的性能影響較小，積水深度大的情況下，插搗易造成混凝土的分層，出現(xiàn)浮漿。實驗結(jié)果顯示：模擬實驗結(jié)果和現(xiàn)場取芯樣品結(jié)果基本保持一致，均出現(xiàn)了不同程度的松散、強(qiáng)度偏低、上下部位具有明顯差異等問題。從而進(jìn)行合理推測，該工地產(chǎn)生基樁問題的主要原因是由于地下水未能嚴(yán)格抽干，未按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格下導(dǎo)管并進(jìn)行振搗造成的。

3 結(jié)論

(1)通過混凝土取芯力學(xué)實驗結(jié)果顯示，現(xiàn)場芯樣強(qiáng)度達(dá)不到C30標(biāo)號，并且出現(xiàn)了嚴(yán)重的力學(xué)問題。

(2)通過混凝土集料化學(xué)分析顯示，粉煤灰、砂、石滿足國家標(biāo)準(zhǔn)使用要求，石中硫含量及各項其他指標(biāo)均滿足要求，水泥的燒失量和SO3含量略微超標(biāo)，粉煤灰誤用為水泥的可能性不存在。

表1 7積水深度對混凝土性能的影響

(3)地下水作為拌合用水對水泥強(qiáng)度和凝結(jié)時間基本無影響，地下水作為養(yǎng)護(hù)用水對水泥強(qiáng)度也基本無影響。

(4)施工過程中的積水深度對混凝土的凝結(jié)硬化影響很大，地層積水的存在使得混凝土下部無凝結(jié)、松散的現(xiàn)象越嚴(yán)重；并且在積水深度較小的情況下插搗對混凝土的性能影響較小，但積水深度較大的情況下插搗易造成混凝土的分層，上部出現(xiàn)浮漿層，積水深度和插倒對混凝土質(zhì)量影響顯著。

通過合理的推測，該工地產(chǎn)生基樁問題的主要原因是由于地下水未能嚴(yán)格抽干，以及未按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格下導(dǎo)管并進(jìn)行了振搗造成的。

[1]陳迎明.提高水下混凝土灌注樁強(qiáng)度的試驗研究與應(yīng)用.長沙:中南大學(xué),2003.

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[9]JG J106-2003,建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范.

[10]GB175-2007,通用硅酸鹽水泥.

Analysis of Constructional Foundation Pile Engineering Accident

YANGYuanyi1,2,GAOYan1

(1.Sichuan College of Architectural Technology, Deyang 618000, China;2.College of Materials and Chemistry & Chemical Engieering, Chendu University of Technology, Chengdu 610059, China)

A constructional foundation pile engineering accident in Sichuan province was analyzed in study which was focused on the core sample of the concrete pile and the constituent materials of concrete. The data was analyzed and settled in this script. The compressive strength, coarse and fine aggregate, underground water and cement were tested and analyzed. A simulation experiment was also designed and carried out to elaborate the accident. The result showed that the compressive strength of concrete was low and the material of concrete was under request. The reason of the accident was the underground water could not be swab-off without conduit pipe. The cause of the engineering accident was researched and elaborated which was an important reference and guidance to avoid engineering problem of concrete pile.

foundation pile; core sample; concrete; accident analysis

2016-10-17

楊元意(1989-)，男，四川自貢人，講師，博士生，主要從事建筑材料方面的研究，(E-mail)443745846@qq.com

1673-1549(2017)01-0070-05

10.11863/j.suse.2017.01.13

TU473.1

A