何永宏, 何 勇， 韓育成

(1.四川省第一建筑工程公司, 四川成都 610000; 2.四川華西房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)公司, 四川成都 610081)

鉆孔灌注樁樁底沉渣形成原因及壓漿處理案例分析

何永宏1, 何 勇2， 韓育成2

(1.四川省第一建筑工程公司, 四川成都 610000; 2.四川華西房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)公司, 四川成都 610081)

文章對(duì)鉆孔灌注樁樁底沉渣原因進(jìn)行了分析，并以具體案例為基礎(chǔ)提出了沉渣的處理措施，闡述了工藝步驟及檢測(cè)方法，為今后工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

灌注樁； 沉渣； 機(jī)理； 清洗； 灌漿； 檢驗(yàn)

鉆孔灌注樁雖然以承載力高、適應(yīng)性強(qiáng)、造價(jià)低等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于交通、水利和建筑等領(lǐng)域中，但由于工程場(chǎng)地地質(zhì)條件的復(fù)雜性和施工過(guò)程的不規(guī)范，使得鉆孔灌注樁在樁底部位常會(huì)產(chǎn)生沉渣缺陷，嚴(yán)重制約了鉆孔樁的使用。鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)的問(wèn)世，較好地解決了這些問(wèn)題，因此這一技術(shù)也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用和發(fā)展。

1 沉渣定義

當(dāng)使用正反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工時(shí)，被切削的巖土碎屑及松散的土層塌落的塊體與泥漿混合在一起，沉淀于孔底部，雖經(jīng)反循環(huán)清洗孔底，但仍未能全部清除殘留在孔底部的物體即為沉渣。常見(jiàn)的沉渣分為：(1)粒徑小，性能均勻的泥漿；(2)含砂率大，膠體性能差的泥漿；(3)粒徑大的沉淀物如泥塊、碎石塊、砂等。

JGJ 94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中6.3.9規(guī)定：鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度,灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度指標(biāo)應(yīng)符合下列規(guī)定：

(1)對(duì)端承型樁，不應(yīng)大于50 mm；

(2)對(duì)摩擦型樁，不應(yīng)大于100 mm；

(3)對(duì)抗拔、抗水平力樁，不應(yīng)大于200 mm。

2 旋挖灌注樁樁底沉渣原因分析

當(dāng)使用正反循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁施工時(shí)，被切削的巖土碎屑以及松散的土層塌落塊體與泥漿混合在一起，沉淀于孔底部，雖經(jīng)反循環(huán)清洗孔底，但仍未能全部清除而殘留在孔底部的物體即為沉渣。鉆孔灌注樁沉渣的成因主要有以下幾種。

2.1 清孔方式選擇不合理

鉆孔灌注樁樁底的泥屑通過(guò)循環(huán)泥漿液的方法被帶出樁孔，同時(shí)在孔壁形成保護(hù)層，起到護(hù)壁的作用。清孔方式選擇不合理，就不能起到攜帶泥渣的作用，進(jìn)而在孔底形成一層軟弱的沉渣層。

2.2 泥漿的密度不達(dá)標(biāo)

泥漿液的密度直接影響攜帶泥渣的能力。泥漿密度過(guò)低會(huì)出現(xiàn)出漿速度快，攜帶泥渣能力低；密度過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)出漿速度慢，泥渣有時(shí)間沉淀，也會(huì)降低攜渣能力。因此泥漿的密度不達(dá)標(biāo)會(huì)造成孔底沉渣殘留的現(xiàn)象。

2.3 鋼筋骨架和澆筑導(dǎo)管下放過(guò)程中觸壁導(dǎo)致孔壁坍塌

樁孔形成之后，孔壁土體的穩(wěn)定性較差，極易塌落。鋼筋骨架和澆筑導(dǎo)管在下放入孔的過(guò)程中，如果碰撞孔壁也會(huì)造成孔洞周?chē)馏w的塌落，在孔底形成沉渣。

2.4 各道工序之間銜接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)

各道工序之間銜接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致泥漿處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致泥漿沉淀，甚至出現(xiàn)踏孔現(xiàn)象。

2.5 混凝土首灌量不足

在施工中應(yīng)盡量增大混搭混泥土首灌量且保證后續(xù)混凝土澆筑的連續(xù)性，以增大混泥土對(duì)孔底剩余沉渣的沖擊力，使孔底沉渣在不斷沖擊下排除孔外。因此混凝土首灌量不足可能會(huì)導(dǎo)致孔底沉渣殘留。

3 壓漿加固作用機(jī)理

解決樁底沉渣過(guò)厚，導(dǎo)致基樁沉降大、承載力不足的問(wèn)題，必須盡量清除樁底絕大部分的軟弱沉渣(即清除大部分的顆粒殘?jiān)湍酀{)，用高強(qiáng)度膠結(jié)物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行置換和密實(shí)，使樁端持力層的端阻力得以發(fā)揮，從而讓基樁承載力得以充分實(shí)現(xiàn)。樁底清渣壓漿加固處理方法就是解決該問(wèn)題的較好方法，其作用機(jī)理為[4]：

(1)置換樁底軟弱沉渣。該方法通過(guò)在樁上成孔建立清渣注漿通道，清渣后，采用水泥漿液對(duì)樁端進(jìn)行深層壓力注漿，使?jié){液置換、擠壓、滲透、填充沉渣層及附近土體，在樁端形成具有較高強(qiáng)度的水泥土層，從而提高端承載力，減少樁基沉降量。

(2)樁周泥皮及縫隙得到了處理。采用樁底壓漿技術(shù)，通過(guò)高壓，水泥漿液可由樁底進(jìn)入樁四周的泥皮縫隙中，使樁周泥皮得到預(yù)壓處理，即通過(guò)滲透劈裂充填擠密的作用，對(duì)樁周泥皮置換和縫隙充填，漿液膠結(jié)后在樁周形成硬皮和脈狀結(jié)石體，改變了樁與樁周土體直接的摩擦系數(shù)，提高了樁的承載力。

(3)樁底混凝土的離析得到處理。樁底混凝土離析段粗骨料之間充填物為砂或泥巖雜質(zhì)，離析體粘結(jié)力差，承載力低。根據(jù)類(lèi)似工程的成功處理經(jīng)驗(yàn)，采用樁底清洗并壓漿的方法，一方面能清洗掉樁底泥沙等雜質(zhì)，保證沉渣得以清除；另一方面通過(guò)高壓注入高濃度水泥漿液，將樁底混凝土粗骨料固結(jié)，最終形成較高強(qiáng)度的混凝土結(jié)石體。

4 案例

4.1 工程概況

某項(xiàng)目的4號(hào)樓為26F高層住宅樓，2層地下室，剪力墻結(jié)構(gòu)，獨(dú)立承臺(tái)樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基樁采用旋挖成孔灌注樁。根據(jù)地勘報(bào)告，樁同土層自上而下依次為黏土、粉質(zhì)黏土、卵石、強(qiáng)風(fēng)化泥巖、中風(fēng)化泥巖。本工程灌注樁設(shè)計(jì)以中等風(fēng)化泥巖為樁端持力層，樁尖嵌入持力層深度1～1.2 m，樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk=4 000 kPa。樁底混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，共75根樁。

旋挖成孔灌注樁工藝施工完畢，但在進(jìn)行鉆芯檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有部分樁樁底沉渣厚度超過(guò)規(guī)范指標(biāo)，不能滿足設(shè)計(jì)要求，故需對(duì)該工程旋挖樁的樁底沉渣進(jìn)行壓漿加固處理。

4.2 壓漿處理方案

4.2.1 清渣注漿孔的設(shè)置

在樁上設(shè)置注漿孔(清渣注漿通道)。本工程旋挖樁樁徑800～1 200 mm，每樁設(shè)置2個(gè)注漿孔，布孔大致對(duì)稱(chēng)(圖1、圖2)。

4.2.2 樁底沉渣清洗

采用孔內(nèi)循環(huán)洗孔法進(jìn)行樁底沉渣清洗。將高壓水管接至其中一個(gè)孔口，用專(zhuān)業(yè)高壓泵注清水洗孔，洗孔時(shí)采用大流量低壓檔位，孔底沉渣通過(guò)其它孔冒出，當(dāng)孔口泛出清水時(shí)換至另一孔，每樁各孔輪流清洗，直到全部冒出清水為止。在一次沖洗后，采用高壓檔位用清水進(jìn)一步?jīng)_洗離析的沉渣部位，直到管口冒出清水。

4.2.3 壓力灌漿

清洗樁底完成后，開(kāi)始對(duì)樁底灌漿處理：

(1)漿材：本次灌漿漿材采用純水泥漿，水灰比0.4～0.5。水泥采用P042.5R普硅水泥。

(2)灌漿：采用專(zhuān)用高壓灌漿泵進(jìn)行壓漿先從一個(gè)孔中灌漿，灌漿時(shí)鋼管下至離孔底。在樁頂鋼管與孔壁之間采用栓塞封閉，同樁的其它孔暫時(shí)敞開(kāi)不封。采用低壓(壓力0.5～1.0 MPa)壓入水泥漿，清水會(huì)從同樁的其它孔被置換出來(lái)，直至孔口冒出濃度相當(dāng)?shù)乃酀{液時(shí)，用注漿逆止閥或止?jié){塞封閉冒漿孔。

封孔后進(jìn)行順壓式封閉灌注。加大灌注壓力，采用慢速高壓注漿，控制壓力不大于1.5 MPa，在壓力明顯增大時(shí)可結(jié)束注漿。若壓力持久不升高時(shí)，應(yīng)注意觀察周邊地表是否冒漿。當(dāng)樁周有冒漿現(xiàn)象時(shí)，穩(wěn)壓灌注3 min后可結(jié)束灌漿。

由于采用水灰比為0.4～0.5的高濃度水泥漿，最后在樁底處理段形成高強(qiáng)水泥結(jié)石體，消除了沉渣的影響，達(dá)到置換處理沉渣的目的。灌漿時(shí)，漿液也會(huì)隨樁側(cè)壁上竄，也增加了樁側(cè)摩擦阻力,從而達(dá)到良好的處理效果。

5 樁底沉渣處理效果檢驗(yàn)

灌注處理兩周后，可采取聲波透射試驗(yàn)和鉆芯取樣法對(duì)樁底沉渣處理效果進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。本工程采用鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)。利用鉆芯取樣鉆機(jī)，在原取芯孔和補(bǔ)強(qiáng)孔以外的位置另?yè)窨孜贿M(jìn)行鉆芯取樣，取出芯樣表明水泥漿面與樁底混凝土接觸良好，取出的樁底補(bǔ)強(qiáng)部位的水泥漿芯樣抗壓強(qiáng)度大于樁端中風(fēng)化泥巖的抗壓強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

減少孔底沉渣是一個(gè)系統(tǒng)的工程。從一次清孔開(kāi)始到混凝土開(kāi)始灌注為止，認(rèn)真操作其中的每一項(xiàng)工序，特別是針對(duì)沉渣形成的原因，采用合理有效的施工工藝和控制措置，加強(qiáng)施工檢測(cè)，就可以將孔底沉渣控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，確保混凝土灌注樁的施工質(zhì)量和承載力。

[1] 胡曉飛，顧立影，張朋. 鉆孔灌注樁樁底沉渣厚度分析及控制[J]. 建筑，2004(5):62.

[2] 馬露，王鈺軻，陳帥.鉆孔灌注樁樁底沉渣形成原因及預(yù)防措施[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊， 2016(26).

[3] 程立平.大直徑鉆孔灌注樁樁底沉渣超標(biāo)成因分析及補(bǔ)強(qiáng)處理[J].福建交通科技，2011(1)：64-66.

[4] 趙佩勝，于亮，王為.鉆孔灌注樁樁底沉渣壓漿處理技術(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2009, 5(1)： 129-132.

TU473.1+4

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[定稿日期]2017-07-04