砼灌注樁質(zhì)量監(jiān)督之探討
[摘要] 樁基礎(chǔ)作為建筑工程強制監(jiān)督內(nèi)容之一，是建筑工程質(zhì)量監(jiān)督的重中之重，由于樁基工程的隱蔽性，給質(zhì)量監(jiān)督帶來一定的難度，根據(jù)多年監(jiān)督樁基質(zhì)量的經(jīng)驗，本 文提出了樁基監(jiān)督的一些關(guān)鍵技術(shù)問題。[關(guān)鍵詞] 灌注樁 質(zhì)量監(jiān)督 承載機理 地基承載力 樁身強度 缺陷 防治
Research on the quality supervise of cast-in-place Zhai xiangdong Hong nanfu
(Quality Supervisory Unit of Sanming (Sanyuan district government of 365001) sanming Municipality 365001)
Abstract: One of thing which part of civil and architecture must be got under the force control is pile foundation. It is most important on the supervise of civil and architecture, We take trouble to supervise because pile foundation is not fit to be Seen, we put forward some key technology in this text base our rich experience.
Keywords: Cast-in-place pile Quality supervise Bearing mechanism Ground bearing capacity Pile shaft strength flaw prevention
灌注樁(這里主要探討成孔灌注樁并指端承樁，下文簡稱樁)質(zhì)量監(jiān)督從驗收規(guī)范來看十分簡單， 無非是地基承載力的鑒定、鋼筋籠的檢查與樁砼質(zhì)量的判定，但由于地下工程不可見的因素很多，因此判定起來比較難以準確。筆者依據(jù)多年的工作經(jīng)驗及理論知識，分三個問題：從樁的承載機理看質(zhì)量監(jiān)督的關(guān)鍵，樁的缺陷與防治措施，樁質(zhì)量的判定，圍繞樁監(jiān)督問題進行探討。
一、從灌注樁承載機理看質(zhì)量監(jiān)督的關(guān)鍵
端承樁的承載機理是樁把荷載傳遞到樁的底部，它支承在堅固的巖土層上，不難得出樁的承載力取決于樁身強度與地基承載力。
當樁身強度〉地基承載力，樁的承載力＝地基承載力；反之，樁身強度〈地基承載力，樁的承載力＝樁身強度。
前面公式在孔底沒有沉渣情況下成立。對挖孔樁沉渣不是問題，而沉渣問題對于鉆孔樁則是存在的，沉渣量過大，樁受荷時發(fā)生大量沉降，樁將失效。
㈠樁質(zhì)量監(jiān)督關(guān)鍵之一──地基承載力的鑒定
從樁的施工程序來講，在質(zhì)量監(jiān)督中，首先確保地基承載力符合設(shè)計要求，否則將使樁失效。
地基承載力取決巖層的構(gòu)造情況、樁嵌入巖石的深度、巖石單軸飽和抗壓強度。
如果施工地區(qū)處于斷裂帶，在施工中就要注意夾層的存在，如福州火電廠化學處理房，××單位施工的鉆孔端承樁21號樁，經(jīng)抽芯檢驗，發(fā)現(xiàn)該樁的樁底座落于軟土上。因為該廠區(qū)落在佛山──詔安地震大斷裂帶上，存在夾層，在孔鉆至夾層上破碎巖石時，施工單位以為已到微風化巖石，而在此破碎巖石層下，由于地震構(gòu)造運動破碎層下面還有一層軟夾層，致使抽芯時，發(fā)現(xiàn)樁底座落于軟土上，樁承載力達不到設(shè)計要求。由于夾層的存在與施工單位的粗心大意，致使在化學處理區(qū)許多樁經(jīng)抽芯檢驗，樁底沒有支承在巖基上。又如永安市紡織廠人工挖孔樁工程，筆者在監(jiān)督該工程時，工程的2B樁存在一層十分堅硬但裂隙發(fā)育的新鮮巖石，用錘子敲擊，錘擊聲音很悶，如下沒有軟夾層，聲音應(yīng)很清脆，挖15cm下去，則發(fā)現(xiàn)下臥松散軟夾層，再挖5m方到微風化巖。該樁基工程存在不少薄堅硬基巖下臥松散軟土層的現(xiàn)象。
㈡樁質(zhì)量監(jiān)督關(guān)鍵之二──樁身強度的監(jiān)督(在于施工工藝)
地基承載力符合設(shè)計要求，如樁身強度不足，樁的承載力亦得不到保證，樁身強度是樁質(zhì)量監(jiān)督的另一關(guān)鍵。
樁身質(zhì)量監(jiān)督主要在于監(jiān)督混凝土的質(zhì)量，樁身強度取決于鋼筋籠的制作質(zhì)量與砼質(zhì)量。鋼筋籠的制作檢查，簡單明了；而影響砼質(zhì)量因素則很多，有些是可見的，有些是不可見的。在工程實踐中，不少樁由于砼質(zhì)量問題而使樁身強度達不到設(shè)計要求，因此樁身質(zhì)量的監(jiān)督主要在于監(jiān)督砼的質(zhì)量。
砼的缺陷往往是由于施工工藝不合理引起，因此必須對樁基工程的施工工藝、質(zhì)量保證措施進行嚴格的監(jiān)督,否則，起不到質(zhì)量監(jiān)督效果，工程驗收時，對工程質(zhì)量如何，將沒有把握，檢測出現(xiàn)的問題亦無從分析。
人工挖孔樁砼缺陷主要產(chǎn)生于砼澆搗工藝。成孔時，在土層設(shè)置護壁，而在巖石層，孔壁巖石自然護壁，一般不存在孔壁質(zhì)量對砼產(chǎn)生多大的影響。主要監(jiān)督砼澆搗工藝特別是有地下水的水下部分砼的澆搗，必須采用水下砼配合比與水下導管灌注等。
永安市紡織廠劍桿車間人工挖孔樁基礎(chǔ)4B樁，該樁砼強度等級要求采用C20，由于該樁孔水位高，出水量大， 筆者要求采用水下導管灌注，建設(shè)單位與施工單位不聽勸告，抱著試一試的態(tài)度，自行采用簡易串筒灌注，澆搗砼時，從孔底至上6m左右“砼”表面有很高的水位，澆搗入孔的砼遭受水的危害，砂漿稀釋、骨料下沉，造成砼嚴重離析，經(jīng)檢測該樁樁身砼質(zhì)量存在嚴重的問題。
鉆孔樁砼質(zhì)量不僅與澆注工藝有關(guān)，還與成孔工藝有很大的關(guān)系。要確保樁孔成孔質(zhì)量與灌注工藝的合理性，操作得當。鉆孔樁成孔質(zhì)量在于：樁徑不小于設(shè)計樁徑，護壁可靠；關(guān)系到砼質(zhì)量的灌注工藝主要是：a.控制好混凝土質(zhì)量的和易性，防止出現(xiàn)堵管、埋管，引起斷樁事故。b.控制導管埋深,控制導管埋深2～4m，使砼面處于垂直頂升狀，不使浮漿、泥漿卷入砼，防止提漏引起斷樁事故。
㈢對于鉆孔灌注樁質(zhì)量監(jiān)督另一個關(guān)鍵──沉渣量的檢查。
對摩擦樁來說，由于其受力機理是通過樁表面和周圍土壤之間的摩擦力或依附力，逐漸把荷載從樁頂傳遞到周圍的土體中，如果在設(shè)計中端部反力不大，端部的沉渣量對樁承載力亦影響不大；而對于鉆孔端承樁，如果沉渣量過大，勢必造成樁受荷時發(fā)生大量沉降，同樣使樁的承載力失效。如福州火電廠化學處理房××單位施工的44號樁，樁設(shè)計承載力為2000kN，實施荷載試驗時，當外荷載加至1400kN，樁就出現(xiàn)大量沉降，經(jīng)多方面證實是因為樁端沉渣量過多，導致該樁失效，亦影響其它樁的評定。因此鉆孔灌注樁另一個監(jiān)督的關(guān)鍵還在于沉渣量的檢查。
總而言之，人工挖孔樁質(zhì)量監(jiān)督的關(guān)鍵在于樁身混凝土澆搗工藝是否合理與地基承載力是否符合設(shè)計要求；鉆孔灌注樁的關(guān)鍵不僅在于施工工藝與地基承載力，還在于沉渣量是否符合規(guī)范要求，因此對于人工挖孔樁來說，如樁存在質(zhì)量問題，不是混凝土有缺陷，就是沒有挖到持力層。而鉆孔灌注樁檢驗不合格，就可能是樁底沉渣量過大，或砼有缺陷，或沒有鉆到持力層，或兼而有之。
二、砼灌注樁基礎(chǔ)缺陷及防治措施
㈠人工挖孔樁：
樁身砼強度不足
原因：砼遭受孔內(nèi)水的危害，引起砂漿稀釋，砂石下沉，嚴重破壞砼的強度。
防治措施：
１、對于孔內(nèi)有地下水，水位低、水量小的樁孔，在澆搗時把砼拌均，水抽干，可以采用串筒迅速澆搗，但是在水位以下部分，必須調(diào)整砼配合比，適當減少用水量并增加水泥用量等；
２、對于水位高、出水量大的樁孔，在水位下必須采用水下砼配合比與導管灌注法灌注，在水位之上，為了避免水下導管灌注通病──樁身上部砼強度低，則可采用簡單串筒澆搗，但是水必須抽干，泥漿、浮漿要清除干凈，兩種不同方法施工的交接層，用插搗器穿過反復插搗。永安紡織廠劍桿車間出現(xiàn)4B樁質(zhì)量事故后，施工單位依照筆者提供的上述防治措施，既確保了質(zhì)量，又不影響施工進度，經(jīng)動測檢驗，所有樁的砼質(zhì)量都很好。
㈡鉆孔灌注樁：
★樁底地基承載力不足
原因：樁端沒有支承在持力層上面。
防治措施：這種情況一般出現(xiàn)在復雜地層，這種地層一般最好取芯檢驗，如不能孔孔取芯，要參照鄰近取芯情況、鉆速、泥漿返上的巖屑及鉆進情況(一般鉆進至微風化巖時，鉆頭不蹩鉆，主動鉆桿振動不很厲害，鉆進聲音感覺較好)、工程地質(zhì)資料進行綜合考慮。
★縮徑(孔徑小于設(shè)計孔徑)
原因：塑性土膨脹。
防治措施：成孔時，應(yīng)加大泵量，加快成孔速度，快速通過，在成孔一段時間，孔壁形成泥皮，孔壁不會滲水，亦不會引起膨脹，如出現(xiàn)縮徑，采用上下反復掃孔的辦法，以擴大孔徑。
★樁底沉渣量過大
原因：檢查不夠認真，清孔不干凈或沒有進行二次清孔。
防治措施：
１、認真檢查，采用正確的測繩與測錘；
２、一次清孔后，不符合要求，要采取措施：如改善泥漿性能，延長清孔時間等進行清孔。在下完鋼筋籠后，再檢查沉渣量，如沉渣量超過規(guī)范要求，應(yīng)進行二次清孔。二次清孔可利用導管進行，準備一個清孔接頭，一頭可接導管，一頭接膠管，在導管下完后，提離孔底0.4m， 在膠管上接上泥漿泵直接進行泥漿循環(huán)。二次清孔優(yōu)點：及時有效保證樁底干凈。
★鋼筋籠上浮
原因：１、當混凝土灌注至鋼筋籠下，若此時提升導管，導管底端距離鋼筋籠僅有1m左右的距離時，由于澆注的砼自導管流出后沖擊力較大，推動了鋼筋籠上��；
２、由于砼灌注過鋼筋籠且導管埋深較大時，其上層砼因澆注時間較長，已近初凝，表面形成硬殼，砼與鋼筋籠有一定握裹力，如果此時導管底端未及時提到鋼筋底部以上，混凝土在導管流出后將以一定的速度向上頂升，同時也帶動鋼筋籠上移。
防治措施：
１、灌注砼過程中，應(yīng)隨時掌握砼澆注標高及導管埋深，當砼埋過鋼筋籠底端2～3m時，應(yīng)及時將導管提至鋼筋籠底端以上；
２、當發(fā)現(xiàn)鋼筋籠開始上浮時，應(yīng)立即停止?jié)沧�，并準確計算導管埋深和已澆砼標高，提升導管后再進行澆注，上浮現(xiàn)象即可消除。
筆者在參加福州火電廠化學處理房樁基工程施工時，其中18號樁鋼筋籠就出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，是因為攪拌機操作者與灌注平臺卷揚機的操作工人，在這根樁灌注時臨時換人，兩個主要崗位的工人操作不熟練，所拌的砼和易性差，提管的卷揚機不靈活，出現(xiàn)第一斗剪球時，砼下不去經(jīng)反復活動敲擊導管，砼才下注，又注了好幾斗，就發(fā)現(xiàn)在灌注中鋼筋籠自然上升，將導管上提離孔底合適高度，鋼筋籠才徹底止住上浮。
★斷樁與夾泥層
原因：
１、泥漿過稠，增加了澆注砼的阻力，如泥漿比重大且泥漿中含較大的泥塊，因此，在施工中經(jīng)常發(fā)生導管堵塞、流動不暢等現(xiàn)象，有時甚至灌滿導管還是不行，最后只好提取導管上下振擊，由于導管內(nèi)儲存大量砼，一旦流出其勢甚猛，在砼流出導管后，即沖破泥漿最薄弱處急速返上，并將泥漿夾裹于樁內(nèi)，造成夾泥層；
２、灌注砼過程中，因?qū)Ч苈┧驅(qū)Ч芴崧┒蜗虑蛞彩窃斐蓨A泥層和斷樁的原因。導管提漏有兩種原因：a.當導管堵塞時，一般采用上下振擊法，使混凝土強行流出，但如此時導管埋深很少，極易提漏。b.因泥漿過稠，如果估算或測砼面難，在測量導管埋深時，對砼澆注高度判斷錯誤，而在卸管時多提，使導管提離砼面，也就產(chǎn)生提漏，引起斷樁；
３、灌注時間過長，而上部砼已接近初凝，形成硬殼，而且隨時間增長，泥漿中殘渣將不斷沉淀，從而加厚了積聚在砼表面的沉淀物，造成砼灌注極為困難，造成堵管與導管拔不上來，引發(fā)斷樁事故；
４、導管埋得太深，拔出時底部已接近初凝，導管拔上后砼不能及時沖填，造成泥漿填入。
防治方法：
１、認真做好清孔，防止孔壁坍塌；
２、盡可能提高混凝土澆注速度：a.開始澆砼時盡量積累大量砼，產(chǎn)生極大的沖擊力可以克服泥漿阻力。B.快速連續(xù)澆注，使砼和泥漿一直保持流動狀態(tài)，可防導管堵塞；
３、提升導管要準確可靠，灌注砼過程中隨時測量導管埋深，并嚴格遵守操作規(guī)程；
４、灌注水下砼前檢查導管是否漏水、彎曲等缺陷，發(fā)現(xiàn)問題要及時更換。
三、砼灌注樁質(zhì)量判定之探討
㈠人孔挖孔樁強風巖承載力的判定
如果端承樁荷載要求較小(小于1000kPa)， 而且地層是由強風化逐漸變到中、微風化，這時在樁底就可能遇到殘積強風化物夾硬碎石層，這種情況樁底的承載力就視風化物的結(jié)構(gòu)緊密、軟硬情況、硬碎塊的大小及含量而來判斷地基承載力，即參照碎石土的.承載力；但是對于風化成砂土狀者，則參照砂土的承載力。由于工程勘察的局限性，這一層的承載力在報告中往往誤差很大，這是由于該類巖層標準取值的誤差太大，再加上缺乏必要的荷載試驗作對比，又因為工程勘察時，取土的樣不全面。作為質(zhì)監(jiān)部門，有條件的話要盡量做荷載試驗作對比，對于人工挖孔樁，要下孔全面了解樁底巖石情況，參照有關(guān)經(jīng)驗知識來鑒定。例如永安市交易市場挖孔樁基礎(chǔ)按地質(zhì)勘察報告中所提供的強風化基巖，其承載力只有300kPa，而在開挖后筆者下孔觀察，發(fā)現(xiàn)巖石已風化至巖石結(jié)構(gòu)徹底破壞，但呈堅硬狀態(tài)的風化層中含有50％以上2～6cm硬碎塊巖石，其承載力可達1000KPa以上。
㈡中微風化巖承載力判定。
影響樁底承載力的因素有：結(jié)構(gòu)情況、樁底嵌入巖石深度、巖石單軸抗壓強度。
一般承載力的判定方法是依據(jù)巖樣的單軸抗壓強度乘以回歸系數(shù)，換算成巖石單軸飽和抗壓強度標準值。
f＝y(tǒng)frk
式中f──巖石地基承載力的設(shè)計值(kPa)；
y──折減系數(shù)；
frk──巖石飽和單軸抗壓強度標準值(kPa)。
上述的式子是規(guī)范中判定地基承載力的公式，該公式只反映所取巖樣水化能力與單軸飽和抗壓強度，在單軸抗壓強度相同的情況下，由于巖石圍巖壓力阻礙了樁底巖石的破壞，因此樁嵌入巖石的長度越長，樁底地基承載力越高；在巖石段，對于人工挖孔樁，樁周摩擦阻力非常大，使得巖石對樁的承載力大增強；當然構(gòu)造上的問題影響更大。
在樁基基底驗收時，樁承載力的判定：
對于人工挖孔樁
應(yīng)檢查巖石的構(gòu)造情況。如果巖石裂隙發(fā)育較少，巖石完整性好，樁承載力可以取高值；反之取低值。同時還應(yīng)檢查巖層下面有沒有夾層，發(fā)現(xiàn)巖石夾層方法：
１、參考地質(zhì)勘察報告；
２、用錘擊孔底巖石，如聲脆亮，則沒夾層或夾層下臥很深；
３、在孔底邊巖石層面高位下方，用工具挖小洞探明，如層面高位處下方有軟層，根據(jù)巖石走向，說明有下臥軟夾層。
如發(fā)現(xiàn)巖石下臥軟夾層，施工時應(yīng)挖除軟夾層。
永安市紡織廠劍桿車間挖孔樁工程9C樁，筆者下孔檢驗，樁孔已挖入巖石0.6m，但發(fā)現(xiàn)巖層很薄，且夾有4～ 10cm厚薄不一的風化物軟土， 該樁底設(shè)計承載力2000kPa，筆者要求再往下挖，再進入0.8m左右，后入孔檢查，發(fā)現(xiàn)風化物夾層已趨尖滅，并考慮到進入巖石1.4m，樁孔巖石段凹凸不平，樁周摩擦力可達400kPa，因此該樁如混凝土沒有太大缺陷，即使下面有軟夾層也屬封閉體，該樁巖石承載力可達2000kPa以上(巖石單軸抗壓強度標準值達8000kPa)。
而該工程的1A樁，可能是處于構(gòu)造斷裂帶上，該孔已嵌入巖層7.5m， 可巖石的地基承載力按公式計算只達1500kPa，滿足不了設(shè)計地基承載力2000KPa的要求，鑒于該孔已挖入巖石7.5m，考慮巖石圍壓作用與樁周摩擦阻力，只要求作適量孔底擴大，仍判定該樁地基承載力符合設(shè)計要求。
鉆孔灌注樁基底承載力判定。
巖石構(gòu)造只能參照工程地質(zhì)勘察報告，與鉆進情況(如鉆進基巖時，鉆桿不會異常振動，孔底鉆頭研磨巖石聲音均勻，說明巖石層比較完整，反之，巖石裂隙比較發(fā)育)。
要判斷巖石承載力，必須作適量抽芯檢驗，對于沒有取芯的樁孔，依下列幾個方面進行綜合考慮：
１、鄰近孔的取芯情況；
２、泥漿循環(huán)返上來的巖屑；
３、鉆進情況；
４、工程地質(zhì)勘察報告。
對于嵌入巖石比較深的樁，與人工挖孔樁一樣，同樣可以考慮巖石的圍壓作用，但是對于樁周摩擦阻力，則不可過高計算在內(nèi)。因為機械成孔大部分靠泥漿護壁，泥漿循環(huán)在孔壁巖石上形成一層堅硬潤滑泥皮，由于在樁體與孔壁之間存在這層潤滑泥皮，使得樁在該段巖石的摩擦阻力大大降低，甚至沒有存在，因此在判定鉆孔樁底地基承載力時應(yīng)著重考慮取上巖樣本身構(gòu)造情況、力學性能、物理性能、圍壓作用，不宜考慮樁周摩擦力；雖然機械濕孔作業(yè)的摩擦樁主要告摩擦力承載，但由于其樁長比較大，整體樁不規(guī)則外形，使其具有較大的樁周摩擦力。
㈢樁身混凝土質(zhì)量判定。
比較準確判斷樁身砼質(zhì)量的是靜載與抽芯，但是由于靜載、抽芯為損傷性檢驗，且費用高、時間長，所以常常采用動測法判定樁身混凝土的質(zhì)量，而動測法具有一定的局限性，動測結(jié)果不能作為樁基工程竣工的驗收依據(jù)，用于普查質(zhì)量僅供驗收參考。
判斷混凝土質(zhì)量還要依施工單位素質(zhì)，掌握施工過程實際情況與施工記錄。主要依據(jù)：掌握施工過程情況與施工記錄。
１、審查主要施工人員、施工單位所施工過的工程質(zhì)量情況。
２、審查施工工藝是否適合于施工的實際情況，采取了什么質(zhì)量保證措施。如：挖孔樁水位高、水量大、有沒有采用水下砼配合比與水下導管法灌注，如沒有，依出水量大及澆搗方法，就可推斷混凝土嚴重離析等；鉆孔樁鋼筋籠如沒有設(shè)置混凝土保護層墊塊，再檢查一下灌完樁鋼筋籠的位置情況，可推定保護層是否嚴重不足；
３、對施工記錄進行審查，要求施工單位認真做好成孔記錄與灌注記錄，認真分析記錄中出現(xiàn)的機械故障及孔內(nèi)異常情況、事故等，并進行推斷。比如：在成孔記錄中沒有發(fā)現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，而樁的充盈系數(shù)又大，說明在澆注的過程中有塌孔現(xiàn)象，必然導致樁底沉渣量過多或樁身砼夾砂、夾泥，樁體形成“大肚子”；如果在施工過程中曾發(fā)生過堵管事故，撥管后進行二次灌注，就會存在斷樁或夾泥層。但缺陷的嚴重程度還要分析其事故具體處理措施而得知。筆者曾在福州火電廠罐基礎(chǔ)樁施工時，其中的一個樁孔砼灌了一段，因機械出現(xiàn)故障，導管很難拔上來，最后強行拔上，由于底部泥漿很濃，沖洗孔底孔壁會坍塌，泥漿循環(huán)渣不能徹底清除，該孔再進行二次灌注肯定出現(xiàn)斷樁，因此該樁孔報廢。如用套管護壁就可以把孔底清洗干凈，再二次灌砼；
總之，質(zhì)量監(jiān)督中樁砼質(zhì)量的判定，要掌握現(xiàn)場施工實際情況與工藝情況、準確的現(xiàn)場施工記錄，并了解施工單位素質(zhì)，方可比較準確判定砼質(zhì)量。
綜上所述，砼樁質(zhì)量監(jiān)督的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于地基承載力的鑒定，審查砼施工工藝是否合理，掌握樁缺陷的防治措施。這樣才能對砼樁質(zhì)量進行控制，達到質(zhì)量監(jiān)督的目的。
參考文獻:
樁基工程手冊，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995
作者：不詳
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