某工程旋挖成孔扩底灌注桩质量问题分析及处理

黎 明， 高 原， 李 睿， 潘劲昌， 周 煦， 顾 嫚

(成都市建工科学研究设计院，四川成都 610059)



某工程旋挖成孔扩底灌注桩质量问题分析及处理

黎 明， 高 原， 李 睿， 潘劲昌， 周 煦， 顾 嫚

(成都市建工科学研究设计院，四川成都 610059)

旋挖成孔扩底灌注桩单桩承载力高、经济性好、施工速度快，在成都地区应用广泛，但施工控制不当等因素也可能造成工程质量问题。文章分析了成都地区某工程旋挖成孔扩底灌注桩质量问题产生的原因、处理方式、处理效果验证等，具有借鉴意义。

旋挖成孔灌注桩； 混凝土离析； 高压旋喷灌浆

近几年来，旋挖成孔施工技术以其低噪音、低振动、成孔速度快、适用范围广等特点被越来越多地应用到成都地区桩基工程施工中。与传统预应力管桩、人工挖孔桩相比，旋挖成孔灌注桩既弥补了前者单桩承载力低、适用范围小的短板，又克服了后者施工时间长、安全风险高的缺点，受到了施工单位的青睐。

成都地区软质岩土体具有含水量高、地层岩性较复杂、各向异性明显的特点。因此，施工过程中成孔、清孔等环节的质量控制显得尤为重要。本文以某建设项目桩基工程为例，对该项目桩基施工中遇到的质量问题及其原因分析、后期处理进行了综述，具有指导、借鉴意义。

1 工程概况及工程地质条件

该工程位于成都市天府新区，拟建26层，框剪式结构。建设区场地地形起伏较大，总体为西低东高；该区域断裂构造和地震活动较微弱，历史上从未发生过强烈地震，结合成都市已有的地震地质研究成果，该建设区域场地稳定性良好；场地地下水类型分为孔隙潜水和基岩裂隙水两种地下水类型。

参考该建设项目详勘报告，建设区地层构成如下：①杂填土、②黏土、③粉土、④细砂、⑤卵石、⑥全风化含砾泥岩、⑦-1强风化泥质砂岩、⑦-2中等风化泥质砂岩。各岩土体工程特性指标见表1。

2 桩基设计概况

该工程采用桩筏基础，共布置91根旋挖成孔嵌岩灌注桩，以中等风化泥质砂岩作为桩端持力层，设计要求桩端岩石天然抗压强度标准值不低于6.0 MPa，单桩承载力特征值不低于4 650 kN。详细设计参数见表2，基桩大样见图1。

3 桩基施工概况

据现场了解，施工单位于7月先行对该工程开挖2层地下室，再进行了该工程桩基施工。施工过程中坑内积水较多，场地条件差，旋挖成孔时未用护筒对桩孔进行护壁挡土；部分基桩施工中由于场地条件限制，成孔后未及时进行混凝土浇筑。

表1 岩土的工程特性指标建议值

4 基桩质量检测

检测单位依据DBJ 51/T 014-2013《四川省建筑地基基础检测技术规程》、JGJ 106-2014《建筑基桩检测技术规范》，先后对该工程91根旋挖成孔灌注桩共进行三次检测。

4.1 第一次检测

第一次检测共抽取33#、71#桩进行单桩竖向抗压静载荷试验；抽取15根基桩进行钻芯法试验。检测结果为：(1)静荷载试验抽检的2根基桩承载力不满足设计要求。(2)部分基桩桩身混凝土存在离析、夹泥，桩端以下2.4 m范围内持力层存在破碎段。为查明该工程基桩存在质量问题的范围，各方决定进行第二次检测。

表2 旋挖钻孔嵌岩桩设计明细

图1 基桩

4.2 第二次检测

第二次抽取63#桩进行单桩竖向抗压静载荷试验；抽取5根基桩进行钻芯法检测。检测结果与第一次类似。单桩承载力不满足设计要求，桩身混凝土存在离析、夹泥，桩端以下2.4 m范围内持力层存在破碎段。综合以上两次检测结果，为查明该工程剩余71根基桩桩身完整性及持力层性状，各方决定进行第三次检测。

4.3 第三次检测

第三次对剩余71根基桩全数进行钻芯法检测。综合以上静荷载试验及钻芯法试验结果，静荷载试验结果见表3、图2，钻芯法检测结果见表4，典型桩端离析见图3。检测单位对该工程91根旋挖成孔灌注桩作出如下检测结论：

表3 单桩竖向抗压静载试验汇总

注：现场检测过程中，在破坏荷载处均出现位移陡增、荷载下降情况，故试验终止。经钻芯法确认，其中33#桩桩身混凝土存在离析段；71#桩桩端以下2.4 m范围内存在破碎段；63#桩桩身混凝土及桩端以下2.4 m范围内均完整。

(a) 33#桩Q～S曲线

(b) 71#桩Q～S曲线

(c) 63#桩Q～S曲线图2 静载荷试验Q～S曲线

(1)单桩竖向静载荷试验抽检的3根基桩单桩承载力均不满足4 650 kN的设计要求，单桩承载力特征值为2 350 kN(63#基桩桩身及持力层岩芯均完整)。

(2)钻芯法检测的91根基桩可分为以下四类情况：

①6#、7#、71#等共计29根桩，桩端2.4 m范围内岩芯存在破碎段；

②58#、62#、91#、33#共计4根桩，桩身混凝土存在破碎段；

③12#、24#、81#、30#、52#、76#共计6根桩，桩身混凝土存在破碎段，桩端2.4 m范围内岩芯存在破碎段；

表4 钻芯法试验统计

注：通过对现场混凝土及岩石芯样进行单轴抗压强度试验，结果表明全数基桩完整段混凝土芯样强度满足设计C30的要求，有12根基桩完整段岩石芯样天然单轴抗压强度不满足frk≥6.0 MPa的设计要求。

④其余52根桩桩身混凝土芯样完整，桩端以下2.4 m范围内岩芯完整，无明显破碎段。

由表3、图2可知，在破坏荷载作用时，沉降量远大于规范要求，且Q～S图曲线呈陡降型，具有明显拐点，说明基桩桩侧及桩端阻力均已发挥完全。

5 质量问题分析

由上述检测结果可知，该工程桩基工程主要存在三个方面质量问题：(1)持力层岩芯破碎； (2)混凝土、持力层岩芯均完整的基桩，单桩承载力不满足设计要求；(3)桩身混凝土离析、夹泥。根据现场调查了解、资料收集、查阅工程相关文件，对出现质量问题的原因进行分析。

5.1 地勘问题

地勘过程中，该栋楼控制性钻孔仅有1个，其布设位置不具代表性，导致以透镜体形式存在于中风化岩层中的强风化岩层未被及时揭露，而是在后期检测时才被发现。

5.2frk的取值问题

依据JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》5.3.9嵌岩桩单桩极限承载力的计算要求，对混凝土、持力层岩芯均完整，而单桩承载力特征值仅为2 350 kN的63#基桩(桩长9.9 m)进行反算frk。地勘孔位依据就近原则，选取39号地勘孔。

依据公式：

Quk=Qsk+Qrk

(1)

Qsk=u∑qsikli

(2)

Qrk=ξrfrkAp

(3)

式中：Qsk、Qrk为分别为土的总极限侧阻力标准值、嵌岩段总极限阻力标准值；qsik为桩周土第i层土的极限侧阻力；frk为岩石饱和单轴抗压强度标准值；ξr为桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数，该工程取1.8；Ap为桩端面积。

参考表1参数取值，可知Qsk=1 477 kN，Qrk=3 223 kN，Ap=1.130 4 m2；计算出frk=4.08 MPa(保留两位小数)。该值小于设计6.0 MPa的取值。室内岩芯单轴抗压结果显示，有12根基桩桩端持力层岩芯单轴抗压强度同样小于6.0 MPa。结合以上两点可知，设计单位对于frk取值的准确性有待商榷。

5.3 施工问题

在桩基施工前，该场地已先行开挖了两层地下室，土层中的上层滞水及雨水汇集于坑内，对旋挖作业条件不利。基桩施工时正值成都地区雨季，降水较丰富，容易造成孔壁坍塌、场地条件差、混凝土供应不及时等施工问题，加之现场质量管理不到位，导致部分基桩存在混凝土离析、夹泥情况。

6 处理措施

针对该工程桩基工程在检测过程中出现的上述问题，各方经会议讨论决定采取了如下弥补措施：(1)对91根基桩中混凝土存在破碎段的10根基桩(2、3类质量问题)进行高压旋喷灌浆处理，经重新检测，满足设计要求后，全数进行使用；(2)对91根基桩中持力层存在破碎段的基桩，经专家论证决定全数进行使用，单桩承载力特征值降低为2 350 kN。(3)设计方按单桩承载力特征值2 350 kN对该栋楼进行重新计算并调整布桩形式。最终确定补桩49根。

对于高压旋喷灌浆处理，其施工流程主要为：首先对孔底离析及沉渣段进行高压清水冲洗，直至孔口排出清水；其次使用高压旋喷设备以25 MPa压力向孔底高压灌注水泥浆，直至孔口返出的水泥浆配合比达到设计配合比；最后在水泥浆初凝后、终凝前进行二次注浆，使桩端周围致密土体压力不断升高，进而对桩端土层进行挤压、密实、充填、固结，在对已经形成的注浆体进行补强的同时，提高桩端土体承载力，从而提高桩端承载力。

7 后期检测及处理效果验证

7.1 后期检测

待施工单位补桩完毕，基桩达到检测条件时，检测单位依据规范要求对该栋楼重新进行桩基检测。检测内容包括：

(1)抽取第3节中存在(1)类质量问题的54#桩、存在(3)类问题经高压旋喷处理后的12#桩、补桩部分的BZ46#桩，共计3根基桩进行单桩竖向静载荷试验。结果表明均满足2 350 kN承载力特征值的设计要求。

(2)对补桩部分49根基桩全数进行低应变检测；抽取10根基桩进行声波透射法检测，以检测桩身完整性。结果表明桩身完整，满足规范要求。

(3)对补桩部分49根基桩抽取10根基桩进行钻芯法检测。结果表明桩身结构完整，桩端无明显沉渣，桩端以下3倍桩径范围内无破碎段、空洞及软弱夹层。

7.2 处理效果验证

检测单位对10根经高压旋喷灌浆处理的基桩进行二次钻芯验证。结果表明经高压旋喷灌浆处理后，原混凝土存在离析、夹泥的部位得到了很大改善。混凝土芯样呈柱状，胶结较好，注浆部位强度经室内试验满足设计要求。典型问题桩经处理后二次钻芯见图4。

8 结 论

(1)成都地区软质岩具有强风化-中风化护层的特点，地层岩性较复杂。因此，在地勘阶段应根据场地情况，有代表性地布置勘探孔，必要时增设勘探孔，对整个场地地层情况有较客观、较真实的反映。

(2)在设计阶段应充分考虑场地条件的不均匀性，依据“最不利原则”，合理、经济地进行设计计算。

(3)旋挖扩底灌注桩对施工工艺要求较高，其扩底效果和清孔质量难以达到设计要求，导致扩底尺寸不理想、沉渣过厚，反而会降低单桩承载力。因此，扩底施工技术在成都地区工程使用前应严格验证。

(4)高压旋喷灌浆法对桩端混凝土离析、桩底沉渣过厚的质量问题有很好的处理效果，处理方式可供其他类似问题工程借鉴。

[1] JGJ 106-2014 建筑基桩检测技术规范[S].中国建筑工业出版社, 2014.

[2] DBJ 51/T 014-2013 四川省建筑地基基础检测技术规程[S].西南交通大学出版社, 2013.

[3] 李雄峰.旋挖成孔方法在软质岩石基础灌注桩施工中的应用[J].西部探矿工程,2012(4): 33-35.

[4] 冉涛.旋挖成孔灌注桩质量检测及处理技术[J].房屋建筑,2012(9): 41-45.

[5] 王欣.旋挖钻机成孔灌注桩常见问题的分析与对策[J].吉林水利, 2004(11): 39-41.

[6] 吴江斌,王卫东,陈锴.438 m武汉中心大厦嵌岩桩设计[J].岩土工程学报,2013,35(增刊): 76-80.

黎明(1966～)，男，本科，高级工程师，从事建筑工程、建筑材料、地基基础检测鉴定及技术服务工作。

TU473.1+4

B

[定稿日期]2017-04-14