影響鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量的因素分析

林福成

（漳州市光正工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，福建 漳州 363000）

沿海地區(qū)由于地表地質(zhì)較軟，地基承載力較低；建筑工程廣泛地將建筑物荷載通過樁基工程傳遞至承載力較高的地層。鉆孔灌注樁具有地層適應(yīng)能力強(qiáng)、可以在大范圍調(diào)節(jié)單樁承載力等特點(diǎn)，近年來被廣泛用于地基處理的樁基工程。但是由于其樁基屬于地下隱蔽工程，技術(shù)要求高，施工環(huán)節(jié)多，影響成樁質(zhì)量和整體工程的安全性能和因素較多，值得研究。作者通過近年來的施工實(shí)踐，對(duì)影響鉆孔灌注樁成樁質(zhì)量的主要因素作一簡(jiǎn)略分析。

1 問題的提出

鉆孔灌注樁以受力狀況分端承樁、摩擦樁或摩擦與端承共同作用的樁。在漳州地區(qū)，地質(zhì)情況較為復(fù)雜，一般分成三大類，即河相(海相)沉積階地、沖洪積階地以及土臺(tái)階地。根據(jù)多年的工作經(jīng)歷，先后完成了20 余項(xiàng)大中型鉆孔灌注樁項(xiàng)目，從驗(yàn)樁資料優(yōu)良率來看，盡管Ⅰ類樁平均達(dá)到了92.5%以上，但仍存在極少部分Ⅱ類合格樁。通過對(duì)這些合格樁的綜合分析，筆者認(rèn)為影響成樁質(zhì)量的因素，主要表現(xiàn)在管理者的組織能力、操作者的技術(shù)素質(zhì)、地質(zhì)條件、成孔工藝、外部環(huán)境、材料質(zhì)量和灌注水平等。

2 操作者的技術(shù)素質(zhì)和責(zé)任心

施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的技術(shù)人員和技工是否具有良好的技術(shù)素質(zhì)，是否具有責(zé)任感，對(duì)工程質(zhì)量起著決定性的作用。如我公司在某施工工地地表下10 余米粉質(zhì)粘土質(zhì)中含有卵石和漂石，鉆機(jī)成孔速度慢，孔斜嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員改變施工方案，在上部地層中進(jìn)行挖孔，在直徑600mm的孔內(nèi)下挖17m，避免了漂、卵石的影響，經(jīng)檢查成樁優(yōu)良率達(dá)92.7%。

3 地質(zhì)條件

城市的大格局確定之后，其地質(zhì)條件也就是客觀上存在的原始狀態(tài)。在舊城改造及商業(yè)鬧市區(qū)進(jìn)行地下隱蔽工程施工，地下障礙已成為鉆孔灌注樁施工質(zhì)量的一個(gè)嚴(yán)重制約因素，如舊房基礎(chǔ)、墳?zāi)?、洞穴等均能影響鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量。

4 外部環(huán)境

外部環(huán)境制約工程質(zhì)量最直接的因素是場(chǎng)地的大小。有許多工程，場(chǎng)地小且遍布樁位，因而泥漿池的容量受到嚴(yán)格限制，加之有的工地白天還不準(zhǔn)運(yùn)漿，使得成孔時(shí)泥漿變稠，成孔速度降低，泥皮過厚，灌注困難，靜壓檢測(cè)結(jié)果單樁承載力偏低。特別是施工群樁基礎(chǔ)，由于樁距小，若受場(chǎng)地影響無法跳打時(shí)，先期施工的樁因后期成樁時(shí)的振動(dòng)使砼面下降，開挖后樁頭未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5 成孔工藝

成孔工藝中影響成樁質(zhì)量最直接的因素是泥漿產(chǎn)生泥皮，泥皮不僅影響到后期的灌注質(zhì)量同時(shí)也影響了單樁承載力。而在粉土、粉細(xì)砂層施工中不用泥漿護(hù)壁，孔壁極易坍塌；使用泥漿護(hù)壁則產(chǎn)生孔壁泥皮過厚的現(xiàn)象，若灌注前未二次掃孔或采取除泥皮措施，過厚的泥皮就會(huì)影響到樁的承載能力。

5.1 泥皮的形成機(jī)理

在粉土、粉細(xì)砂層施工的鉆孔灌注樁，常要采用泥漿護(hù)壁。在動(dòng)水位壓力的作用下，泥漿中的自由水不斷地向孔壁滲透，同時(shí)泥漿中的土質(zhì)顆粒不斷粘附在孔壁表面上，形成一層比較柔韌的粘土膜，抵抗沖洗介質(zhì)對(duì)孔壁的沖刷，起到穩(wěn)定孔壁、防止坍塌的作用。隨著鉆孔的加深和循環(huán)時(shí)間的延長(zhǎng)，泥皮也在不斷地加厚。

5.2 泥皮厚度與單樁承載力的關(guān)系

樁身表面與天然土之間存在著一層滲透能力差、止水性能好、抗剪強(qiáng)度低的泥皮，影響了混凝土與天然地基土的直接膠結(jié)，從而嚴(yán)重削弱了混凝土灌注樁早期單樁極限承載能力。在相同地層、樁徑、樁長(zhǎng)的一個(gè)施工場(chǎng)區(qū)內(nèi)，用沉管灌注樁和鉆孔灌注樁工藝施工的純摩擦樁，在28 天的齡期靜壓檢測(cè)結(jié)果表明，在規(guī)范要求的沉降范圍內(nèi)，沉管樁的單樁極限承載力是鉆孔樁的1.5～1.7倍。排除沉管樁樁身載面不規(guī)則和對(duì)地層擠密作用的影響，其承載能力仍比鉆孔樁高30%～40%。通過對(duì)某工地上地層相同、樁參數(shù)一樣（樁徑600mm、樁長(zhǎng)18m、砼標(biāo)號(hào)C25）的幾組樁的靜壓測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，泥皮愈厚，單樁極限承載能力愈低。

5.3 影響泥皮厚度的因素

受鉆孔灌注樁成樁工藝的制約，在成樁過程中產(chǎn)生泥皮是不可避免的，而影響形成泥皮厚度的因素也是多種多樣。根據(jù)工程實(shí)踐，歸納出以下幾個(gè)主要方面：

5.3.1 成孔工藝

在相同地層，泥漿性能和沉淀循環(huán)方式相同的情況下，潛水鉆機(jī)成孔后泥皮厚度約為轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)的1/3～1/2。主要原因是潛水鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)尺均勻，動(dòng)力頭穩(wěn)定且振動(dòng)力小，成孔速度快，相對(duì)在粉細(xì)砂層孔壁上的泥皮厚度要薄。

5.3.2 泥漿的循環(huán)與沉淀方式

采用長(zhǎng)循環(huán)槽、大沉淀池、機(jī)械式撈砂的方式進(jìn)行循環(huán)和清渣，在充分利用粉土和砂層中細(xì)小的膠泥顆粒作為循環(huán)介質(zhì)同時(shí)，也可有效地降低泥漿比重，并保證孔壁穩(wěn)定，有利于成孔和清孔，孔壁上形成的泥皮薄。在混凝土的固化作用下，泥皮內(nèi)的水分很快被吸收，使樁與樁周原狀土有效地結(jié)合，提高了單樁早期承載能力。

5.3.3 泥漿參數(shù)

為防止粉土和粉細(xì)砂層的孔壁坍塌，提高泥漿的密度和粘度是最簡(jiǎn)單的方法，其負(fù)作用是成孔和洗孔時(shí)間增多，泥皮厚度增加，單樁早期極限承載力降低。

5.4 降低泥皮厚度的措施

5.4.1 優(yōu)化泥漿循環(huán)系統(tǒng)和清渣方法，提高泥漿性能

在粉細(xì)砂層中施工鉆孔灌注樁，不采取泥漿護(hù)壁措施，鉆孔極易坍塌；采用泥漿護(hù)壁，若泥漿的質(zhì)量差、性能不好，則又會(huì)產(chǎn)生孔壁泥皮厚、成孔速度慢、成孔后沉渣厚度大等不良后果。因此必須優(yōu)化泥漿循環(huán)系統(tǒng)，并采取合適的清渣方法，以提高泥漿性能，消除不良后果。

5.4.2 提高成孔速度和選擇優(yōu)良的設(shè)備

在選擇樁型時(shí)采用鉆孔灌注樁，泵吸反循環(huán)工藝很容易引起坍孔，故一般都是采用正循環(huán)工藝。潛水鉆機(jī)因其動(dòng)力頭在孔內(nèi)，成孔速度快，動(dòng)水頭穩(wěn)定，成孔后泥皮較薄，樁身直徑規(guī)則，泥皮對(duì)單樁極限承載力的影響最低。故潛水鉆機(jī)成孔是降低泥皮厚度、減少灌注事故、提高單樁承載力的最佳選擇。

5.4.3 清除孔壁泥皮

在施工中若已形成較厚的孔壁泥皮，為了保證樁的承載能力，應(yīng)使用孔壁泥皮清除器清除孔壁泥皮。

6 材料質(zhì)量

某些地區(qū)缺砂，特別是缺少適宜于樁基工程的優(yōu)質(zhì)中粗砂，若用山前坡積的中細(xì)砂或含泥量較大的細(xì)砂，砼試塊的抗壓試驗(yàn)指標(biāo)達(dá)不到要求，樁的質(zhì)量也難以保證。彌補(bǔ)此缺陷的方法往往是在做配合比時(shí)加大水泥的用量，但效果并不明顯。

水泥的穩(wěn)定性也是一個(gè)不容忽視的因素，其直接的影響是凝固過快或長(zhǎng)期不凝固。

7 灌注成樁技術(shù)

灌注是成樁的最后一道工序，也是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。灌注技術(shù)是影響成樁質(zhì)量的最重要的因素。

7.1 二次清孔與回灌泥漿

在下籠和下導(dǎo)管的過程中，泥漿中的砂粒不斷地沉淀、析出，形成孔底沉渣。若孔底沉渣過厚，既影響樁長(zhǎng)，又影響樁的承載能力，還造成樁頭浮漿過高，不易掌握砼面高度。因此，在下完導(dǎo)管后，必須進(jìn)行二次清孔。

在地下水位低、透水性好的砂層中施工，由于水頭壓力的作用，下籠與下導(dǎo)管時(shí)，孔口的水位不斷下降，在失去壓力平衡的狀態(tài)下，潛水面以上的孔壁極易坍塌，若不采取回灌泥漿措施，此處易形成蘑菇狀樁身，當(dāng)孔壁坍塌嚴(yán)重時(shí)，則要提出鋼筋籠進(jìn)行回填施工。

7.2 砼的攪拌與運(yùn)輸

砼的配合比是由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)砼標(biāo)號(hào)和材料質(zhì)量確定的。當(dāng)在陰雨天氣施工時(shí)，砂內(nèi)的雨水若不扣減，將會(huì)造成砼坍落度增大、砼離析、灌注不暢等問題而影響成樁質(zhì)量。砼在運(yùn)輸過程中，翻斗車的長(zhǎng)期振動(dòng)會(huì)使砼嚴(yán)重離析而產(chǎn)生堵管現(xiàn)象。

7.3 灌注操作技術(shù)

灌注前泥漿面要保持在孔口，隔水球必須與泥漿面接觸，若中間存在大量空氣，則會(huì)產(chǎn)生氣墊作用，很容易堵塞導(dǎo)管。砼的首灌量要達(dá)到一定的數(shù)量。首灌量大，一是保證砼面埋住導(dǎo)管底口，更主要的是大量的砼在自重力作用下通過導(dǎo)管內(nèi)的泥漿對(duì)孔底進(jìn)行猛烈的沖刷，可以清凈孔底的沉渣，保證樁端與地層之間不存在人為的軟弱夾層，提高成樁質(zhì)量和樁的承載能力。

8 結(jié)束語(yǔ)

鉆孔灌注樁工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，施工環(huán)節(jié)較多，制約工程質(zhì)量的因素多，不同的工程，影響質(zhì)量的因素也各不相同。因此在工程實(shí)踐中要認(rèn)真分析，根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，來保證成樁的質(zhì)量。特別是在項(xiàng)目部的組成、人員素質(zhì)、技術(shù)水平、材料質(zhì)量、施工工藝、灌注操作等諸方面加強(qiáng)管理，注重技術(shù)管理和灌注工藝過程，并針對(duì)施工中發(fā)生的問題及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。則成樁質(zhì)量就能夠達(dá)到預(yù)期目的，符合設(shè)計(jì)的要求，滿足工程建設(shè)的需要。