特殊地質條件下的鉆孔樁成樁質量缺陷及改進措施

朱恩權

中鐵十五局集團第三工程有限公司，四川 成都 610000

1 工程概況

該標段路線起點位于資源縣中峰鄉官田村山前坡地，終點位于八坊村。該標段主要橋梁有梁家大橋、于家田大橋、于家田資江大橋、廖家資江大橋。所有橋梁樁基均為端承樁，樁基施工時主要采用沖擊鉆鉆孔成樁方式。該標段地層復雜，橋梁經過范圍主要有火成巖、沉積巖、變質巖三大巖類和第四系松散堆積層，加里東期、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、白堊系、第四系九套地層，硅化巖、花崗巖、砂巖、頁巖、泥巖、礫巖、灰巖、碎裂巖、糜棱巖、斷層角礫、斷層泥、沖洪坡積碎石類土、砂類土、黏性土均有分布。

在施工廖家資江大橋樁基時，通過超聲波法進行樁基檢測。Ⅰ類樁為樁身完整，可正常使用；Ⅱ類樁為樁身基本完整，有輕度缺陷，不影響正常使用。該橋梁共有72根樁基，檢測出Ⅰ類樁有60根，Ⅱ類樁12根（其中缺陷在樁底有10根；在樁身有2根）。根據業主相關規定，要參評優質工程，Ⅰ類樁應占全橋樁基的90%以上。根據這一規定，Ⅱ類樁雖然不影響結構使用功能，但會影響優質工程的評選。

文章針對樁底缺陷而造成的Ⅱ類樁進行了分析，并找出了產生樁底缺陷的原因，總結了具體的改進措施，確保不再因樁底缺陷而形成Ⅱ類樁。

2 沖擊鉆成樁施工流程

沖擊鉆鉆孔施工流程如下：場地平整→測量放樣→埋設護筒→鉆機就位→鉆孔→一次清孔→安放鋼筋籠→安裝導管→二次清孔→灌注水下混凝土→拔除護筒。

3 原因分析

通過上述沖擊鉆孔樁的施工流程，結合樁基檢測報告、現場施工條件、地質情況及以往的施工經驗，分析可能造成樁底缺陷的原因，具體內容如下：（1）混凝土離析，造成樁底混凝土松散，導致樁底測點出現聲速和波幅小于臨界值；（2）在樁基混凝土澆筑前，樁底沉渣過厚；（3）導管接頭損壞，泥漿混入混凝土內，造成混凝土夾層，導致樁底出現缺陷；（4）灌樁前，樁基首盤混凝土計算錯誤，封底混凝土不足，導致封底失敗。對于混凝土離析的情況，從混凝土拌和站觀察這10根樁基C30混凝土配合比的情況，以及混凝土現場坍落度試驗記錄表，如表1所示。

表1中10根樁基混凝土配合比及現場坍落度試驗結果顯示，混凝土滿足設計要求，可以排除混凝土離析是導致樁底缺陷的因素。

表1 混凝土現場試驗記錄表

對于樁基混凝土澆筑前樁底沉渣過厚的情況，查閱樁基的清孔原始記錄，泥漿檢測記錄表如表2所示。

由表2可知，泥漿比重、黏度、含砂率、沉渣厚度在清孔后檢測時均在施工規范允許范圍內。每根樁基清孔時間都較長，但含砂率都屬于勉強接近橋涵施工規范中對含砂率的要求。結合樁檢報告中波形圖進行分析，檢測后至灌樁前中粗沙因泥漿比重下降沉淀導致沉渣過厚，從而導致在樁底出現缺陷。

表2 泥漿檢測記錄表

導管接頭損壞，導致泥漿混入混凝土內，造成混凝土夾層情況。在初次灌樁前，已對導管進行水密性試驗及導管抗拉拔試驗，結果均為合格。若導管接頭有問題，則混凝土夾層位置不可能只出現在樁基底部。根據以上依據，排除是因為導管接頭損壞導致泥漿混入混凝土內，造成混凝土夾層而出現的樁底缺陷。

灌樁前，樁基首盤混凝土計算錯誤，封底混凝土不足，導致封底失敗情況。根據以下公式計算封底混凝土的最小值：

式中：V為灌注首批混凝需要數量，m3；D為樁基直徑，m；H1為孔底與導管底部距離，m；H2為導管初灌埋深，m；d為導管內徑，m；h1為混凝土柱平衡導管外壓力所需高度。

樁徑為2m，導管直徑為0.3m，孔深18m，導管底與孔底的距離為0.3m，計算出首灌混凝土為6.24m3。混凝土罐車為8m3一車，且現場有2車以上才能開始進行灌注。現場準備的混凝土遠遠大于首灌需要的最少混凝土量，因此排除因封底失敗造成的樁底混凝土缺陷。通過查看當時施工的原始記錄，再進行整理分析，最終初步確定造成這10根樁基樁底缺陷的原因是在樁基混凝土澆筑前，樁底沉渣過厚。

4 改進措施

針對在樁基混凝土澆筑前樁底沉渣過厚而造成的樁基底部缺陷問題，文章提出了以下三種解決方法：

（1）清孔后泥漿的相對密度宜控制在1.03～1.10，對沖擊成孔樁可適當提高，但不宜超過1.15；該標段橋梁地層含砂較多，可適當提高清孔后的泥漿比重，以減少沉渣厚度，在于家田大橋樁基施工中，清孔后的泥漿比重調整為1.13。（2）通過加入水、膨潤土、纖維素（如CMC羧甲基纖維素）、堿等進行泥漿制備，改善泥漿基本性能，該項目按照水87.4%、膨潤土12%、堿0.5%、CMC羧甲基纖維素0.1%進行配置。（3）通過縮短二次清孔后至灌樁前的間隔時間來減少沉渣厚度，并合理估計清孔時間，做好混凝土及吊車的調度工作，若間隔時間在30min以上，采用氣舉反循環方式將風管安裝在導管位置，使沉渣懸浮，沉渣懸浮后10min內進行樁基灌注。

5 結束語

采用上述的三個改進辦法后，在于家田大橋104根樁基施工中基本解決了灌樁前因樁底沉渣過厚而導致樁底缺陷造成的Ⅱ類樁問題。于家田大橋104根樁基經樁檢后，Ⅰ類樁有96根、Ⅱ類樁有8根（缺陷位置均未在樁底）。通過加入水、膨潤土、纖維素、堿等進行泥漿制備，適當提高清孔后泥漿比重及縮短二次清孔后至灌樁前的時間，能夠有效減少樁底沉渣厚度，解決因沉渣過厚導致的樁底缺陷問題，提高樁基成樁質量，對出現類似問題的工程能夠起到一定的參考作用。