深圳地區旋挖灌注樁質量檢測及缺陷處理

鄒學琴，李志輝，袁志遠

（深圳市福田建設工程質量檢測中心，廣東 深圳 518048）

0 引言

旋挖灌注樁為近年來發展最快的一種采用新型樁孔施工方法的樁型，其特點是工作效率高、施工質量好、塵土泥漿污染少。在地質條件較差、泥漿質量不滿足要求、成孔后放置時間過長等情況下，容易出現各種施工質量問題。如何準確檢測出樁身質量缺陷以及如何對樁身質量缺陷進行加固處理，關系到基樁質量是否能滿足設計要求，也關系到主體結構的安全。

1 旋挖灌注樁工藝

旋挖灌注樁適用于人工回填土、淤泥質土、黏土、粉土、砂土、含有卵石、碎石的土層以及各種全風化、強風化、中風化、微風化巖層。旋挖灌注樁的成孔工藝采用了靜態泥漿護壁鉆斗取土的工藝，采用了無沖洗介質循環的鉆進方法。該方法在鉆進時，為保護孔壁穩定，在孔內需注滿優質泥漿。鋼筋籠的加工制作、吊放，以及后壓漿工藝與其他樁基施工工藝基本相同。

旋挖鉆機是一種多功能、高效率的灌注樁樁孔的成孔設備，可以通過鉆斗的旋轉、挖土、提升、卸土和采用泥漿置換護壁，反復循環而成孔。旋挖鉆機可借助鉆具的自重和鉆機加壓力，將耙齒切入土層，在回轉力矩的作用下，鉆斗同時回轉配合不同鉆具，可適應于干式（短螺旋）、濕式（回轉斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業。該方法自動化程度和鉆進效率較高，鉆頭能快速穿過各種復雜地層，在工業和民用建筑樁基的施工中廣泛應用。

2 旋挖灌注樁樁身質量缺陷的主要類型及形成原因

旋挖灌注樁樁身質量缺陷的主要類型包括樁身夾泥、樁底沉渣、樁身縮徑、樁身水平裂縫、局部混凝土離析等。

2.1 樁身夾泥

當旋挖灌注樁成孔后，灌注過程中受到外來機械的擾動等原因造成塌孔，會使坍塌的巖土體與澆灌的混凝土混合在一起，形成樁身的局部夾泥。當回填土、粉土、砂土層較厚時，未能正確采用合適的護壁泥漿，或泥漿質量差，無法形成護壁泥膜或者形成的泥皮黏附力較差，泥皮容易脫落，導致孔壁的穩定性較差，在砂性土層中容易塌孔，形成樁身夾泥［1］。

2.2 樁底沉渣

樁底沉渣是鉆孔底部沉積物的統稱，其中包括了鉆孔過程中鉆機切削下來的和孔壁塌落下來的巖土，也包括了比重大、稠度大的劣質泥漿沉淀在孔底部的流塑狀混合物。沉渣堆積在樁底形成軟弱層，嚴重影響端承樁的承載能力。樁底沉渣過厚有以下幾個原因。

1）護壁泥漿不適合。護壁泥漿在黏土層中可以采用原土注水造漿護壁，在其他土層中均應人工制備泥漿。但是在實際施工過程中，施工單位為節約成本，大部分是采用原土造漿護壁的形式，且在施工進入各種土層中時，并沒有按規定測量泥漿各項指標，沒有及時調整泥漿濃度，容易導致塌孔或鉆孔過程中清渣困難，從而造成沉渣過大。

2）清孔清渣程度不夠。由于泥漿指標控制不當，無法將孔底的沉渣循環置換出來；由于用水緊張，孔內泥漿置換不充分，也會造成孔底沉渣厚度過大。

3）施工時間過長。施工工序沒有銜接好，或由于其他原因導致混凝土未及時到場，一次清孔結束至混凝土灌注的間隔時間過長；混凝土灌注之前，施工單位對二次清孔不夠重視，未認真進行二次清孔，導致孔內泥漿中的砂粒沉淀，泥漿失水、沉淀，造成沉渣厚度過大［2］。

2.3 樁身縮徑

灌注樁在澆筑過程中或澆筑結束后受到土壓力或者孔隙水壓力的擠壓造成樁身直徑縮小。造成樁身縮徑有以下幾個原因。

1）地質因素。在軟塑或流塑的黏土層或粉質黏土層中，當護壁泥漿差時，易于形成縮徑。

2）鉆孔放置時間過長。由于一些客觀因素的影響，鉆機成孔后不能及時地進行混凝土灌注，泥漿自重壓力無法支撐土層收縮及潰流帶來的壓力，最終導致鉆孔縮徑。

3）相鄰樁孔之間相互擾動。鉆孔灌注樁是先成孔，依靠泥漿護壁，然后在孔內成樁，周圍土移向樁身，土體對樁產生動壓力，尤其是在成樁初始，樁身混凝土的強度很低時，易形成縮徑。

2.4 樁身水平裂縫

灌注樁水平裂縫是指由于擠壓彎裂、混凝土熱脹冷縮、混凝土凝固速度不均勻等原因造成樁身水平方向的裂縫。具體原因如下。

1）擠壓彎裂。當灌注樁受到側向被動土壓力的擠壓作用時，若混凝土尚處于初凝期，灌注樁易受彎產生裂縫。這種情況多出現在軟土地區，當在施工場地內，灌注樁周邊有重型機械行走、樁單側有大面積堆載或進行快速非均衡開挖時，土體受到擠壓產生滑移從而擠壓灌注樁，使得灌注樁在樁側軟硬土層分界處或樁身質量薄弱部位的混凝土在受彎拉側產生水平裂縫。

2）混凝土熱脹冷縮。當樁周土的巖土性狀較好時，產生的樁側土阻力較大，對樁周的約束作用較強。為提高混凝土的強度，混凝土配合比不當或添加不合適的外加劑時，反而降低了混凝土的抗拉性能。混凝土初凝時，由于水化作用產生大量熱量，混凝土體積膨脹，而冷卻時體積明顯收縮，就會使得混凝土在初凝階段被拉裂形成水平裂縫。

3）混凝土凝固速度不均勻。在淤泥質土層、砂層與粉質黏土層的分界部位，由于淤泥質土、砂層的含水率高，使得位于該土層的混凝土凝固速度快，混凝土先凝固；而粉質黏土層含水率較低，位于該土層的混凝土凝固速度慢，混凝土繼續塌落，導致混凝土在土層的交界處被拉裂，形成水平裂縫［3，4］。

2.5 混凝土離析

混凝土離析是指混凝土的粗骨料、細骨料無水泥漿包裹或膠結不密實，水泥漿及細骨料流失，粗骨料呈松散狀態的現象。分析其原因如下。

1）混凝土初灌量不足。建筑工地的貯料斗的容積較小，當樁徑較大時無法滿足初灌量能使導管一次埋入混凝土面以下 0.8 m 以上的要求；樁基施工單位在施工過程中直接把混凝土灌入充滿泥漿的導管內進行水下混凝土灌注，未設置隔水栓，造成樁端混凝土離析。

2）澆筑過程中導管離樁底過高。造成封底不充分，在樁孔底部由于水壓最大，最底下的混凝土直接下到樁孔底部后直接沉底而未翻漿，造成混凝土與底部存水稀釋造成離析。

3）地下水豐富。澆筑混凝土過程中，有流動水沖刷混凝土，將水泥及砂漿帶走造成離析。

3 旋挖灌注樁樁身質量常用的檢測方法與工程實例

3.1 旋挖灌注樁樁身質量常用檢測方法

參考 DBJ/T 15－60－2019《建筑地基基礎檢測規范》［5］，常用檢測方法有：低應變、高應變、聲波法、鉆芯、孔內攝像等，優缺點如表 1 所示。綜合現有的檢測技術手段，根據各種檢測方法的特點，大直徑灌注樁樁身質量檢測的最有效的測試方法是綜合低應變、聲波法、鉆芯、孔內攝像法，不同方法相互補充、相互驗證，可快速排除干擾，準確檢測出樁身質量缺陷。

表1 樁身完整性各種檢測方法的優缺點

3.2 深圳地區旋挖灌注樁樁身質量缺陷檢測工程實例

工程實例 1：某工程項目采用旋挖灌注樁基礎，樁徑 800～1 200 mm，樁端持力層為中風化花崗巖和微風化花崗巖，設計混凝土強度等級為 C 35。場地地層自上而下分為：人工填土、淤泥質黏土、礫砂、淤泥質黏土、礫質黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖、微風化花崗巖。

現場對 257 # 號旋挖灌注樁采用低應變檢測，發現在 7.0 m 處存在正向反射，14.0 m 存在二次正向反射，懷疑該樁在 7.0 m 處存在較大缺陷，如圖 1 所示。隨后采用鉆芯法驗證檢測，在芯樣的 7.0 m 處發現有斷口，未發現明顯缺陷，如圖 2 所示。再采用孔內攝像法進行驗證檢測，在鉆芯孔內 7.0 m 處見水平裂縫，如圖 3 所示。該樁采用低應變、鉆芯、孔內攝像 3 種方法進行檢測，3 種方法相互驗證，綜合判斷，結果判定該樁存在水平裂縫的質量缺陷。

圖1 257 # 樁低應變檢測曲線

圖2 257 # 樁抽芯檢測圖片

圖3 257 # 樁孔內攝像圖片

工程實例 2：某工程項目采用旋挖灌注樁基礎，樁徑 1 800 mm，樁端持力層為中風化變質砂巖，設計混凝土強度等級為 C 30。場地地層自上而下分為：強風化變質砂巖、中風化變質砂巖、微風化變質砂巖及中風化變質砂巖夾層。

現場對 1-5# 旋挖灌注樁采用超聲波檢測，發現在 11.80～12.76 m 處聲波波速、波幅明顯降低，懷疑該樁在以上位置存在較大缺陷，如圖 4 所示。隨后采用鉆芯法驗證檢測，在 11.88～12.76 m 處發現樁身混凝土離析，如圖 5 所示。再采用孔內攝像法進行驗證檢測，在鉆芯孔內 11.80～12.76 m 處見混凝土離析，如圖 6 所示。該樁采用超聲波、鉆芯、孔內攝像 3 種方法進行檢測，3 種方法相互驗證，綜合判斷，結果判定樁存在混凝土離析的質量缺陷。

圖4 1-5 # 樁超聲波檢測圖片

圖5 1-5 # 樁抽芯檢測圖片

圖6 1-5 # 樁孔內攝像圖片

4 灌注樁樁身質量缺陷常用處理方法與工程實例

4.1 洗孔注漿處理

洗孔注漿處理適用于樁底沉渣、樁身夾泥、水平裂縫等缺陷的處理。洗孔注漿處理是一種通過鉆芯孔對樁身或樁底進行高壓洗孔，清洗出泥砂后，在孔內高壓注漿的方法。

①定位鉆孔：根據缺陷的大小、位置及樁的直徑，合理布置新的鉆芯孔，孔數應滿足洗孔注漿處理的要求，新鉆孔需與原鉆芯檢測孔底部連通，保證處理效果。

②采用高壓旋噴樁機清洗：鉆孔完成后，分別在各個孔內放下高壓噴射頭，采用清水在樁的缺陷段上下反復進行噴射清洗，清洗的范圍為缺陷段位置上下各 0.5 m，清洗時噴管的提升速度宜為 10～15 cm/min，旋轉速度宜為 20 r/min。在一個孔內進行切割清洗時，另一個孔內有水溢出時，可認定缺陷部位已貫通，可更換另外一個孔清洗，直至所有鉆孔全部貫通。各鉆孔之間連通后，利用高壓清水的循環將泥沙及廢渣等從孔口排出樁外，當孔口的水由濁變清時，再換其他孔進行處理，直至所有的孔流出清水時，清洗工作完成。清水旋噴洗孔水壓 20～25 MPa，流量 75～90 L/min、風壓0.6～1.2 MPa。

③高壓注漿：孔內清洗完畢后，用壓漿設備置換清水，在未封閉口前，通過壓漿管壓入水泥漿，將鉆芯孔內的清水全部置換出來，當鉆芯孔口出現大量的濃水泥漿時，且該水泥漿與注入的水泥漿液比重基本相同時，可繼續補漿，使需補強部位得到水泥漿的充分填充而使其整體性增強。注漿壓力 15～20 MPa、提升速度 8～12 r/min。注漿材料可選擇 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥或超細水泥灌漿料（水灰比 1∶1）。采用 P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，鉆出的水泥漿體 28 d 齡期的抗壓強度可達 20～30 MPa，強度可能略低于設計強度要求；采用超細水泥灌漿料短期內強度較高，鉆出的水泥漿體 7 d 齡期的抗壓強度可達 40 MPa，28 d 齡期的抗壓強度可達 60～70 MPa，強度能滿足設計強度要求，可有效地縮短注漿處理后檢測的時間。

工程實例 3：某工程項目采用旋挖灌注樁基礎，樁徑 1 800 mm，樁端持力層為中風化變質砂巖，設計混凝土強度等級 C 30。場地地層自上而下分為：素填土、強風化變質砂巖、中風化變質砂巖、微風化變質砂巖。

現場對 2-2 # 號旋挖灌注樁鉆芯檢測，該孔在17.95～19.35 m 處見沉渣，如圖 7 所示。該樁采用洗孔注漿的處理方式，用高壓清水旋轉噴射清洗樁底后，采用超細水泥灌漿料進行高壓注漿處理。處理后鉆芯檢測，純水泥漿芯樣抗壓強度達到 72.80 MPa，如圖 8 所示。

圖7 2-2 # 樁處理前鉆芯芯樣圖片

圖8 2-2 # 樁處理后鉆芯芯樣圖片

4.2 鑿井取芯處理

鑿井取芯處理適用于樁身有局部離析的缺陷處理。鑿井取芯處理是一種在缺陷樁中心開挖一定直徑的井，深度須超過缺陷部位，再對新井清洗泥砂，再灌注膨脹混凝土的方法。

①封堵鉆孔：封堵住抽芯檢測的鉆孔，防止地下水上涌和破壞持力層。

②鑿井取芯：采用取芯管徑為 150 mm 的水磨鉆在樁中心鑿井施工，井徑≥1 m，按照分層取芯、破裂、取巖塊的循環工序，分層鑿井開挖至缺陷部位。

③鑿除清渣：鑿除樁身中離析的混凝土渣樣和蜂窩區域、挖出沉渣等，將樁身混凝土臨空面或樁底沖洗清理干凈。

④灌注混凝土：采用高 1～2 個等級的混凝土進行灌注，混凝土在樁身缺陷空隙中擴散滲透，并與原樁身混凝土重新固結成為整體，從而有效提高了樁身的剛度和強度［6］。

工程實例 4：某工程項目采用旋挖灌注樁基礎，樁徑 1 600～2 000 mm，樁端持力層為微風化花崗巖，設計混凝土強度等級 C 40。場地地層自上而下分為：人工填土、粗砂、含砂粉質黏土、礫質黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖、微風化花崗巖。

現場對 60 # 號旋挖灌注樁鉆芯檢測，該孔在 9.62～ 11.42 m 處見離析，如圖 9 所示。該樁采用鑿井取芯法進行處理，在樁底鑿除離析混凝土，沖洗清理干凈，露出完整的持力層巖面后，澆筑新的混凝土，如圖 10～圖 12 所示。

圖9 60 # 樁 處理前鉆芯芯樣圖片

圖10 60 # 樁鑿井側壁圖片

圖11 60 # 樁鑿井取芯及開挖出的離析渣樣

圖12 60 # 樁渣樣清理后樁底圖片

5 結語

旋挖灌注樁在深圳地區應用廣泛，施工過程中易出現各種質量問題，需要了解出現質量缺陷的原因，加強施工過程中關鍵技術的控制。檢測過程中應充分利用現有的檢測技術，采用多種方法進行驗證，確保準確發現各種質量缺陷，并確定缺陷的具體位置和范圍。對于存在質量缺陷的樁及時采取有效的加固補強方法進行處理，確保基樁質量滿足設計要求。樁基的施工質量直接關系到主體結構的安全，必須對樁基施工中出現的質量問題以及安全隱患采取科學合理的方式處理，才能確保樁基質量安全可靠。本文為深圳地區旋挖灌注樁質量檢測及缺陷處理方法提供了參考。Q