冲孔灌注桩质量事故的原因分析及加固处理

张晓波 屈建军 毛南美

1 概述

随着我国的经济建设发展,建设工程(包括工业及民用建筑工程、市政工程等)在其基础施工中,冲孔灌注桩由于其承载力高,沉降量小,经济,施工方便,且适用范围广,能穿越地下水位上下的各类复杂地层,能在黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层施工以外,还能穿透旧基础、建筑垃圾填土或大孤石等障碍物,形成较大的单桩承载力,适应各种地质条件和不同规模的建筑物等优点被广泛应用[1-3]。冲孔灌注桩是冲击钻成孔,然后在孔内灌注混凝土或钢筋混凝土而成,主要用于岩土层中成孔,成孔时将冲锥式钻头提升到一定高度后以自由下落的冲击力来破碎岩层,然后用掏渣筒来掏取孔内的渣浆。

本文结合规范简要分析中国建设银行三峡分行综合业务楼的冲孔灌注桩施工过程中沉渣厚度超标的原因,介绍了后压浆加固处理方法的注浆材料、施工方法、注浆工艺和质量控制措施。最后根据整个质量事故处理的过程,提出采用冲孔灌注桩施工中应注意的问题。

2 工程概况

中国建设银行三峡分行综合业务楼位于宜昌市西陵一路与沿江大道交汇处,场地地面高程为55.60 m～56.92 m,地势较平坦,地貌上属于长江一级阶地。项目用地面积13 706 m2,建筑面积31 000 m2,其中地下室面积约为4 940 m2。建筑物包括塔楼及两侧的裙楼,均设有1层地下室。该楼基础采用冲孔灌注桩,共118根,设计桩径1 000 mm～1 800 mm,单桩承载力特征值为2 500 kN～25 800 k N,桩长约12 m～20 m,桩端持力层为卵石层或中风化砾岩。

按《岩土工程勘察规范》规定,本工程的重要性等级为二级,场地等级为二级,岩土工程勘察等级为乙级。根据《建筑桩基技术规范》规定,本工程建筑桩基设计等级为甲级。经勘察及区内地质调查,工程区内结构相对简单,有良好的持力单元层,无活动断裂构造带,现场工程区域稳定安全,勘测钻孔范围内无溶洞且无软弱下卧层存在。

3 沉渣厚度过厚的原因分析

中国建设银行三峡分行综合业务楼共有118根冲孔灌注桩,其中主楼29根,裙楼89根。因场地限制一起施工106根桩,开挖检测 93根(包括主楼29根、裙楼64根)。由专业的检测中心进行3根桩的静载试验,满足设计要求;低应变检测Ⅰ类桩80根,Ⅱ类桩13根;超声波检测11根,均为Ⅱ类桩。对主楼29根、裙楼6根桩进行钻芯检测发现,裙楼 4根桩,主楼N53号,N72号,N73号3根桩底沉渣均超标。

根据GB 50502-2002建筑地基基础工程施工质量验收规范和DB 42/269-2003建筑地基基础检测技术规范,对于端承桩沉渣厚度应满足不大于50 mm的要求。

综合分析,造成这种问题的原因有两个方面:

1)在冲击钻进成孔时,有部分钻机使用了空心筒式钻头,该类型钻头前部有一个φ500～φ700的前导体,长度500 mm～700 mm,上部是φ1 000,φ1 300,φ1 800的大圈体。在成孔过程中,特别是在卵石层和基岩中冲击钻进,主要是靠相对耐磨的前导体和大圈体相互配合成孔,相当于是分级钻进,尤其对于较大直径钻孔,能有效提高成孔效率和保证钻孔垂直度。虽然前导体不算有效桩长,但在水下混凝土灌注过程中,导管底部是下到前导孔内,首灌混凝土对孔底沉渣有较强冲击力,但在变径处(由φ500～φ700突然变成φ1 300,φ1 800)冲击力减弱,容易造成少量沉渣残留在桩的外边缘处,使少量桩底外缘局部沉渣厚度不满足设计和规范要求。

2)在灌注水下混凝土过程中,要求混凝土具有良好的和易性,以确保混凝土自重密实。在灌注前每根桩检查两次混凝土坍落度,在灌注混凝土过程中反复活动灌浆导管,充分排出混凝土中的气泡,以增加水下混凝土的密实度。由于桩径过大,活动灌浆导管不能排出混凝土中全部空气,致使混凝土有可能出现局部柱状泌水,带走混凝土中的水泥砂浆,造成桩身局部混凝土强度不满足设计要求。

4 后压浆加固处理方法及质量控制措施

1)注浆材料。选用P.O42.5高标号水泥配制水泥浆液,水灰比控制在0.6～1.0,采取立式水泥搅拌机,水泥浆搅拌均匀,搅拌时间不少于3 min,初凝时间大于45 min,浆液现拌现用。2)施工方法。施工中将φ25钢管下入钻芯孔中,先用压力水清洗孔内残留物及孔底沉渣,待返出水变清就可准备压浆。压浆时上部用特制专用密封装置封闭,预留一个带阀门的返水和返浆管,将水泥浆液通过钢管由压力作用压入桩端的孔隙中,使得原本松散的沉渣和裂隙胶结成一个高强度的结合体。水泥浆液在压力作用下由桩端在地层的孔隙里向四周扩散,对于桩端持力层为卵石的单桩区域,向四周扩散相当于增加了端部的直径,向下扩散相当于增加了桩长,从而满足结构的承载力和沉降要求。3)注浆工艺。a.注浆机械采用SYB50-50Ⅱ型注浆机,施工前将机械压力调试好,待返出水泥浆液后,关闭返浆管阀门,逐步提高压浆压力,注入较浓水泥浆,保证桩底注浆体强度满足设计要求。b.注浆压力达到3 MPa～10 MPa后,稳压3 min～5 min,若吸浆量明显减小至不吸浆,即可停止压浆。终止注浆压力和注浆量双控,若压力达不到要求,但注浆量达到加固段理论吸浆量的2.5倍(加固段理论吸浆量按沉渣厚度乘以桩截面面积计算),可终止注浆。单孔注浆结束后,首先关闭注浆管顶端阀门再卸高压管,防止管内浆回喷。c.压浆结束后,先拆除特制专用密封装置,拔出注浆管,再向孔内回补水泥浆至孔口。4)质量控制措施。施工前对操作人员进行交底培训,以提高工人素质,确保施工质量。按照JGJ 94-2008建筑桩基技术规范及相关技术规程的要求,严格控制水泥浆液配制和注浆压力,在注浆管顶加装闸阀以防止冒浆。注浆量应至少达到加固段理论吸浆量的2.5倍以上,经过以上后压浆加固处理后桩应再做钻芯检测,要求桩端底部承载力应达到原桩身强度。

5 结语

裙楼的4根桩和主楼的3根桩经过后压浆加固处理后,满足设计要求;15 d后再由检测中心对以上桩进行钻芯检测,强度和沉渣厚度均满足设计要求。为了便于后期加强沉降观测,在这些桩对应的轴线处设置了沉降观测点。

从中国建设银行三峡分行综合业务楼冲孔灌注桩沉渣厚度过厚的质量事故原因分析及处理中得到启示,采用冲孔灌注桩施工时,应控制好泥浆稠度,保证能对孔壁有效支护,使桩身质量得以保证,同时应采取合理的措施及施工工艺,保证孔底沉渣厚度满足规范要求,还应该按照环保的要求切实做好排污的工作。

在冲孔灌注桩施工过程中,需要深入的理解和采取科学严谨的态度,建立健全质量保障体系,严格控制好施工中的每一道工序,保证施工质量是完全可以做到的。

[1] 翁惠媛.论某工程中冲孔灌注桩施工质量控制分析[J].四川建材,2009,35(1):34-35.

[2] 甄 宁.高压旋喷桩+冲(钻)孔灌注桩在基坑中的应用[J].山西建筑,2009,35(2):109-110.

[3] 方 建.浅谈建筑工程中冲(钻)孔灌注桩施工问题分析、预防及处理[J].广东科技,2009(2):191-192.