混凝土灌注质量桩监督之探讨
时间：2022-04-17 09:19:01
【摘要】桩基础作为建筑工程强制监督内容之一，是建筑工程质量监督的重中之重，由于桩基工程的隐蔽性，给质量监督带来一定的难度，根据多年监督桩基质量的经验，本文提出了桩基监督的一些关键技术问题。
【关键词】灌注桩；质量监督；承载机理；地基承载力；桩身强度；缺陷；防治
中图分类号：TU37文献标识码： A
灌注桩(这里主要探讨成孔灌注桩并指端承桩，下文简称桩)质量监督从验收规范来看十分简单， 无非是地基承载力的鉴定、钢筋笼的检查与桩砼质量的判定，但由于地下工程不可见的因素很多，因此判定起来比较难以准确。笔者依据多年的工作经验及理论知识，分三个问题：从桩的承载机理看质量监督的关键，桩的缺陷与防治措施，桩质量的判定，围绕桩监督问题进行探讨。
1、从灌注桩承载机理看质量监督的关键
端承桩的承载机理是桩把荷载传递到桩的底部，它支承在坚固的岩土层上，不难得出桩的承载力取决于桩身强度与地基承载力。
当桩身强度〉地基承载力，桩的承载力＝地基承载力；反之，桩身强度〈地基承载力，桩的承载力＝桩身强度。
前面公式在孔底没有沉渣情况下成立。对挖孔桩沉渣不是问题，而沉渣问题对于钻孔桩则是存在的，沉渣量过大，桩受荷时发生大量沉降，桩将失效。
1.1桩质量监督关键之一──地基承载力的鉴定
从桩的施工程序来讲，在质量监督中，首先确保地基承载力符合设计要求，否则将使桩失效。
地基承载力取决岩层的构造情况、桩嵌入岩石的深度、岩石单轴饱和抗压强度。
如果施工地区处于断裂带，在施工中就要注意夹层的存在，如福州火电厂化学处理房，××单位施工的钻孔端承桩21号桩，经抽芯检验，发现该桩的桩底座落于软土上。因为该厂区落在佛山──诏安地震大断裂带上，存在夹层，在孔钻至夹层上破碎岩石时，施工单位以为已到微风化岩石，而在此破碎岩石层下，由于地震构造运动破碎层下面还有一层软夹层，致使抽芯时，发现桩底座落于软土上，桩承载力达不到设计要求。由于夹层的存在与施工单位的粗心大意，致使在化学处理区许多桩经抽芯检验，桩底没有支承在岩基上。
1.2桩质量监督关键之二──桩身强度的监督(在于施工工艺)
地基承载力符合设计要求，如桩身强度不足，桩的承载力亦得不到保证，桩身强度是桩质量监督的另一关键。
桩身质量监督主要在于监督混凝土的质量，桩身强度取决于钢筋笼的制作质量与砼质量。钢筋笼的制作检查，简单明了；而影响砼质量因素则很多，有些是可见的，有些是不可见的。在工程实践中，不少桩由于砼质量问题而使桩身强度达不到设计要求，因此桩身质量的监督主要在于监督砼的质量。
砼的缺陷往往是由于施工工艺不合理引起，因此必须对桩基工程的施工工艺、质量保证措施进行严格的监督,否则，起不到质量监督效果，工程验收时，对工程质量如何，将没有把握，检测出现的问题亦无从分析。
人工挖孔桩砼缺陷主要产生于砼浇捣工艺。成孔时，在土层设置护壁，而在岩石层，孔壁岩石自然护壁，一般不存在孔壁质量对砼产生多大的影响。主要监督砼浇捣工艺特别是有地下水的水下部分砼的浇捣，必须采用水下砼配合比与水下导管灌注等。
对摩擦桩来说，由于其受力机理是通过桩表面和周围土壤之间的摩擦力或依附力，逐渐把荷载从桩顶传递到周围的土体中，如果在设计中端部反力不大，端部的沉渣量对桩承载力亦影响不大；而对于钻孔端承桩，如果沉渣量过大，势必造成桩受荷时发生大量沉降，同样使桩的承载力失效。如福州火电厂化学处理房××单位施工的44号桩，桩设计承载力为2000kN，实施荷载试验时，当外荷载加至1400kN，桩就出现大量沉降，经多方面证实是因为桩端沉渣量过多，导致该桩失效，亦影响其它桩的评定。因此钻孔灌注桩另一个监督的关键还在于沉渣量的检查。
总而言之，人工挖孔桩质量监督的关键在于桩身混凝土浇捣工艺是否合理与地基承载力是否符合设计要求；钻孔灌注桩的关键不仅在于施工工艺与地基承载力，还在于沉渣量是否符合规范要求，因此对于人工挖孔桩来说，如桩存在质量问题，不是混凝土有缺陷，就是没有挖到持力层。而钻孔灌注桩检验不合格，就可能是桩底沉渣量过大，或砼有缺陷，或没有钻到持力层，或兼而有之。
2、砼灌注桩基础缺陷及防治措施
2.1人工挖孔桩：
桩身砼强度不足
原因：砼遭受孔内水的危害，引起砂浆稀释，砂石下沉，严重破坏砼的强度。
防治措施：
1）对于孔内有地下水，水位低、水量小的桩孔，在浇捣时把砼拌均，水抽干，可以采用串筒迅速浇捣，但是在水位以下部分，必须调整砼配合比，适当减少用水量并增加水泥用量等；
2)对于水位高、出水量大的桩孔，在水位下必须采用水下砼配合比与导管灌注法灌注，在水位之上，为了避免水下导管灌注通病──桩身上部砼强度低，则可采用简单串筒浇捣，但是水必须抽干，泥浆、浮浆要清除干净，两种不同方法施工的交接层，用插捣器穿过反复插捣。永安纺织厂剑杆车间出现4B桩质量事故后，施工单位依照笔者提供的上述防治措施，既确保了质量，又不影响施工进度，经动测检验，所有桩的砼质量都很好。
2.2钻孔灌注桩：
2.2.1桩底地基承载力不足
原因：桩端没有支承在持力层上面。
防治措施：这种情况一般出现在复杂地层，这种地层一般最好取芯检验，如不能孔孔取芯，要参照邻近取芯情况、钻速、泥浆返上的岩屑及钻进情况(一般钻进至微风化岩时，钻头不蹩钻，主动钻杆振动不很厉害，钻进声音感觉较好)、工程地质资料进行综合考虑。
2.2.2缩径(孔径小于设计孔径)
原因：塑性土膨胀。
防治措施：成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间，孔壁形成泥皮，孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀，如出现缩径，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。
2.2.3桩底沉渣量过大
原因：检查不够认真，清孔不干净或没有进行二次清孔。
防治措施：
（1）认真检查，采用正确的测绳与测锤；
（2）一次清孔后，不符合要求，要采取措施：如改善泥浆性能，延长清孔时间等进行清孔。在下完钢筋笼后，再检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，应进行二次清孔。二次清孔可利用导管进行，准备一个清孔接头，一头可接导管，一头接胶管，在导管下完后，提离孔底0.4m， 在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。二次清孔优点：及时有效保证桩底干净。
3、砼灌注桩质量判定之探讨
3.1人孔挖孔桩强风岩承载力的判定
如果端承桩荷载要求较小(小于1000kPa)， 而且地层是由强风化逐渐变到中、微风化，这时在桩底就可能遇到残积强风化物夹硬碎石层，这种情况桩底的承载力就视风化物的结构紧密、软硬情况、硬碎块的大小及含量而来判断地基承载力，即参照碎石土的承载力；但是对于风化成砂土状者，则参照砂土的承载力。由于工程勘察的局限性，这一层的承载力在报告中往往误差很大，这是由于该类岩层标准取值的误差太大，再加上缺乏必要的荷载试验作对比，又因为工程勘察时，取土的样不全面。作为质监部门，有条件的话要尽量做荷载试验作对比，对于人工挖孔桩，要下孔全面了解桩底岩石情况，参照有关经验知识来鉴定。
3.2中微风化岩承载力判定
影响桩底承载力的因素有：结构情况、桩底嵌入岩石深度、岩石单轴抗压强度。
一般承载力的判定方法是依据岩样的单轴抗压强度乘以回归系数，换算成岩石单轴饱和抗压强度标准值
F＝Y*frk
式中F──岩石地基承载力的设计值(kPa)；
Y──折减系数；
frk──岩石饱和单轴抗压强度标准值(kPa)。
上述的式子是规范中判定地基承载力的公式，该公式只反映所取岩样水化能力与单轴饱和抗压强度，在单轴抗压强度相同的情况下，由于岩石围岩压力阻碍了桩底岩石的破坏，因此桩嵌入岩石的长度越长，桩底地基承载力越高；在岩石段，对于人工挖孔桩，桩周摩擦阻力非常大，使得岩石对桩的承载力大增强；当然构造上的问题影响更大。
在桩基基底验收时，桩承载力的判定：
对于人工挖孔桩应检查岩石的构造情况。如果岩石裂隙发育较少，岩石完整性好，桩承载力可以取高值；反之取低值。同时还应检查岩层下面有没有夹层，发现岩石夹层方法：
（1）参考地质勘察报告；
（2）用锤击孔底岩石，如声脆亮，则没夹层或夹层下卧很深；
（3）在孔底边岩石层面高位下方，用工具挖小洞探明，如层面高位处下方有软层，根据岩石走向，说明有下卧软夹层。
如发现岩石下卧软夹层，施工时应挖除软夹层。
3.3钻孔灌注桩基底承载力判定。
岩石构造只能参照工程地质勘察报告，与钻进情况(如钻进基岩时，钻杆不会异常振动，孔底钻头研磨岩石声音均匀，说明岩石层比较完整，反之，岩石裂隙比较发育)。
要判断岩石承载力，必须作适量抽芯检验，对于没有取芯的桩孔，依下列几个方面进行综合考虑：
（1）邻近孔的取芯情况；
（2）泥浆循环返上来的岩屑；
（3）钻进情况；
（4）工程地质勘察报告。
对于嵌入岩石比较深的桩，与人工挖孔桩一样，同样可以考虑岩石的围压作用，但是对于桩周摩擦阻力，则不可过高计算在内。因为机械成孔大部分靠泥浆护壁，泥浆循环在孔壁岩石上形成一层坚硬泥皮，由于在桩体与孔壁之间存在这层泥皮，使得桩在该段岩石的摩擦阻力大大降低，甚至没有存在，因此在判定钻孔桩底地基承载力时应着重考虑取上岩样本身构造情况、力学性能、物理性能、围压作用，不宜考虑桩周摩擦力；虽然机械湿孔作业的摩擦桩主要告摩擦力承载，但由于其桩长比较大，整体桩不规则外形，使其具有较大的桩周摩擦力。
3.4桩身混凝土质量判定。
比较准确判断桩身砼质量的是静载与抽芯，但是由于静载、抽芯为损伤性检验，且费用高、时间长，所以常常采用动测法判定桩身混凝土的质量，而动测法具有一定的局限性，动测结果不能作为桩基工程竣工的验收依据，用于普查质量仅供验收参考。
判断混凝土质量还要依施工单位素质，掌握施工过程实际情况与施工记录。主要依据：掌握施工过程情况与施工记录。
（1）审查主要施工人员、施工单位所施工过的工程质量情况。
（2）审查施工工艺是否适合于施工的实际情况，采取了什么质量保证措施。如：挖孔桩水位高、水量大、有没有采用水下砼配合比与水下导管法灌注，如没有，依出水量大及浇捣方法，就可推断混凝土严重离析等；钻孔桩钢筋笼如没有设置混凝土保护层垫块，再检查一下灌完桩钢筋笼的位置情况，可推定保护层是否严重不足；
（3）对施工记录进行审查，要求施工单位认真做好成孔记录与灌注记录，认真分析记录中出现的机械故障及孔内异常情况、事故等，并进行推断。比如：在成孔记录中没有发现塌孔现象，而桩的充盈系数又大，说明在浇注的过程中有塌孔现象，必然导致桩底沉渣量过多或桩身砼夹砂、夹泥，桩体形成“大肚子”；如果在施工过程中曾发生过堵管事故，拨管后进行二次灌注，就会存在断桩或夹泥层。但缺陷的严重程度还要分析其事故具体处理措施而得知。笔者曾在福州火电厂罐基础桩施工时，其中的一个桩孔砼灌了一段，因机械出现故障，导管很难拔上来，最后强行拔上，由于底部泥浆很浓，冲洗孔底孔壁会坍塌，泥浆循环渣不能彻底清除，该孔再进行二次灌注肯定出现断桩，因此该桩孔报废。如用套管护壁就可以把孔底清洗干净，再二次灌砼；
总之，质量监督中桩砼质量的判定，要掌握现场施工实际情况与工艺情况、准确的现场施工记录，并了解施工单位素质，方可比较准确判定砼质量。
综上所述，砼桩质量监督的关键环节在于地基承载力的鉴定，审查砼施工工艺是否合理，掌握桩缺陷的防治措施。这样才能对砼桩质量进行控制，达到质量监督的目的。
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