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某高层建筑嵌岩钻孔灌注桩质量缺陷原因分析及处理

2025-08-10 34 上传者：管理员

摘要：桩基施工过程属于隐蔽性施工，若施工工艺控制及管理不到位易导致施工质量缺陷，从而对建筑整体结构安全构成严重威胁。研究结合某高层建筑嵌岩钻孔灌注桩检测过程发现的施工质量问题，对施工因素导致的基桩质量缺陷原因进行了综合分析。针对不同施工质量缺陷，也提出了相应的加固处理方案，并通过验证检测表明了加固处理的有效性，可为解决类似工程问题提供借鉴。

关键词：
低应变法
嵌岩钻孔灌注桩
桩底沉渣
钻芯法
高压注浆
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桩身缺陷及桩底沉渣厚度超标是较普遍的施工质量通病,对桩基质量产生严重影响,对上层建筑整体结构的安全造成巨大隐患｡漳州某高层建筑基础采用钻孔灌注桩,在进行桩基检测的过程中发现了一些质量问题｡本文结合检测结果对该桩基工程因施工因素造成质量缺陷问题进行了成因分析,并针对不同桩基质量缺陷提出相应切实可行的加固处理方案｡

1、工程概况

拟建工程场地位于福建省漳州市高新区,主楼地上33层､地下2层,地下室开挖深度为9.8~14m,上部主体结构形式为钢管混凝土柱(钢梁)框架–钢筋混凝土核心筒结构｡本工程基础设计等级为甲级,采用端承型钻孔灌注桩,中风化花岗岩为计桩端持力层,总桩数117根,桩身直径1200mm,混凝土强度等级为C35,单桩竖向抗压承载力特征值9700kN｡

根据工程地勘报告,各土层的物理力学指标及相关设计参数见表1｡

表1各土层的物理力学指标及相关设计参数

2、基桩检测情况及结果分析

2.1工程桩检测

本工程的灌注桩均为嵌岩桩,单桩承载力高,对桩身混凝土强度及桩底嵌岩情况要求严格,桩身存在缺陷或桩身混凝土强度不足,在大荷载作用下可能造成桩身破坏;嵌岩不良或沉渣厚度超标将严重影响桩端承载力的发挥,造成桩沉降量的增大,对桩基础的上层建筑整体结构造成巨大安全隐患｡

为检验桩基施工质量,本工程根据设计施工图纸并依据相关标准规范文件要求随机选择受检桩进行单桩竖向承载力检测及桩身完整性检测｡为了能够有效提高对基桩检测结果判定的可靠性,桩身完整性检测宜选择声波透射法､钻芯法､低应变法等多种检测方法进行相互补充､验证｡

本工程地下室开挖较深,地下室开挖后进行桩基静载检测难度较大,因此为保证静载试验顺利进行,根据相关要求,需预选9根工程桩施工至现有地面,待工程桩全部施工完毕后,从中随机选取3根检验桩进行工程桩承载力静荷载试验｡

由于静载试验桩属于预选指定性选桩,根据设计及相关要求,本工程预选定桩以外的基桩,待全部工程桩施工完成且符合相关规定及要求后,随机选择5根工程桩,采用钻芯法测定其沉渣厚度并检验桩端持力层,作为因静载试验为预选桩的补充性检测｡根据以上工程桩验收检测原则,根据施工现场检测条件,依次安排各项检测工作｡

2.1.1单桩承载力检测

单桩竖向抗压静载试验由施工至现有地面的9根工程桩中随机选取3根进行试验;由于3根试桩施工至现有地面标高,考虑设计标高以上部分土摩阻力取值600kN,因此3根试桩最大试验荷载按20000kN施加,每级荷载增量均为2000kN｡各试桩检测结果见表2｡检测结果表明,3根预选桩单桩竖向抗压静载试验检测结果均满足设计要求｡

表2抗压静载试验结果

2.1.2桩身完整性检测

基坑开挖完毕后,安排桩身完整性检测,根据设计要求选择钻芯法､声波透射法､低应变法等3种检测方法｡检测结果表明,钻芯法检测5根,其中有4根受检桩不满足设计要求,各试桩钻芯法检测结果见表3｡声波透射法检测12根,其中Ⅰ类桩9根,Ⅱ类桩3根,均满足设计要求;低应变法检测117根,其中桩身完整性Ⅰ类桩107根,Ⅱ类桩9根,Ⅲ类桩1根(53号桩,12.5m附近明显缺陷),但发现部分检测桩的桩底时域反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向或未见明显入岩反射等情况,结合钻芯法检测结果分析,这部分桩可能存在桩端嵌岩不良或沉渣较厚的情况,应采取钻芯法､静载试验或高应变法核验桩端嵌岩情况｡

表3各试桩钻芯法检测结果

2.2验证与扩大检测

鉴于工程桩验收检测中桩身完整性检测发现,部分检测桩存在的施工质量缺陷及低应变法检测发现可能存在缺陷问题,根据设计及相关规范要求,应进行验证与扩大检测工作｡综合考虑现场检测条件及后续处理需要,确定采用钻芯法,验证桩身完整性､桩身混凝土强度､测定桩底沉渣厚度及桩端持力层性状核验桩端嵌岩情况｡

根据钻芯法检测及低应变法检测情况,确定选取钻芯法检测桩数合计22根,均选自低应变法检测疑问桩｡检测结果显示所选22根受检桩的桩身完整性､桩身混凝土强度､桩端持力层均满足设计要求,而只有5根所检桩的桩底沉渣厚度满足设计要求,其余17根试桩的桩底沉渣厚度均超过设计要求,测定厚度达到80~150mm｡

验证与扩大检测结果表明该项目桩基工程存在较大的施工质量缺陷,应认真组织论证分析缺陷原因,制订切实可行的处理方案,并严格按照要求进行加固处理,排除结构安全隐患｡

3、缺陷原因分析

结合桩基施工记录､施工日志､地勘报告､施工过程影像资料以及现场钻芯法检测混凝土芯样对缺陷桩进行综合分析,研判如下｡

(1)分析9号桩的两种桩端持力层的情况,可能是桩端岩体受到不可预见陡倾裂隙的影响,造成裂隙发育带上因岩石破碎,风化程度高,表现为强风化岩状态,而裂隙边上岩体风化程度低,表现为正常中等风化岩状态,而桩端正好落在裂隙及周边岩体上,由此造成桩底出现两种持力层的状况｡

(2)分析53号桩的桩身夹泥的情况,可能是雨季施工等原因造成泥浆比重降低,护壁减弱,或多次清孔时造成上部不稳定土层扰动,在浇筑过程中局部孔壁坍塌,从而形成桩身夹泥现象｡

(3)分析所检桩出现桩底沉渣厚度超过设计要求的情况,结合岩土工程勘察报告及成孔验槽情况,桩底沉渣超标主要原因是孔桩浇筑前清底不干净､灌注前等待时间过长,导致泥浆发生沉淀和桩孔孔壁发生部分垮塌｡

4、灌注桩加固处理

4.1加固处理原则及方法

根据对缺陷问题进行综合成因分析,按规范､规定要求制订切实可行的加固补强处理方案,做到施工过程及技术安全可靠,处理程序合法合规｡为确保结构安全,除了对钻芯法检测发现问题桩进行加固补强处理外,对所有低应变检测疑问桩均采用钻芯法验证并进行加固处理｡

针对桩端未全部进入设计持力层的桩,首先对桩端采用高压旋喷注浆加固,确保桩端受力均匀｡同时为确保基础受力满足设计要求,另采取补桩处理｡

针对钻芯法检测中出现的桩身夹泥或桩底沉渣厚度不满足设计要求情况的基桩,经综合分析成因并结合类似工程处理方法,确定采用高压旋喷清水冲洗,清理掉桩身或桩底杂质,然后采用高强无收缩浆料填充加固处理,使得桩身或桩底强度均达到设计要求,从而达到清理和加固的目的｡

高压旋喷注浆加固机理是根据桩身钻芯情况,首先通过检测钻芯孔通道,把钻杆钻具下放到孔内,对桩身夹泥处或桩底沉渣进行高压清水旋喷切割冲洗成泥浆及颗粒物｡

通过钻芯孔通道冲洗出桩外,待返水干净无携带物后,采用高压泵将注浆料注入孔底,置换孔内清水,注浆料在孔底碎石层和裂隙中高压旋喷充填扩散,使其与原桩身混凝土及桩端基岩重新固结形成整体,从而有效提高桩身及桩端持力层强度｡

4.2加固施工设计及技术要求

4.2.1加固施工设计根据检测出现的不同问题桩,按分类处理如下｡

(1)针对9号桩未全部进入设计持力层问题,作为主楼承重结构,为确保处理措施可靠和满足设计要求,对9号桩桩端采用高压旋喷注浆加固,确保桩端受力均匀;同时为保证基础受力满足设计要求,对9号桩采取补桩处理｡

(2)针对53号桩的缺陷部位在桩身处,桩身夹泥处桩侧缺陷较大,采用高压旋喷桩封闭包裹桩周,再对桩身缺陷部位进行高压旋喷清水冲洗､高压注浆加固处理｡

(3)针对桩底沉渣厚度超过设计要求的工程桩,采用高压旋喷清水冲洗清理掉桩身或桩底杂质,然后采用桩底高压旋喷注浆加固处理｡加固处理施工基本流程如图1所示｡

4.2.2高压旋喷桩施工技术要求

正式施工之前先进行室内配合比试验,以确定施工参数及施工工艺,确保成桩质量;材料采用普通硅酸盐水泥P·O42.5R,水泥用量不少于300kg/m3,水泥浆水灰比不大于1∶1;泥浆泵压力不小于25MPa,空压机压力大于0.7MPa,容量应大于9m,钻杆提升速度100~150mm/min,旋转速度20r/min,喷射量80~120L/min｡

图1加固处理基本流程

高压旋喷桩施工步骤如下:机械设备定位→预导孔放样→钻机成孔→旋喷桩就位→钻杆放至设计标高→压缩空气､浆液注入钻杆并进行自下而上旋喷→钻机冲洗､移位｡

为保证高压旋喷桩的成桩垂直度,应严格控制机架的平整及导向架的垂直度,确保垂直度偏差不大于0.5%,桩位偏差不大于50mm,并且控制注浆管分段提升的搭接长度不小于100mm｡桩身固结体单轴抗压强度要求为淤泥中28d不小于1.5MPa､砂层中28d不小于3.0MPa｡

4.2.3高压旋喷清水冲洗､高压旋喷注浆施工技术要求

根据处理设备､高压有效旋喷切割半径和类似工程成功处理经验,高压旋喷切割采用25~30MPa高压水进行切割冲洗｡确保处理后沉渣厚度满足原设计要求,桩身夹泥清理干净｡

钻芯法检测钻孔作为清洗孔和注浆孔使用,一般情况下,初次清水高压喷射切割冲洗至清水无携带物后静置3~4h,然后再进行二次冲洗至返清水静置12h后采用高清钻孔摄像仪查看冲洗程度｡若观测到冲洗尚未干净,应进行再次冲洗,冲洗干净后再进行高压旋喷注浆

注浆料采用CGM–ZM701高强无收缩灌浆料,水灰比按产品说明书中配置,保证浆料的流动性和比重｡注浆压力宜控制在2.0~5.0MPa,高压旋喷注浆处理后的泥浆固结体作为持力层或桩身夹泥填充料,28d龄期试块芯样抗压强度不得低于设计桩身强度要求｡

4.3加固处理后工程桩检测

由于地下室已开挖,场地条件不允许进行单桩承载力检测｡因此,确定采用钻芯法检测对加固处理后桩基进行验收检测,针对性验证桩身夹泥段､桩底沉渣段加固处理效果｡

根据工程桩实际处理情况,为验证处理效果,确定对9号补桩､53号桩并再随机选取5根(共7根)桩进行钻芯法验收检测｡检测结果表明,所检7根桩均满足设计要求,各桩加固处理效果良好｡

5、结论

(1)嵌岩钻孔灌注桩具有单桩承载力高､地质情况适用性强､施工技术较成熟等优点,应用广泛｡但该桩型施工过程属于隐蔽性施工,在桩基施工过程中若存在现场管理不到位等情况会严重影响成桩质量,如造成桩身夹泥､桩底沉渣厚度超标或桩端持力层未达到设计要求等情况,将对建筑整体结构安全造成隐患｡

(2)应重视工程桩检测,受检桩选择宜随机,并合理选择检测方法,通过两种或两种以上检测方法相互补充､验证,能有效提高工程桩检测结果判定的可靠性｡目前较多工程为了节省工期,工程桩检测验收通常是指定性检测验收,而不是随机检测验收;特别是工程桩的单桩承载力检测,通常是预选一定数量的工程桩从基坑底面设计标高施工至现有地面进行静载试验｡指定性检测验收的不利条件就是这部分工程桩的施工各个相关单位都较重视,检测验收的结果基本上都满足设计要求,而对于其他大量的工程桩由于各种原因可能会被忽视,由此可能给工程带来质量隐患｡

(3)对于缺陷桩,应合理制订切实可行的加固补强处理方案｡对于桩底沉渣厚度超标､桩身部分夹泥的嵌岩钻孔灌注桩,采用高压旋喷清水冲洗､高压注浆的加固处理方案,加固处理效果良好,可大幅减少工程处理周期及成本;而对于桩端持力层不满足设计要求的桩宜补桩处理｡

参考文献:

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文章来源:陈孝贤.某高层建筑嵌岩钻孔灌注桩质量缺陷原因分析及处理[J].建筑技术开发,2025,52(08):109-112.