人工挖孔灌注桩混凝土局部离析原因分析及对策.docx

人工挖孔灌注桩混凝土局部离析原因分析及对策.docx

《人工挖孔灌注桩混凝土局部离析原因分析及对策.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人工挖孔灌注桩混凝土局部离析原因分析及对策.docx（9页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

人工挖孔灌注桩混凝土局部离析原因分析及对策

人工挖孔灌注桩混凝土局部离析原因分析及对策

初旭东罗永强刘洪勋

【摘要】本文通过对烟台市锦绣新天地工程人工挖孔灌注桩混凝土局部离析原因的分析，提出相应的预防措施及对策。

【关键词】人工挖孔灌注桩、混凝土离析、预防措施、对策

一、前言

人工挖孔桩具有机具设备简单，施工操作方便，占用场地小，无泥浆派排出，对周围环境及建筑物影响小，施工质量可靠，可全面展开施工，缩短工期，造价低等优点，因此，近几年得到广泛运用，特别是在扩大头的桩基施工中，人工挖孔桩施工更有其优越性，可以弥补机械施工的一些不足。

但在施工过程中因操作不当、现场技术管理不到位，往往造成桩体出现质量缺陷，而桩体混凝土离析已成为桩基施工质量通病，施工前应制定有针对性的技术保证措施，并且编制可靠的应急处理措施。

二、工程概况

锦绣新天地工程是烟台市政府为贫困职工解决住房的重要工程。

本工程位于烟台市芝罘区黄务镇套口村，东为厂区，西是一条南北走向的河流，北为港城西大街，南是农用耕地。

总建设面积约为50万平方米，共有43个单体，均为高层建筑。

所有单体工程基础均设计为人工挖孔桩，各个单体工程基础设计的人工挖孔桩数量有53支、71支不等。

桩径分为Ф800和Ф1000两种类型，桩长设计为10-17米不等，桩端持力层设计在第八层强风化岩层上，个别单体设计在第六层碎石层或第九层中风化片麻岩上。

三、工程地质情况

（一）地质情况

地层构造自上而下分述如下：

（1）素填土：

黄褐色，松散-稍密状态，稍湿。

主要为粘性土、中粗砂及碎石回填而成，局部地方上部有0.30~0.50m耕植土，含植物根系、碎石角砾等，新近回填，固结性较差。

（1-1）杂填土：

杂色，松散-稍密状态，稍湿。

表面为砼地面，厚约0.20m，下部主要由碎石砖等建筑垃圾回填，新近回填，固结性较差。

（2）粉土：

黄褐色-浅灰色，密实状态，湿。

稍有光泽，含较多云母碎屑，夹角砾，局部混粉细砂较多，局部夹粉质粘土薄层，分布不规律。

韧性低，干强度低，摇震反应缓慢。

该层土均匀性一般。

（3-1）粉质粘土：

灰色-灰黑色，软塑-可塑状态。

切面稍光滑，韧性中等偏低，干强度中等，无摇震反应。

局部相变为粉土或接近淤泥质的粉质粘土，局部夹碎石、角砾和中粗砂薄层。

该层土质均匀性差。

（3）粉质粘土：

灰色-灰黑色，可塑-硬塑状态。

切面稍光滑，韧性中等偏低，干强度中等，无摇震反应。

局部相变为粉土，局部夹碎石、角砾和中粗砂薄层。

该层土质均匀性一般。

（4）含粉质粘土砂：

灰黑色，稍密-中密状态，饱和。

切面稍光滑，主要矿物成份为长石、石英。

以粗砾砂为主，含少量碎石角砾，混粉质粘土，局部夹粉土、粉质粘土薄层，分布不规律。

该层土质均匀性一般。

（5）粉质粘土：

灰色-灰绿色，可塑-硬塑状态。

切面稍光滑，韧性中等，干强度中等，无摇震反应。

局部相变为粉土，层间夹碎石、角砾和中粗砂薄层。

该层土质均匀性一般。

（6）碎石层：

灰色-灰绿色，中密状态，饱和。

碎石含量40%-70%，棱角形，次棱角形，一般粒径20-40mm，最大粒径120mm，母岩成份以花岗岩为主，主要由中粗砂、砾石及粉质粘土填充。

局部顶部含中粗砂较多。

层间夹粗砂角砾和粉质粘土薄层。

该层土质均匀性一般。

（7）全风化片麻岩：

黄褐色，细粒变晶结构和片麻状构造，主要矿物成份为长石、石英。

含云母及角闪石成份，矿物成份已风化蚀变，局部夹云母片岩，风化呈土状，可干钻，遇水易软化崩解，局部夹强风化碎块，风化不均匀，锤击声哑，无回弹，有较深凹痕，手捏可碎，岩石坚硬程度为极软岩，岩体节理裂隙发育，岩体结构、构造基本破坏，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

（8）强风化片麻岩：

黄褐色-浅灰色，细粒变晶结构和片麻状构造，主要矿物成份为长石、石英。

含云母成份，局部夹云母片岩，风化不均匀，局部地方上部有全风化薄层，局部夹石英岩脉薄层。

岩芯呈小碎块状，干钻困难，采用泥降护壁回转钻进较易，但岩芯较破碎，RQD=0，岩石坚硬程度为极软岩，岩体节理裂隙发育，结构面结合差，裂隙壁风化剧烈，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

（9）中风化片麻岩：

灰色，细粒变晶结构和片麻状构造，主要矿物成份为长石、石英。

含云母成份，岩芯较完整，RQD值介于20-60，岩芯呈短柱状，5-20cm，锤击不清脆，无回弹，易沿其解理面击碎，岩石坚硬程度为极软岩，岩体风化裂隙发育，结构面结合一般，裂隙壁风化剧烈，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

（二）水文情况

场区地下水类型主要为第四系空隙潜水，主要附存于第四层含粉质粘土砂层及第六层碎石层中。

地下水主要受大气降水渗入，西侧河水汇集地下水的侧向径流为主要补给，以大气蒸发、人工开采和地下径流为主排泄。

地下水年变幅0.5~1.0m。

四、桩体混凝土离析原因分析

桩体混凝土浇注完28天后，经检测发现29#楼的第17号桩和30#楼的第40号桩出现桩体局部混凝土离析现象，两幢楼的工程基础桩的数量均为71支，其中桩径Ф1000的各有30支，桩径Ф800各有41支，两支缺陷桩的桩径均为Ф1000，桩的设计长度分别为13.5米和13.1米，桩位分布详见桩位平面布置图1。

具体质量缺陷如下：

1、桩底混凝土胶结不良，呈散体状，桩在规范允许的持力层厚度范围内有破碎岩石分布，岩芯呈碎块状。

2、桩身中部抽出的混凝土芯为水泥砂浆，未见碎石；桩在规范允许的持力层厚度范围内存在大小不一的孔洞和缝隙，缝隙范围内含黄褐色软塑状粘土（部分含砂石）。

经认真分析，原因有以下几条：

第一、根据地质报告知地下水较丰富，且人工挖孔过程中未采取有效降水措施降低地下水位，而在混凝土浇注过程中又未采取水下混凝土浇筑的技术措施。

第二、混凝土采用泵送商品混凝土，混凝土倾倒落差过大，未采用串筒或溜槽浇筑。

第三、地下水较大，施工过程中虽采取降水措施，在混凝土浇筑前将桩孔内的水抽干，但地下水在混凝土浇注过程中从桩底岩缝和护壁混凝土缝隙不停涌入桩孔内。

第四、混凝土灌注过程中因孔内水量较大，较多的水携带混凝土内水泥浆通过第六层碎石层渗透到相邻桩孔内，并被相邻桩孔内正在排水的潜水泵抽走。

第五、个别桩遇中风化岩层，需进行爆破处理才能下挖，爆破过程中将岩层破坏，出现裂缝，地下承压水随裂缝涌入桩孔内，混凝土浇注过程中造成底部混凝土离析。

第六、操作人员振捣混凝土不到位，未按技术交底进行混凝土振捣。

第七、在采用水下砼浇注过程中，导筒拔离砼面。

第八、工程地处河套，地质情况较复杂，地质勘查资料不能如实反映现场实际情况。

五、预防措施

通过以上原因分析，笔者建议遇类似工程，防止混凝土离析应采取以下预防措施。

第一、针对工程实际情况，编制切实可行、有针对性的施工方案，在施工方案中根据地质报告进行涌水量计算，确定降水井数量、布距、直径、深度，以便在基坑四周设置降水井，降低地下水位，保证人工挖孔桩干施工。

第二、孔内水量较大必须采取水下混凝土浇筑，否则必须保证整个楼座人工挖孔桩桩孔内水位均降至孔底，然后进行正常混凝土灌注，以防出现原因分析的第四种情况。

第三、若孔内水量较小，可抽干水后迅速进行混凝土灌注，但须通过串筒溜槽向下倾倒混凝土。

第四、孔内无水则必须采用串筒或溜槽进行混凝土灌注，以防混凝土灌注过程中落差过大造成混凝土离析。

第五、加强混凝土振捣，每30cm一振，保证混凝土密实度。

第六、做好护壁混凝土质量，避免水泥浆串孔、漏浆。

第七、在采用水下砼浇注过程中，导筒严禁拔离砼面。

六、应急处理措施

检测结果显示，部分桩身质量存在较大质量缺陷，必须进行加固处理。

加固处理方案有三种：

1、将原桩体挖出，在原部位重新施工新桩。

因该地区地下水丰富，濒近河流，降水周期长，施工难度太大，且费工费时，该方案不可取。

2、采用补桩的方法，后补桩与缺陷桩共同承受荷载。

因各桩位间距太小，若补桩无法解决桩孔坍塌问题。

3、采用高压注浆补强方案，通过压浆管采用高压注浆泵注入特殊配方水泥浆液，使出现局部缺陷的桩身得到充分的充填和密实，且在压力作用下渗透、挤密到桩体底部和周边岩土层缝隙内，增大了桩与持力层的接触面积和侧摩阻力。

高压注浆通道设计

根据桩的离析范围及离析严重程度、设计桩长、桩径、底部扩大头尺寸以及工程地质和水文情况对注浆通道进行设计（见图2）。

⑴在桩的钢筋笼内侧360度范围内均布3个Ф75注浆孔（见1-1剖面图）。

⑵选用Ф25不锈钢管作为注浆管。

注浆管的底端焊一块20mm厚的铁板封底。

处在混凝土离析部位的注浆管上应钻上直径为Ф3～Ф5的注浆小孔。

注浆管上需钻注浆小孔的长度=混凝土离析部分的长度L（H1+H2）+500，H1=1/3L；H2=2/3L。

露出桩顶以上50mm的注浆管应加工带丝（详见2-2剖面图）。

⑶注浆量及压力的确定：

注浆量是由注浆范围决定的。

根据地质报告可知：

17号桩和40号桩混凝土离析范围均在强风化岩层上。

实际注浆范围要比理论注浆范围大得多，浆液实际扩散范围包括：

离析混凝土间隙、注浆管内外、桩侧土层孔隙。

操作过程中还应考虑一定的浆液损失。

注浆压力是以保证离析混凝土中注满浆液为主，且浆液应充满注浆管内外，同时又要考虑注浆液在桩底和桩侧各土层孔隙不要扩散太远。

⑷注浆方法及施工机械的选择：

针对工程实际，经多方比选，最终选用高压注浆技术对桩体混凝土离析部位进行压力注浆这一施工方法。

施工机械：

150型工程钻机、BW-150型高压注浆泵、350型砂浆搅拌机。

⑸施工工艺流程

施工准备—钻孔施工—注浆管安设—洗孔—注浆施工及注浆结束—检测及效果

⑹施工要点

①施工准备略。

②钻孔施工：

钻机按布置好的注浆孔位置准确就位并安设牢固，然后进行钻孔，孔径Ф75，钻孔深度超过人工挖孔桩离析范围底部0.5米。

用经纬仪随时监测钻杆的垂直度，控制在5‰H（H—桩深）。

③注浆管安设：

注浆管制作：

按图2-2加工制作注浆管。

注浆管安设：

将加工制作好的注浆管分别插入三个注浆孔内，其中一支注浆管与高压注浆胶管连接好。

④洗孔：

注浆前先通过注浆管加压注水（压力一般控制在0.2-0.4Mpa）检查离析混凝土内部是否联通，并通过压力水将孔内残渣带出。

若注浆孔间联通，就加压反复冲洗，待清水从其他孔内返出后，变换注浆孔反复冲洗至其它孔返出清水即告结束。

若孔间有不联通情况，提高水压尽量使得各个注浆孔间相互连通并将孔间残渣带出。

⑤注浆：

注浆液配制：

按实验室出具的水灰比进行浆液配制。

本工程水灰比控制在1：

10。

注浆配制程序：

先向砂浆搅拌机内加水，再加注浆材料（C30思壮牌早强注浆料）充分搅拌，严格控制注浆液的配比，搅拌时间不小于2分钟，浆液应具有良好的流动性，不离析不沉淀。

选择的思壮牌早强注浆料经配制后具有自流性好的特点。

注浆施工：

注浆时孔口注浆压力控制在0.3-0.6Mpa之间，采用压力由大到小的方式加压，浆液连续一次压入不中断，注浆先稀后浓，逐渐加浓，一孔注浆至另两孔返出浆液，再变换注浆孔反复注浆至其它孔返浆。

注意记录注浆量，当注浆量达到或超过计算注浆量，且注浆压力几乎不再增加时，将注浆孔封牢（即用速凝剂将注浆管与桩体混凝土间隙封牢），并用丝堵将三支注浆管中的两支管口封堵，保留一个注浆管口与高压注浆胶管连接，待速凝剂强度达到要求后继续加压注浆,此时若注浆量、注浆压力都增加不大或几乎不增加时，保持此时的压力并稳压1小时（此稳压时间可视注浆情况适当调整），最后停止注浆，将注浆孔封堵。

注浆结束标准：

以注浆量控制；以注浆压力控制；二者结合控制等。

本工程是以注浆量控制为主，辅以注浆压力控制。

⑥检测及效果

高压注浆是一隐蔽工程。

通常采用以下方法进行检测：

钻芯取样，超声波检测，高应变检测，低应变检测，或以上方法的结合。

检测方法的选择应根据工程实际情况。

本工程中桩体混凝土离析的两支桩都是施工前选定需进行超声波检测的桩，施工过程中已预留了声测管。

因此检测时选择以超声波为主，辅以高应变或低应变检测。

若桩体混凝土局部离析的桩未发生在预留有声测管的桩上，建议选择钻芯取样的方法进行检测。

本工程的两支桩经高压注浆处理均转变为Ⅰ类桩，桩体完整性和单桩承载力均达到了设计要求。

七、结束语

人工挖孔桩混凝土离析原因是多方面的，有人为造成的，有操作不当造成的，有材料本身的原因造成的。

但通过加强施工过程监控，严格按技术交底和施工规范要求施工，是完全可以避免混凝土离析的。

若桩身出现质量缺陷，采用高压注浆技术效果显著，为类似工程解决桩体缺陷提供了很好的解决方法。