人工挖孔灌注桩的检测和事故处理

　　【摘 要】：本文介绍了某工程人工挖孔灌注桩采用钻芯法检测时出现的桩身质量异常情况，分析了桩身异常情况产生的原因，提出了其余未检测桩的扩大检测方案和异常桩的处理方案。通过此次实际案例，显示了《建筑桩基技术规范》(JGJ 106-2003)对于大直径灌注桩要求采用钻芯法或声波透射法进行桩身完整性检测的必要性。人工挖孔灌注桩施工过程中应采取积极有效的措施来应对施工过程中的各种复杂情况，以便使桩身质量得到保证。

　　【关键词】：人工挖孔灌注桩,检测方法,低应变,钻芯法,压力注浆

　　一、前言

　　人工挖孔灌注桩作为一种传统的成桩施工工艺，虽然存在受地质条件限制，工人劳动强度大、危险性高，容易对周边建筑物造成影响等缺点，但是也具有造价低、所需施工设备简单、成桩直径大、成桩质量容易保证等特点。随着经济发展和社会进步，有些经济发达地区开始严格限制使用并逐步淘汰人工挖孔灌注桩，改用先进的基础施工技术，改善施工安全环境。但是在某些经济欠发达地区和特殊场地条件下，人工挖孔灌注桩因为其经济性好、成桩直径大承载力大和成桩质量有保证的特点仍然有其存在的价值。

　　但是人工挖孔灌注桩的质量能够做到比较有保证，主要是在地质条件无异常、施工时严格遵守规范操作的情况而言。工程实践中易发生的质量事故大致有以下几类：

　　1.垂直偏差过大;2.孔壁坍塌;3.孔底残留虚土过多;4.孔底出现积水;5.桩身混凝土质量差;6.钢筋笼扭曲变形等。

　　二、工程实例

　　1.工程概况

　　本工程位于我国西南地区某市，为某机床股份有限公司的重型加工装配厂房。该厂房共3跨，跨度分别为30米、36米、30米，柱距均为12米。厂房檐口高度最高处约为30米，厂房内运行的最大吊车吨位为200吨，主体结构形式采用钢管混凝土柱钢排架结构。

　　本工程的安全等级为二级，主体结构设计使用年限为50年。建筑抗震设防类别为标准设防类(简称丙类)，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，特征周期0.35s，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。

　　2.地质概况

　　拟建场地地处断陷盆地西南部边缘，场地下伏基岩为白云质灰岩，岩溶较发育，除勘察钻孔中揭露溶洞、溶槽共9个外，场地现状下未发现滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用存在，场地整体相对稳定，适宜本工程的建设。

　　本场地各层地基土的工程性质情况如下：

　　1)①层素填土：结构松散，不均匀，固结性差，不能作为拟建建筑物基础持力层。

　　2)②层粘土：硬塑状态，状态较好，物理力学性质较好，具有中等压缩性，但分布不连续，层位变化较大，对于层厚较厚的地段，可作为建筑物基础的持力层。

　　3)③层粘土：硬塑状态，状态较好，物理力学性质较好，具中压缩性，可作为拟建建筑物基础持力层，但分布不连续，层位变化大，部分地段厚度较小。

　　4)④层粘土：硬塑状态，状态较好，物理力学性质较好，具中压缩性，但该层土分布不连续，分布厚度较小，具有弱膨胀潜势。

　　5)⑤层粘土：硬塑状态，状态较好，物理力学性质较好，是本场地较好的建筑物天然地基基础的持力层，可作为拟建建筑物桩基础持力层。

　　6)⑥层粘土：硬塑状态，状态较好，物理力学性质较好，为场地中、下部分布较好的土层，可做为拟建建筑物桩基础持力层。

　　7) ⑦层粉质粘土：硬塑状态，状态较好，物理力学性质较好，具中压缩性，工程性质相对较好，可作为拟建建筑物桩基础持力层

　　8)⑧层粘土：硬塑状态，状态较好，物理力学性质较好，可做为拟建建筑物桩基础持力层。

　　9)⑨层白云质灰岩：属本场区基岩，中风化状，岩体完整，力学强度高，是本场地较好的桩端持力层，局部分布有⑨1、⑨2层，影响其完整性。

　　10)⑨1层白云质灰岩：属本场区基岩，中风化状，力学强度较高，可作为桩端持力层，但其岩体较破碎，节理裂隙发育，层位厚度变化大，施工难度亦较大。

　　11)⑨2层白云质灰岩：属本场区基岩，强风化状，力学强度相对较低，岩体呈极破碎的角砾状，少量块状，可作为建筑物桩端持力层。

　　3.桩基类型选择

　　根据场地的实际情况和地质勘察报告的建议，并结合当地习惯做法、技术条件等方面因素，最终选择采用人工挖孔灌注桩。经过结构计算，荷载效应标准组合情况下，单桩的最大竖向力约为2300kN。设计文件中要求单桩竖向承载力特征值2500 kN，即单桩竖向极限承载力标准值5000 kN。

　　对于基岩埋深较大的区域，以⑥层粘土作为桩端持力层，桩端设有扩大头，进入持力层深度不小于3米，有效桩长一般控制在12～15m;对于基岩埋深较浅的区域，以⑨层白云质灰岩作为桩端持力层，桩端不设扩大头，桩端全断面进入持力层深度不小于0.5m或半倍桩径，有效桩长一般控制在8～13m。

　　4.桩基检测要求

　　根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)的要求，工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。

　　1)单桩承载力检测：采用单桩竖向抗压静载试验，抽检数量为不少于总桩数的1%，且不少于3根。

　　2)桩身完整性检测：《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)第3.1.3条要求：桩身完整性检测宜采用两种或多种合适的检测方法进行;《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)第3.3.4条注1要求：对端承型大直径灌注桩，应在上述两款规定的抽检桩数范围内，选用钻芯法或声波透射法对部分受检桩进行桩身完整性检测。抽检数量不应少于总桩数的10%。

　　根据以上两条规范的要求，我们决定采用低应变法和钻芯法(或声波透射法)相结合对桩身完整性进行检测，具体要求为：采用低应变法的抽检数量不少于总桩数的20%，且不少于10根，并保证每个承台下抽检桩数不少于1根;在低应变法抽检桩数范围内，再采用钻芯法(或声波透射法)对部分受检桩进行桩身完整性检测，具体抽检数量为不少于总桩数的10%。

　　5.检测实施过程

　　在所有基桩施工完毕准备进行检测时，项目业主和基桩检测单位提出检测桩身完整性时是否可以只做低应变检测，因为在当地进行人工挖孔灌注桩的桩身完整性检测都是只做低应变检测，不做钻芯法(或声波透射法)检测的，如果单桩承载力检测结果和低应变检测结果都正常的话，就会认为基桩质量不存在缺陷，没有问题。

　　我们指出：端承型大直径灌注桩一般设计承载力高，桩身质量是控制承载力的主要因素;随着桩径的增大，尺寸效应对低应变法的影响加剧，而钻芯法、声波透射法恰好适合于大直径的检测(对于嵌岩桩，采用钻芯法可同时钻取桩端持力层岩芯和检测成渣厚度)。同时，对大直径桩采用联合检测方式，多种方法并举，可以实现低应变法与钻芯法、声波透射法之间的相互补充或验证，提高完整性检测的可靠性。要求他们还是按照原方案对已施工的基桩进行桩身完整性进行检测，最终项目业主和基桩检测单位尊重了我们的意见，但是由于基桩施工的时候没有考虑到检测会采用声波透射法而没有预埋钢管，所以最终只能采用低应变法和钻芯法相结合对桩身完整性进行检测。

　　6.检测情况

　　本工程共有人工挖孔灌注桩346根，承台共122个。根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)的要求，进行单桩竖向抗压静载试验的桩数应不少于4根，进行低应变检测的桩数应不少于122根，进行钻芯法检测的桩数应不少于35根。实际的检测情况如下：

　　1)单桩竖向抗压静载试验：共进行5根桩的静载试验，除第343#桩极限承载力为4500kN不满足设计要求的单桩极限承载力5000kN外，其余桩的极限承载力均能满足设计要求。

　　2)低应变检测：共检测130根，根据低应变曲线判断，均为Ⅰ类桩或Ⅱ类桩，没有判断出Ⅲ、Ⅳ类桩。

　　3)钻芯法检测：第一次共进检测36根(均为进行过低应变检测的桩)，钻芯取样结果显示10根桩存在异常，其中包括静载试验不满足的343#桩，具体情况如下：

　　由上述的基桩检测情况可知：a.部分低应变检测结果显示正常的桩，在进行钻芯法检测后显示异常，显示出低应变检测结果对于大直径桩桩身完整性判断失真性较大;b.从工程实践的现实层面上证明了《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)要求对大直径桩采用低应变法与钻芯法(或声波透射法)联合检测的合理性和必要性;c.解释了343#桩竖向极限承载力不满足设计要求的原因是桩身存在质量缺陷：5.54-5.78米处骨料分布差、有空洞显示;6.64-6.81米处离析(6.81米处出现断层);6.81-7.39米骨料分布不均匀、呈浮浆状;d.钻芯法检测结果显示，异常桩占所检测桩的比例为27.8%，根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)的要求，应加大检测的范围;e.从钻芯取样结果分析，并结合施工过程的记录，能够找到桩身质量问题的形成原因，有利于基桩施工单位总结经验教训，提高技术和质量水平;f.根据钻芯取样结果，找到经济合理的对问题桩的处理办法。

　　7.扩大检测情况

　　首先再次抽检10%共计36根已做过低应变的桩进行钻芯法检测，然后由基桩检测单位认真分析已进行低应变检测的130根桩的应变曲线，并和72根进行过钻芯法检测桩的钻芯取样结果进行比对和判断，探索两种检测方法的可比性，提高对低应变法的判别能力。在此基础上，再对剩余的全部工程桩进行低应变检测，判别出Ⅰ类桩、Ⅳ类和其余桩，结果为Ⅰ类桩的不再处理，结果为Ⅳ类桩的全部进行钻芯取样，异常的再行处理;对于其余桩，根据桩的分布位置、数量按照一定比例进行钻芯取样加以验证，根据验证结果再进行处理。

　　最终的检测情况：先后采用低应变法289次，钻芯法152次，单桩竖向抗压静载试验16次，对所施工的346根工程桩共计做了457次检测，检测覆盖率到达100%，部分桩用了两种甚至三种方法进行了检测，从最大程度上保证了检测结果的真实性和准确性，也保证了基桩工程的质量。

　　8.异常桩形成原因分析

　　根据异常桩的钻芯取样结果分析，异常桩的问题是桩身混凝土质量差，主要有如下两种情况：

　　1)桩端芯样呈松散状，局部块状，即桩底部混凝土离析情况较为严重;

　　2)桩身部分位置骨料分布不均匀、呈浮浆状，即桩身部分位置出现浮浆夹层，夹层范围内基本无粗骨料。

　　经过基桩施工单位、监理单位、勘察单位和设计单位共同分析讨论，认为形成以上问题的主要原因有：

　　1)浇灌桩身混凝土时未采用接导管，致使浇灌混凝土高度较高;

　　2)孔底存在积水并且出水较大，施工时未能采取水下浇灌混凝土的工艺措施;

　　3)混凝土浇灌过程中，部分桩混凝土供应不畅，未能连续浇灌。

　　9.异常桩的处理

　　针对如第8条所述的桩身混凝土质量差的两种具体情况，经工程参与各方的认真分析讨论，并请教岩土方面的专家，最后形成的异常桩的处理办法如下：

　　1)针对桩底部混凝土离析较为严重的情况，采取高压注浆的方法处理，具体做法为：每桩设置一个压浆孔, 压浆孔要伸入缺陷部位至桩底20cm，孔口孔径110mm，根据钻孔混凝土芯样缺陷部位及分布特征，确定压浆段长位置。采用纯水泥浆，在灌浆压力、浆液注入量和灌浆时间控制下，将水泥浆液渗透充填桩身混凝土离析部位的空隙形成结石，使桩身完整性和承载力得到提高。压浆施工时采用高压压浆法,自下往上压浆。

　　2)针对桩身部分位置出现浮浆夹层，夹层范围内基本无粗骨料的情况，采取桩身设置钢管的方法处理，具体做法为：在桩截面未钻芯取样范围内再均匀钻孔5个，钻孔直径与钻芯取样钻孔直径相同(为110mm)，钻孔深度为穿过浮浆夹层并往下1.5米左右;在钻孔内放置φ83*4.0的Q235B钢管，然后采用C50细石混凝土或灌浆料将钻孔和钢管浇灌密实。

　　以上两种处理方式均要求在补强材料到达强度后，再次对所有处理过的桩按照10%的比例进行单桩竖向抗压静载试验，判别异常桩处理后承载力是否满足设计要求。实际情况是处理桩共计105根，其中高压注浆处理97根，进行单桩竖向抗压静载试验9根;桩身设置钢管处理8根，进行单桩竖向抗压静载试验2根。以上11根处理后的桩的单桩竖向抗压静载试验结果均能满足设计要求，证明处理方法是合适的。

　　三、结语

　　通过以上对实际工程中人工挖孔灌注桩检测过程的介绍、出现问题的分析和最后的处理结果，可以得出如下的结论：

　　1.对于类似人工挖孔灌注桩的大直径桩，检测其桩身完整性时，应该严格按照《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)的要求，采用两种或多种合适的联合检测方式，多种方法并举，实现低应变法与钻芯法、声波透射法之间的相互补充或验证，提高完整性检测的可靠性。

　　2.基桩施工前，应编制严密的施工计划和组织安排，对于施工过程中有可能出现的各种复杂情况，应有预案;施工时，应严格按照相关规范、规程和技术手册的要求进行，并采取积极有效的措施确保施工质量和生产安全。一旦出现工程质量事故，即使花费大量的时间、精力和财力去解决，也不一定能够达到预期效果。

　　3.如果出现工程质量事故，应冷静分析事故原因，并且结合实际条件找到简便、经济、合理的解决问题的办法。

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