某钻孔灌注桩工程桩身缺陷原因浅析.doc

某钻孔灌注桩工程桩身缺陷及原因浅析
一、工程概况
某工程共包括2栋高层建筑，为框剪结构，基础设计为钻孔灌注桩，共设计80条桩，有效桩长为27～35m，桩端嵌入强风化花岗岩，桩身混凝土设计强度等级为C25。
桩基施工所遇地层情况自上而下依次为：人工填土（厚2.30～5.0m）、埋藏植物层（厚0.4～0.7m）、淤泥质中砂（厚0.8～1.8m）、粗砾砂（厚1.7～5.9m）、粘土（厚0.8～3.4m）、淤泥质粉质粘土（厚0.6～2.8m）、砾砂混粘性土（厚0.7～3.8m）、砾质粉质粘土（厚8.2～20.0m）、全风化粗粒花岗岩（厚2.5～5.7m）和强风化粗粒花岗岩（厚2.0～3.0m）。
本工程采用回转钻机泥浆护壁钻进成孔，采用预拌商品混凝土水下灌注的施工工艺，成桩后对桩基采用超声波和抽芯分别进行了检测。
二、桩身检测情况
（一）超声波无损检测
本工程选择了39条桩预埋3根超声波检测管（3根管固定在钢筋笼内，成120°均匀分布），成桩后采用超声波无损动测检测技术对桩身混凝土质量进行检测，检测结果如下表所示。
超声波检测结果汇总表
桩分类
性状
桩身完整性描述
数量
占检测桩百分比
Ⅰ类
完整桩
桩身各测向各测点均无异常。
23
58.97%
Ⅱ类
一般缺陷桩
桩身个别测向局部测点异常，但缺陷体积分布相对较小，性质不严重，局部缺陷的存在对整桩承载力影响较小。
12
30.77%
Ⅲ类
明显缺陷桩
桩身大多测向在同深度测点异常，缺陷的分布较大，但缺陷性质不是太严重，缺陷的存在对缺陷断面强度有较大影响。
4
10.26%
Ⅳ类
严重缺陷桩
桩身所有测向在同深度测点异常，缺陷的性质又很严重，如破碎及夹泥告等。
0
0
（二）抽芯检测
本工程对所有80条桩进行了抽芯检测，而且对部分存在缺陷桩每桩抽了2～3个孔，共计80条桩抽芯117个孔。依据抽芯钻进情况，抽取的混凝土芯样外观及选样试验结果等资料综合分析，对80条桩之桩身混凝土完整性、混凝土强度、桩底持力层岩性及桩底沉渣等分别进行了评述。
1、桩身混凝土完整性
抽芯检测混凝土完整性汇总表
桩分类
桩身完整性描述
数量
占检测桩百分比
A类
桩身完整，无影响基桩承载力的缺陷。
39
48.75%
B类
桩身有轻微缺陷，对基桩承载力有轻微影响。
17
21.25%
C类
桩身有较严重缺陷，对基桩承载力有较大影响，应核实单桩承载力。
24
30.00%
D类
桩身存在断裂、夹层等严重缺陷，必须进行处理。
0
0
2、桩身混凝土强度、桩底持力层岩性及沉渣厚度
按所抽取桩芯长度自上而下均匀分布原则每桩选取10段完整芯样，切片（高径比为1：1）进行饱水单轴抗压强度试验，结果表明桩身混凝土强度满足要求。
抽芯检测时所有80条桩均要求钻入基岩1.0m以上，从抽取的桩底基岩反映，均满足设计持力层为强风化岩的要求。抽芯钻探同时揭露，80根桩桩芯混凝土与桩底基岩之间结合情况良好，均无明显沉渣，满足规范验收要求。
三、桩身缺陷情况分析
对超声波检测中的Ⅲ类（全部判定为C类桩）和抽芯检测中的C类缺陷桩进行分析，可以得出如下结果。
1、缺陷桩中包括所有5种桩径的灌注桩，缺陷桩占该桩总桩数的比例为25.00%～37.50%。具体如下图所示：

2、从混凝土的灌注时间分析，除6月份施工的7条桩没有缺陷外，其他时间施工的灌注桩均有缺陷，而且缺陷桩在当月所施工桩基中所占比例呈逐月上升的趋势，其中10月份施工的12条桩中有6条桩有不同程度的缺陷，占同期施工总桩数的50%。每月施工桩数及缺陷桩情况见下图。

3、对芯样缺陷深度进行分析，有66.67%的桩缺陷集中在0～13.0m之间。在0～7.0m范围内，1.1m、3.1m和5.1m出现了3个高峰值；同时越接近桩头缺陷出现的频率越高。13.5～17.0m之间有部分缺陷，20.0m以下则仅发现1处缺陷。
4、混凝土芯样缺陷均表现为蜂窝状或沟槽状缺陷，主要为局部粗骨料剥落或半剥落，水泥浆流失形成深5～30mm，宽5～40mm（个别达70mm）的沟槽，极个别芯样部分区段为纯水泥砂浆，混凝土强度较低。
5、同一条桩在同一截面缺陷仅分布在局部位置。综合分析抽芯及超声波检测情况，桩中心部位混凝土缺陷严重，其余部位缺陷则明显减少。对所有C类桩均抽取了2～3孔对芯样检查。结果表明：中心部位芯样存在较严重缺陷的桩，当抽芯孔距桩中心1/4d（d为桩身直径）时，有12条桩没有发现缺陷。所有芯样中没有发现整个桩身断面出现蜂窝或孔洞的情况。
四、桩身混凝土缺陷原因浅析
根据检测反映的桩身混凝土缺陷情况，通过调查和分析原始记录，推断造成钻孔灌注桩桩身混凝土缺陷的原因主要有以下几个方面。
（一）混凝土的质量问题
1、混凝土生产线陈旧，生产的混凝土质量差异性较大
该工程在施工过程中使用预拌商品混凝土，但由于混凝土搅拌站所使用的生产线较为陈旧，在混凝土的生产过程中经常出现生产线故障无法正常供应的情况，并在多条桩的灌注过程中，曾多次更换生产线搅拌混凝土，造成混凝土质量的差异性较大。
2、混凝土的初凝时间与灌注时间不匹配
本工程每条桩的实际灌注时间为6～8小时，而混凝土的初凝时间设计为5小时，即灌注时间大于混凝土的初凝时间，这样在灌注后期，最先灌注的混凝土流动性变差，甚至达到初凝状态，易造成桩身混凝土缺陷。
3、混凝土运输时间过长
混凝土搅拌站距离施工现场15km，但因为施工现场位于城市繁华区，因此在交通低谷时混凝土罐车从混凝土搅拌站运输混凝土至施工现场仅需20min，而在交通高峰期却需50～70min左右。而水下混凝土要求的混凝土坍落度为180～220mm，经过长时间的运输后，罐车内的混凝土会出现粗骨料分布不均匀的现象，即从混凝土罐车中往外卸料时，刚开始卸出的混凝土中粗骨料所占比例较大，而在最后阶段，从罐车中卸出的混凝土中粗骨料所占的比例较小，大多数为水泥砂浆。
（二）商品混凝土供应的连续性较差
灌注过程中，要求进场的混凝土罐车为5～6辆（即混凝土量达到30～36m3）时才进行首次灌注。这样，在灌注初期每两车混凝土的灌注时间间隔较短，仅为5～8min，在这样短的时间内，对于坍落度较大的混凝土，即使商品混凝土和易性较差，但由于灌注过程连续，也不易产生桩身混凝土缺陷。但灌注至后期，尤其是最后阶段，因为要计算混凝土的灌注标高及最后的需用量，同时两车混凝土供应时间间隔增大（如A栋-13#桩，最后两车混凝土的灌注时间间隔长达75min）。这样对于和易性较差，并已灌注至导管内的混凝土，由于长时间的停置，导管内的混凝土产生泌水现象，待下一车混凝土灌注时在导管内混凝土发生离析，提管后在桩中心位置造成混凝土的缺陷。这可能是越接近桩头，缺陷越普遍的主要原因。
（三）施工现场没有对混凝土进行严格验收
虽然施工单位对混凝土有严格的要求，并派专人在搅拌站监督混凝土的搅拌过程，但在施工现场对混凝土进行验收时却仅做坍落度试验，而对混凝土的保水性和骨料的均匀性没有进行评价，这样就难以保证灌注至孔内的混凝土和易性满足要求，为桩身混凝土的缺陷造成了隐患。
（四）灌注工艺问题
1、直接从罐车从导管内卸料，造成混凝土在导管内局部离析。
本工程施工初期，灌注混凝土时首先利用罐车将混凝土卸到大料斗内，然后由吊车提升大料斗将混凝土倾倒至和导管相连的灌注漏斗内，进行间接灌注。这样混凝土在大料斗内可以进行二次拌合，避免了罐车中刚卸出的粗骨料较多的混凝土与最后卸出的水泥砂浆较多的混凝土直接接触，可以防止混凝土在导管内局部离析。后来为了加快施工进度，改用直接将混凝土从罐车中卸到导管内的灌注方法，当两车混凝土供应间隔时间较长时，在导管内就容易离析。
6月和7月初间接灌注混凝土的12条桩没有一条是C类桩，可能与此有直接关系。
2、灌注过程中埋管深度较大，拔管速度太快。
在灌注过程中，因为混凝土灌注较为顺利，因此普遍地导管在混凝土内的埋管深度较大，埋管深度一般控制在6～9m之间，有时甚至超过9m。但根据灌注理论，如果在灌注过程中埋管深度较大时，孔内混凝土呈层状上升，即最先灌注的混凝土总是处在孔内混凝土面的最顶层。这样随着混凝土灌注时间的增长，顶层混凝土的流动性将会越来越差，甚至达到初凝状态。如果拔管时导管提升速度过快，上部流动性差的混凝土来不及充填导管拔出后留下的空隙，则容易存留在桩中心部位，造成导管直径影响范围内出现蜂窝状缺陷。
3、导管采用法兰连接，在导管法兰部位形成混凝土塞。
灌注导管采用法兰连接，法兰直径为Φ390mm，而导管内径仅为Φ257mm，如果在灌注过程中混凝土埋管深度较大，或埋管时间较长，导管法兰盘位于混凝土内时，拔管后容易在法兰部位形成一个环状空间，此空间需要一定量的混凝土来充填，当混凝土灌注接近桩顶部位时，一方面混凝土的流动性变差，另一方面混凝土上部泥浆压力减小。此环状间隙就很难充填密实。根据桩身缺陷频数与桩深度关系图中反映的情况，出现了深度在1.1m、3.1m和5.1m这3个高峰值，而此3个深度之间的差正好为1节导管的长度。而这也正是一般的钻孔在最后灌注阶段导管位于混凝土面内的深度。
四、一些客观因素的影响
由于本工程在雨季施工，加上混凝土灌注时间过长，在灌注过程中曾多次遇到暴雨天气，对混凝土的质量也产生了不利的影响。