灌注桩承载力不足的原因分析处理和施工建议

灌注桩承载力不足的原因分析处理和施工建议

夏敏

中国水利水电第八工程局有限公司410004

摘要：苏苏火电项目的输煤系统的桩基设计为钻孔灌注桩，设计有效桩长45米，施工采用旋挖钻机钻孔，施工完成至28天等强时间后，按3%比例对灌注桩进行大应变（PDA）检测其承载力，结果显示桩的承载力在400T至600T之间，无法满足设计规定的不低于770T的要求。项目部组织技术人员进行原因分析，总结了经验，对试验不合格的桩采取了补救措施，改进了施工工艺，彻底解决了桩承载力不足的问题。

关键词：承载力泥浆护壁导管缩颈坍孔

一、概述

印尼苏苏电厂（2X200MW）位于北苏门答腊省兰卡塔丹戎巴村，厂址区地层主要有表部第四系软弱粉质粘土层及下卧的第四系硬塑、坚硬粉质粘土层，场地为海相沉积场地，地基土的分布较复杂，上部为厚层饱和软土，抗剪强度和承载力均很差，电厂桩基以钻孔灌注桩为主，电厂输煤系统的203栈桥及廊道部分设计104根有效桩长45米、孔径Φ800mm的灌注桩，施工采用旋挖钻机钻孔施工，护筒的高度为9米。部分灌注桩施工完成28天后，安排做桩的大应变检测其承载力，但连续抽检了三根灌注桩，承载力分别为400T、520T和660T，与设计要求的不低于770T（试桩值）的极限承载力有较大差距。项目部随即组织技术人员进行讨论、分析，最后找到了原因，通过采取补救措施解决，同时总结并改进了施工工艺、措施。

二、承载力不足的原因查找与分析

本项目施工场地的浅部地层以厚层软土为主，淤泥质土层达十几米深度，施工本身有较大难度。针对桩基检测的承载力不足，首先从施工过程的检查记录开始核实，然后从施工工艺流程和施工操作过程方面进行分析。

考虑到在较差地质条件下采用旋挖钻机钻孔时，成孔质量不好会引起严重的孔壁坍塌现象，造成桩本身出现扩径、缩颈或者浇筑空间被坍塌物占住而影响浇筑质量。若浇筑过程中发生扩径或孔壁坍塌现象，那么实际浇筑的混凝土都会超过设计量，通过查阅浇筑过程的记录资料发现，承载力不足的桩实际浇筑混凝土量各为35m³左右，大大超过设计所需的28m³量，证实了浇筑过程中存在孔壁坍塌现象。

从施工工艺上查找原因，经核实，施工顺序按护筒就位--钻孔--清孔--吊装钢筋笼--装浇筑导管—浇筑混凝土--拆除护筒，施工工艺中没有发现有制浆工序，说明未采用泥浆护壁施工技术。

泥浆护壁在较差地质条件下对灌注桩成孔质量的影响很大，通过对承载力不足的桩进行小应变（PIT）检测，从检测曲线图中可以发现桩出现缺陷的高程位置具有一定的规律性，缺陷位置都在负12米至负18米之间，这点也与混凝土的浇筑记录相符合，在浇筑桩底层混凝土时，一台5m³的罐车一次可以浇筑8米高度左右，但在负18米至负12米高度，5m³的罐车一次均只能浇筑三米左右高度。从地质条件方面分析，地面以下负12米至负18米为地表淤泥层下部的沙土层，属于坍塌的高危区间，由于成孔过程中没有泥浆护壁工序，浇筑过程中极易坍塌，这也是造成混凝土超浇的原因。

从浇筑过程的操作分析，认为导管在混凝土中的埋深深度控制不到位影响桩质量。一般情况下要求导管埋深在2-6m之间，在浇筑混凝土过程中，存在误操作导致导管埋深过小，出现拔脱提漏现象形成夹层缺陷。特别是钻孔灌注桩后期，操作时易将泥浆中混合的坍土层误认为混凝土表面，从而导致导管拔空，导管脱离混凝土面，造成桩身夹泥或断桩，影响承载力。

此外，施工过程中的成孔时间和浇筑速度都会影响桩基施工质量，旋挖钻机钻孔过程中的钻头下放和提升的速度也十分关键，强烈撞击可能造成孔壁坍塌，钻头提升时速度过快会对钻头以下部分的空间产生负压，也能导致孔壁破坏或者坍塌，因此，这些施工措施或者要求都是影响浇筑质量的因素。

综上所述，各方面的综合原因导致输煤系统的部分灌注桩承载力达不到设计要求。

三、承载力不足的处理方案

灌注桩承载力不足的处理方案主要有接桩法、补桩法、增大截面法和高压注浆法等，其中处理浅层处钻孔灌注桩存在的断桩以及重大缺陷（严重夹泥、松散）等问题时，缺陷深度在10m以内，可使用接桩法，即将缺陷位置挖开后，缺陷以上的混凝土全部凿除，重新支灌注桩模板并绑扎钢筋后浇筑，需注意重新灌注的混凝土等级高于原标号的混凝土。

补桩法分几种情况，一种是在原桩位上补桩，需要将原桩全部挖开凿除，主要适用于较浅类型的桩。另一种是在桩体的两侧再浇筑两个灌注桩，顶高和原桩体的设计标高相同，然后再用连系梁将桩体连在一起，让三个桩体一起承受荷载。

增大截面法主要适用于灌注桩存在桩体位置偏移过大或上部桩体出现缩径等情况导致的承载能力无法达到设计要求的处理，即在桩体缺陷的上下两侧约0.3m位置，植入钢筋，支模、浇筑混凝土，增大缺陷处桩体截面积，但此法对处理缺陷位置较深的桩的难度大。

高压注浆法适用于桩倾斜程度不大且缺陷位置不深（一般20米以内）的断桩处理，根据桩径的大小选择注浆孔尺寸。此法包括钻孔、清孔、放置注浆管、配置浆液、安装注浆设备、高压注浆几个工序，技术要求较高，处理效果好。

经过设计核算，在主合同要求的极限工况下，该部位单根桩所需承受的极限负载为220T，按照主合同要求的安全系数3核算，分别对承载力不足的桩做出处理建议，即承载力为660T的灌注桩，虽然未达到770T的设计要求，但是已经达到3倍安全系数的合同要求，不影响正常使用，不做处理。承载力为520T的灌注桩，未达到主合同规定安全系数3的要求，但是已经超过中国相应标准中安全系数2的要求，与监理方沟通后采取加大承台和连梁的方式处理。承载力为400T的灌注桩，不满足合同要求和相关标准要求，需要进行补强处理，基于桩断裂的位置在负10米左右，建议采取高压注浆法进行处理。

四、软地基条件下灌注桩施工建议

淤泥类松软地层条件下的钻孔灌注桩施工，极易发生成孔质量差造成的桩缺陷而导致桩承载力不够。此类地质条件下的灌注桩施工工艺和各工序的质量控制十分重要，通过本项目的施工经验，对于灌注桩的施工有如下建议：

首先，采用泥浆护壁技术，改善成孔质量。尤其软质地层钻孔过程中容易出现坍塌，钻孔工艺中需包含泥浆护壁工序，且泥浆配置需要满足相关的技术参数，根据经验，灌注桩钻孔所需泥浆可按水：膨润土：纯碱为100：20：1的比例进行配制，泥浆相对密度控制在1.05～1.2，粘度T=17～22秒，泥浆比重控制在1.1-1.2，泥浆粘度控制在18-22S，含沙率小于8%。但不同的地质条件，上述参数可以根据试验或者添加外掺剂（如增重剂、增粘剂）进行适当调整，以保证最佳效果。

其次，浇筑质量是重点。混凝土一旦开浇后，应连续进行，不得中断，浇筑过程中，导管埋入混凝土的深度不得过短也不宜过长，以便起拔并严禁将导管拔出混凝土面。每隔半个小时左右测量一次桩孔内混凝土面深度，以便指导导管的拆卸。浇注过程中，专业技术人员要密切关注孔口情况，若发现钢筋笼上浮，应稍作停浇迅速处理。灌注的桩顶标高应比设计桩顶标高高出约0.5米，以保证混凝土强度，多余部分在承台混凝土施工前凿除。

再次，根据地质类型，选择合适成孔方法。常见的成孔方法有长螺旋钻机成孔法、冲击钻机成孔法和旋挖钻机成孔法等，不同的地质条件适合选相应的钻孔机械，可以起到事半功倍效果。

最后，加强各工序质量控制。整个灌注桩施工过程的质量控制点有定位放样、泥浆配置、孔径大小和孔壁垂直度控制、清孔程度、钢筋笼制作和安装、混凝土质量和浇筑工艺，每个工序控制不到位都可能造成灌注桩出现质量缺陷，只有在施工过程中控制好每道工序的质量，才能保证灌注桩的整体质量。