试析混凝土灌注桩的质量监督

杨 军，严建安，徐 萍

（长江委陆水枢纽管理局，湖北 赤壁 437302）

混凝土灌注端承桩施工是一种较为普及的基础施工技术，从国家验收规范来看，混凝土灌注端承桩的质量监督的形式也十分简单，无非是地基承载力的鉴定、钢筋笼的检查与桩混凝土质量的判定，所以往往对其质量的监督得不到足够的重视。混凝土灌注端承桩的施工完全是在地下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收，同时由于地下工程不可见的因素很多，各种引起施工质量的情况时有发生，无法随时对质量加以控制，容易发生缩颈、断裂等诸多现象。作为隐蔽工程的施工，混凝土灌注端承桩如果在施工中对出现质量问题不能准确、及时的判断并采取恰当的办法加以处理，那么所产生的质量问题将直接影响整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大经济损失和不良社会影响。依据目前的工程情况来看，发现关于桩的质量控制和监督问题可分为三个方面：桩质量监督的重点，桩的缺陷与防治，桩质量的判定。

1 桩质量监督的重点

端承桩的承载机理是通过桩身将荷载传递到桩的底部，桩底嵌入在坚固的岩层上，因此可以判定出桩的承载力主要取决于桩身强度与地基承载力。当桩身强度＞地基承载力时，桩的承载力＝地基承载力；反之，桩身强度＜地基承载力时，桩的承载力＝桩身强度。上述公式在桩孔底部没有沉渣情况下成立。对于人工挖孔桩来说沉渣不是问题，而对于钻孔桩来说沉渣问题则是必然存在的，沉渣量如果过大，那么桩在受荷时必然会产生过度沉降，如此桩将失去承载效果。

1.1 地基承载力的鉴定

从桩的施工程序来讲，在质量监督中，首先应确保地基承载力满足设计要求，否则桩会失去效果。地基承载力则取决于岩层的构造情况、桩身嵌入岩石的深度、岩石单轴饱和抗压强度。如果施工地区处于断裂带，在施工中还要注意是否有夹层。例如，某单位办公大楼，基础设计为钻孔端承桩，在对其部分桩抽芯检验时发现该桩的桩底尽然座落在软土上。原来该大楼位于某条地震断裂带上，存在夹层，在钻孔至夹层上破碎岩石时，施工单位以为已到风化岩石就停止钻孔了，而实际情况却是在破碎层下面还有一层软夹层，所以在抽芯检验时才能发现桩底座落于软土上，故此，该部分桩承载力达不到设计要求。

1.2 桩身强度的监督

如果地基承载力符合设计要求，但桩身强度不足的话，桩的承载力亦得不到保证。桩身强度的好坏主要取决于钢筋笼制作质量与混凝土质量。钢筋笼的制作和检查，简单明了；而影响混凝土质量因素则很多，有些是可见的，有些是不可见的。在工程实践中，不少桩由于混凝土质量问题而使桩身强度达不到设计要求，因此桩身质量的监督主要在于监督混凝土的质量。

混凝土的质量问题往往是由于施工工艺不合理引起的，因此必须对桩基工程的施工工艺、质量保证措施进行严格的监督，否则，可能起不到质量监督效果。

人工挖孔桩混凝土质量好坏主要取决于混凝土浇捣工艺。桩在成孔时，就在土层设置了护壁，到达岩石层后，岩石就成为自然护壁，故此一般不存在孔壁质量对混凝土产生多大的影响。但是在有地下水的水下部分进行混凝土的浇捣时，必须采用水下混凝土配合比与水下导管灌注等方式以保证质量。例如某车间厂房人工挖孔桩基础，由于部分桩孔水位高，出水量大，施工单位自行采用简易串筒灌注，浇捣混凝土时，从孔底至上5m左右“混凝土”表面有很高的水位，浇捣入孔的混凝土遭受水的浸泡冲刷，砂浆稀释、骨料下沉，造成混凝土严重离析，后经检测发现该部分桩桩身混凝土质量存在离析、“断颈”等严重的问题。

钻孔桩混凝土质量不仅与浇注工艺有关，还与成孔工艺有很大的关系。要确保桩孔成孔质量与灌注工艺的合理性。钻孔桩成孔质量在于桩径应不小于设计桩径，护壁应可靠。灌注工艺的合理主要在于控制好混凝土质量的和易性，防止出现堵管、埋管，引起断桩事故；控制导管埋深，使混凝土面处于垂直顶升状，不使浮浆、泥浆卷入混凝土，防止提漏引起断桩事故。

1.3 沉渣量的检查

对于钻孔桩，如果沉渣量过大，势必造成桩受荷时发生大量沉降，同样使桩的承载力失效。例如某机械加工车间厂房，某根桩设计承载力为1 500kN，实施荷载试验时，当荷载加至1 000kN时，桩就开始出现沉降，之后沉降逐渐加大，后经多方查实才知道是因为桩端沉渣量过多，导致该桩失效，亦影响到其它桩的评定。

总之，就质量监督上来说，人工挖孔桩的关键在于桩身混凝土浇捣工艺是否合理与地基承载力是否符合设计要求；钻孔灌注桩的关键不仅在于施工工艺与地基承载力，还在于沉渣量是否符合规范要求，因此对于人工挖孔桩来说，如桩存在质量问题，不是混凝土有缺陷，就是没有挖到持力层。而钻孔灌注桩检验不合格，就可能是桩底沉渣量过大，或混凝土有缺陷，或没有钻到持力层，或兼而有之。

2 桩的缺陷与防治

2.1 人工挖孔桩

缺陷：桩身混凝土强度不足。

原因：混凝土遭受桩孔内渗积水的危害，引起砂浆稀释，砂石下沉，严重破坏混凝土的强度。

防治措施：①对于孔内有地下水，水位低、水量小的桩孔，在浇捣时应把混凝土搅拌均匀，水尽量抽干，清底干净，可采用串筒迅速浇捣，但是在水位以下部分，必须调整混凝土配合比，适当减少用水量并增加水泥用量等；②对于水位高、出水量大的桩孔，在水位下必须采用水下混凝土配合比与导管灌注法灌注，在水位之上，则可采用简单串筒浇捣，但是水必须抽干，泥浆、浮浆要清除干净，两种不同方法施工的交接层，用插捣器穿过反复插捣。

2.2 钻孔灌注桩

缺陷一：桩底地基承载力不足。

原因：桩底端没有支承在持力层上面。

防治措施：这种情况一般出现在复杂地层，这种地层一般最好取芯检验，如不能取芯，要参照邻近取芯情况、钻速、泥浆返上的岩屑及钻进情况（一般钻进至微风化岩时，钻头不蹩钻，主动钻杆振动不很厉害，钻进声音感觉较好）、工程地质资料进行综合考虑。

缺陷二：缩径（孔径小于设计孔径）。

原因：塑性土膨胀。

防治措施：成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间，孔壁形成泥皮，孔壁不会渗水，亦不会引起膨胀，如出现缩径，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。

缺陷三：桩底沉渣量过大。

原因：检查不够认真，清孔不干净或没有进行二次清孔。

防治措施：①认真检查，采用正确的测绳与测锤；②一次清孔后，不符合要求，要采取措施：如改善泥浆性能，延长清孔时间等。在下好钢筋笼后，再检查沉渣量，如沉渣量超过规范要求，应进行二次清孔。二次清孔可利用导管进行，准备一个清孔接头，一头可接导管，一头接胶管，在导管下完后，提离孔底0.4m，在胶管上接上泥浆泵直接进行泥浆循环。二次清孔优点：及时有效保证桩底干净。

缺陷四：钢筋笼上浮。

原因：①当混凝土灌注至钢筋笼下，若此时提升导管，导管底端距离钢筋笼仅有1m左右的距离时，由于浇注的混凝土自导管流出后冲击力较大，推动了钢筋笼上浮；②由于混凝土灌注过钢筋笼且导管埋深较大时，其上层混凝土因浇注时间较长，已近初凝，表面形成硬壳，混凝土与钢筋笼有一定握裹力，如果此时导管底端未及时提到钢筋底部以上，混凝土在导管流出后将以一定的速度向上顶升，同时也带动钢筋笼上移。

防治措施：①灌注混凝土过程中，应随时掌握混凝土浇注标高及导管埋深，当混凝土埋过钢筋笼底端2～3m时，应及时将导管提至钢筋笼底端以上；②当发现钢筋笼开始上浮时，应立即停止浇注，并准确计算导管埋深和已浇混凝土标高，提升导管后再进行浇注，上浮现象即可消除。

缺陷五：断桩与夹泥层。

原因：①泥浆过稠，增加了浇注混凝土的阻力，如泥浆比重大且泥浆中含较大的泥块，因此，在施工中经常发生导管堵塞、流动不畅等现象，有时甚至灌满导管还是不行，最后只好提取导管上下振击，由于导管内储存大量混凝土，一旦流出其势甚猛，在混凝土流出导管后，即冲破泥浆最薄弱处急速返上，并将泥浆夹裹于桩内，造成夹泥层；②灌注混凝土过程中，因导管漏水或导管提漏而二次下球也是造成夹泥层和断桩的原因。导管提漏有两种原因：①当导管堵塞时，一般采用上下振击法，使混凝土强行流出，但如此时导管埋深很少，极易提漏。②因泥浆过稠，如果估算或测混凝土面难，在测量导管埋深时，对混凝土浇注高度判断错误，而在卸管时多提，使导管提离混凝土面，也就产生提漏，引起断桩；③灌注时间过长，而上部混凝土已接近初凝，形成硬壳，而且随时间增长，泥浆中残渣将不断沉淀，从而加厚了积聚在混凝土表面的沉淀物，造成混凝土灌注极为困难，导致堵管与导管拔不上来，引发断桩事故；④导管埋得太深，拔出时底部已接近初凝，导管拔上后混凝土不能及时冲填，造成泥浆填入。

防治方法：①认真做好清孔，防止孔壁坍塌；②尽可能提高混凝土浇注速度；③提升导管要准确可靠，灌注混凝土过程中随时测量导管埋深，并严格遵守操作规程；④灌注水下混凝土前检查导管是否漏水、弯曲等缺陷，发现问题要及时更换。

3 桩的质量判定

3.1 人孔挖孔桩强风化岩承载力的判定

如果端承桩荷载要求较小（小于1 000kPa），而且地层是由强风化逐渐变到中、微风化，这时在桩底就可能遇到残积强风化物夹硬碎石层，这种情况桩底的承载力就视风化物的结构紧密、软硬情况、硬碎块的大小及含量而来判断地基承载力，即参照碎石土的承载力；但是对于风化成砂土状者，则参照砂土的承载力。由于工程勘察的局限性，这一层的承载力在报告中往往误差很大，这是由于该类岩层标准取值的误差太大，再加上缺乏必要的荷载试验作对比，又因在工程勘察时，取土样本不全面。作为质监部门，有条件的话要尽量做荷载试验作对比，对于人工挖孔桩，要下孔全面了解桩底岩石情况，参照有关经验知识来鉴定。

3.2 人孔挖孔桩中微风化岩承载力判定

影响桩底承载力的因素有：结构情况、桩底嵌入岩石深度、岩石单轴抗压强度。一般承载力的判定方法是依据岩样的单轴抗压强度乘以回归系数，换算成岩石单轴饱和抗压强度标准值。

式中，f为岩石地基承载力的设计值（kPa）；y为折减系数；frk为岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa）。

上述的式子是规范中判定地基承载力的公式，该公式只反映所取岩样水化能力与单轴饱和抗压强度，在单轴抗压强度相同的情况下，由于岩石围岩压力阻碍了桩底岩石的破坏，因此桩嵌入岩石的长度越长，桩底地基承载力越高；在岩石段，对于人工挖孔桩，桩周摩擦阻力非常大，使得岩石对桩的承载力大增强；当然构造上的问题影响更大。

在桩基基底验收时，桩承载力的判定：

对于人工挖孔桩应检查岩石的构造情况。如果岩石裂隙发育较少，岩石完整性好，桩承载力可以取高值；反之取低值。同时还应检查岩层下面有没有夹层，发现岩石夹层方法：①参考地质勘察报告；②用锤击孔底岩石，如声脆亮，则没夹层或夹层下卧很深；③在孔底边岩石层面高位下方，用工具挖小洞探明，如层面高位处下方有软层，根据岩石走向，说明有下卧软夹层。如发现岩石下卧软夹层，施工时应挖除软夹层。

对于钻孔灌注桩，岩石构造只能参照工程地质勘察报告，与钻进情况（如钻进基岩时，钻杆不会异常振动，孔底钻头研磨岩石声音均匀，说明岩石层比较完整，反之，岩石裂隙比较发育）。要判断岩石承载力，必须作适量抽芯检验，对于没有取芯的桩孔，依下列几个方面进行综合考虑：①邻近孔的取芯情况；②泥浆循环返上来的岩屑；③钻进情况；④工程地质勘察报告。

对于嵌入岩石比较深的桩，与人工挖孔桩一样，同样可以考虑岩石的围压作用，但是对于桩周摩擦阻力，则不可过高计算在内。因为机械成孔大部分靠泥浆护壁，泥浆循环在孔壁岩石上形成一层坚硬润滑泥皮，由于在桩体与孔壁之间存在这层润滑泥皮，使得桩在该段岩石的摩擦阻力大大降低，甚至没有存在，因此在判定钻孔桩底地基承载力时应着重考虑取上岩样本身构造情况、力学性能、物理性能、围压作用，不宜考虑桩周摩擦力；虽然机械湿孔作业的摩擦桩主要靠摩擦力承载，但由于其桩长比较大，整体桩不规则外形，使其具有较大的桩周摩擦力。

3.3 桩混凝土质量判定

比较准确判断桩混凝土质量的方法是静载和抽芯，但是由于静载、抽芯均为损伤性检验，且费用高、时间长，所以常常采用动测法判定桩身混凝土的质量，而动测法具有一定的局限性，动测结果不能作为桩基工程竣工的验收依据，只能用于普查质量且仅供验收参考。

判断混凝土质量还要依靠施工单位素质，掌握施工过程实际情况与施工记录。主要为：①审查主要施工人员、施工单位所施工过的工程质量情况；②审查施工工艺是否适合于施工的实际情况，采取了什么质量保证措施；③对施工记录进行审查，要求施工单位认真做好成孔记录与灌注记录，认真分析记录中出现的机械故障及孔内异常情况、事故等，并进行推断。

总之，桩混凝土质量的判定，不仅要掌握现场施工实际情况与工艺情况、准确的现场施工记录，还要了解施工单位的综合素质，方可比较准确判定混凝土质量。

综上所述，混凝土灌注桩质量监督的关键环节在于地基承载力的鉴定，审核混凝土施工工艺是否合理，正确了解桩的缺陷和防治措施。只有这样才能对混凝土桩的质量进行控制，达到质量监督的目的。