泥质砂岩地区灌注桩桩端缺陷问题分析与处理

泥质砂岩地区灌注桩桩端缺陷问题分析与处理

马炎青

深圳市华阳国际工程设计股份有限公司   518000

摘要：本文针对某项目灌注桩桩端桩身完整性问题（桩身松散、沉渣过厚等）进行了分析，介绍了项目注浆补强的操作流程，并给出了关键参数的参考范围。经对比注浆补强前后钻芯结果，验证了处理方案的有效性。为类似项目问题处理提供了有意义的经验。

关键词：桩端松散；沉渣过厚；压力注浆

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1.引言

近年来，旋挖钻孔配套泥浆护壁成孔作为一种较为新型的施工工艺被广泛地应用于灌注桩基础项目中。而由于成孔速度控制、护壁泥浆比重参数、清孔不充分或混凝土灌注导管沉放不触底等问题，导致桩底沉渣过厚或离析严重等桩身完整性问题的情况时有发生。存在桩身缺陷的基桩处理对桩身承载力及建筑结构安全具有重要意义。本文结合泥质砂岩地区的项目工程实例就该问题进行分析与探讨，以期为类似的工程设计或桩底缺陷问题处理提供一定的借鉴。

2.工程概况

项目位于惠州市马安镇，由8栋高层住宅塔楼、9栋超高层住宅塔楼、2层配套裙房及2层地下室组成。住宅塔楼的结构体系均为剪力墙结构体系，高层塔楼结构高度接近100m，超高层塔楼结构高度为130~140m之间。住宅塔楼的地基基础设计等级为甲级。项目临近西枝江水系，距离江堤距离约为130~240m。

3.地质概况及试桩情况

3.1地质概况

根据岩土详勘报告揭露，项目场地下伏基岩为早白垩纪泥质粉砂岩，主要矿物成分为长石、石英、云母等，泥沙质结构，勘探深度范围揭露有强风化、中风化两个风化带；其中，强风化泥质粉砂岩风化裂隙很发育，岩体破碎；中风化泥质粉砂岩，岩芯较完整，属软岩~较软岩。该岩体受水浸泡易软化、崩解碎裂，强度、承载力明显降低[1]。典型工程地质剖面如图1所示。

1)图1  典型工程地质剖面

3.2试桩情况

项目开工前进行现场试桩，为评估项目场地地基对承载特性的影响，试桩采用非注浆与桩端注浆两种工艺。桩长范围25~48m，以中风化泥质粉砂岩为持力层，桩端进入持力层4m，桩径800mm，目标桩基承载力特征值为5500kN，对应极限承载力为11000kN。试桩结果详见表1，根据试桩结果可知：采用非注浆工艺时，单桩竖向承载力离散性较大；当采用桩端后注浆工艺时，桩基承载力则较为稳定。本工程实际工程桩为消除沉渣及桩端持力层遇水软化问题，采用桩端后注浆工艺。

2)表1 单桩竖向抗压静载试验一览表

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4.桩端缺陷检测及处理

4.1桩基验收检测问题

本项目在桩基验收检测采用钻芯法进行桩身完整性验收检测，采用静载试验进行抗压承载力检测。验收检测结果，某一塔楼灌注桩出现桩底沉渣过厚及桩底松散等桩身完整性问题。经对不合格灌注桩扩检，最终，该楼栋64根灌注桩全数进行钻芯检测，其中共有35根存在沉渣过厚或桩底松散等桩底缺陷问题。典型钻芯结果详见图2及表2，其中42号桩底松散最大的长度达到1.5m。桩身缺陷对基桩承载力及耐久性均存在较大影响[2-5]，因此应采取合理有效手段对问题基桩进行处理。

1)桩底蜂窝、松散

2)桩底骨料松散

3)桩底沉渣过厚

4)图2 典型桩底缺陷钻芯芯样

5)表2 部分缺陷桩基一览表

4.2桩端缺陷原因分析及处理

经分析本项目桩端缺陷的主要原因为混凝土桩灌注前注浆管与孔底距离较大，导致首灌混凝土未能将沉渣冲起或桩底泥浆隔断混凝土浆液，导致只有混凝土粗骨料沉落孔底形成松散现象。此外，原工程桩设计已考虑桩端后注浆，首次抽芯提取的芯样未发现明显注浆体，考虑与邻近水系且基岩裂隙发育，由于注浆参数不当导致注浆量过少或流失严重。

基于以上分析，参考相关文献及案例[6-10]，制定以下注浆补强施工工艺流程：

（1）基桩钻孔：针对以上问题基桩，选择合适位置进行钻孔，开孔数量2个(A孔、B孔)，孔径110mm。孔洞钻至施工桩底标高以下30cm。注浆孔布置示意图详见图3。

6)图3 注浆孔布置示意图

（2）气体清孔：空压机连接气体高压管，将高压管放置桩底，输送高压气体（约1.5Mpa~2Mpa），从下往上移动高压管进行孔内泥浆及孔壁泥皮冲举，依次对两个钻孔进行加压冲洗，完成第一次清孔。

（3）高压水清孔：A孔作为注水孔和加压孔，B孔作为排水、排渣孔。对A孔先注水至B孔有水溢出，打开空压机，加压，形成高压水进行孔底“切割”，使桩底的“沉渣”翻起，随水流通过排水、排渣孔返至地面。反复多次清洗。

（4）制浆、注浆：采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥制浆，浆液拌制时先用计量器具对加水容器或送水泵的送水量进行计量，拌制时严格采用计量好的容器控制水泥用量和用水量，使用搅浆器充分搅拌制浆，水灰比控制0.4~0.5。选择任意孔作为注浆孔，将注浆管送至桩底，充分注浆处理，至有水泥浆满口匀速溢流，返出的浆与送入的浆液基本一致后停止该孔注浆。

注浆量要求：参考类似项目按3D（D为桩径）控制注浆量，即桩径为800mm时桩端按2.4t控制（该注浆量不包括对钻芯孔的回灌封闭水泥浆用量）。项目实际注浆用量区间大致为1.9~2.2t。

（5）加压处理：钻孔口安装封孔器，将高压注浆管连接封孔器，加压注浆处理，加压注浆时，指派专人控制压力表。：根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，桩端注浆压力应根据土层性质及注浆点深度确定，对于风化岩、非饱和黏性土及粉土，注浆压力宜为3~10MPa，对于饱和土层注浆压力宜为1.2~4MPa。注浆压力经现场试验约为1~2MPa。当压力过大时停止加压，同时将封孔器的排气阀打开疏压。反复加压注浆、稳压闷浆，保证水泥浆对孔底或者桩身裂隙充分填充。

以上补强注浆停止注浆的条件：

a、注浆量达到设计要求，注浆压力达到控制压力并持荷5分钟，可终止注浆。

b、若注浆量达到设计要求但注浆压力未达到控制压力要求继续注浆，注浆量达到设计要求的注浆量的1.5倍（即4.5D，D为桩径），可终止注浆。

c、若压浆压力达到控制要求，但压浆量未达到设计要求可按以下条件终止压浆：增加压浆压力，持荷5分钟达到设计压浆量；若未持荷5分钟，则继续注浆，直至注浆量达到设计要求注浆量的1.5倍（即4.5D，D为桩径）后可终止压浆。

针对以上有问题基桩，现场经过多轮试验确定施工工艺后，选取3根有问题基桩检验补强方案及注浆效果，后续再展开大面积的问题桩处理。处理前后的钻芯取样结果如图4所示。

通过以上抽芯验证对比，桩端压力注浆补强有效解决了桩端松散、夹泥、沉渣过厚等问题，此外尚可提高桩端裂隙发育较强的基岩的胶结特性。

4.3桩底注浆加固处理后沉降监测

目前项目已主体验收，存在基桩问题楼栋17栋及同样楼型及高度的正常楼栋16栋的沉降观测结果如图5所示。17栋塔楼2022年5月23日至2023年2月14日平均沉降结果为8.2~8.7mm，且17栋总体沉降情况与16栋基本一致。根据《建筑变形测量规范》JGJ8第7.1.5条“建筑沉降达到稳定状态可由沉降量与时间关系曲线判定。当最后100d的最大沉降速率小于0.01~0.04mm/d，且连续两次半年沉降量小于2mm时，可认为已达到稳定状态。”根据以上要求可知，经压力注浆补强后，本项目17楼栋的沉降已基本趋于稳定，沉降量满足高层建筑要求，无异常倾斜。

图5 沉降观测结果

结语

综上所述，本文全面介绍了采用后注浆补强方法对灌注桩桩端缺陷的处理过程，并给出了关键参数的参考范围。处理后进行了抽芯，验证了注浆补强的有效。此外通过分析沉降监测结果，本项目问题基桩楼栋的沉降满足要求，且无异常倾斜。可为有关工程提供经验参考。

参考文献

[1]常五岳.易崩解红砂岩在不同含水率下的剪切性质分析[D] 兰州大学硕士学位论文，2022.

[2]赖称平. 冲孔灌注桩桩底质量检测及桩底缺陷对承载力影响的数值分析[J] 广东土木与建筑，2014（11）：12-14.

[3]范广武 以某工程为例分析桩底缺陷对基桩承载力的影响及解决措施[J] 智城建设，2020（04）：28-29.

[4]张春良, 魏嘉, 邓亚 等 桩底缺陷对基桩承载力影响及处理[J] 建筑安全，2019（10）：4-7.

[5]黄献璋.探讨桩身完整性对桩竖向承载力的影响[D] 西南交通大学硕士学位论文，2012.

[6]王延该. 泥质粉砂岩地区钻孔灌注桩沉渣质量事故分析与处理[J]. 广州建筑，2020（5）：23-27.

[7]郑朝辉, 翟祥才. 某项目桩基质量事故检测案例分析[J]. 工程勘察, 2018, 增刊(1)：102-106.

[8]陈秀辉. 旋挖灌注桩桩底沉渣缺陷处理后受力性能分析[J]. 水利与建筑工程学报, 2022, 20(5)：143-147.

[9]李佳, 肖衡林. 桩后压浆基桩完整性评价与承载力检测研究[J]. 四川理工学院学报（自然科学版）,2018, 31(6)：53-59.

[10]徐艺飞, 万志辉, 戴国亮 等.桩端后压浆灌注桩长期承载性能试验研究[J]. 建筑结构学报，2020，42(4)：139-145.

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