某水利桥梁工程基础灌注桩质量问题原因分析及处理

韦正峰（上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 201700）

多年来，灌注桩施工工艺取得了长足的发展，并广泛应用于建筑、交通、水利和市政工程中，但灌注桩的施工工艺具有很强的过程管理性，涉及较多的工序及环节，如成孔、清孔、钢筋笼的制作与安装、混凝土的调配/浇筑/养护等。由于各施工环节都容易受到地质环境和地下水的影响，极有可能产生质量问题，继而影响桩身质量和工程本体质量。笔者参与的某水利桥梁工程基础采用钻孔灌注桩，就出现了部分桩的混凝土试块强度检测不合格、实体质量取芯检测取芯不成形、芯样强度不合格等问题。为此，笔者对此次灌注桩质量问题的处理过程进行总结分析，以期对今后类似工程的质量管理具有借鉴作用。

1 工程概况

某新开河道其上新建一座3跨的桥梁，桥梁基础采用钻孔灌注桩，灌注桩设计强度等级为水下 C30，桩的直径均为 Φ800 mm，共 20 根。其中：桥墩 10 根，桩长 29 m；桥台 10 根，桩长 31 m。桥墩桩底标高－28.5 m，桩顶标高 ＋0.5 m；桥台桩底标高－27.9 m，桩顶标高 3.1 m。

地质勘查报告显示，拟建桥梁处地质自上而下依次为：第 ①1层杂填土、第 ②3层黏质粉土、第 ③层淤泥质粉质黏土、第 ⑤ 层黏土、第 ⑥ 层粉质黏土、第 ⑧1层粉质黏土夹砂质粉土和第 ⑧2层粉砂夹粉质黏土。勘察各勘探孔未遇暗浜，但勘探孔之间有一定距离，相邻勘探孔之间的盲区可能有暗浜分布。

2 质量问题描述

桥梁灌注桩完成后 28 d，经试验检测单位检测，桥梁东侧桥墩 Q11 号灌注桩和 Q14 号灌注桩混凝土试块抗压强度代表值分别为 33.7 MPa 和 32.4 MPa。根据《钻孔灌注桩施工规程》的规定：“混凝土试件强度应比设计桩身强度提高一级”，检测判断此两根桩试块强度未达到设计要求的水下 C30 强度。检测中心对试块强度不合格的 Q11 号桩和 Q14 号桩进行钻芯取样，并进行混凝土抗压强度检测，其中 Q11 号桩芯样不成形、取芯失败；Q14 号桩芯样连续完整、表面光滑，强度代表值为 22.7 MPa，两桩依旧不满足设计要求。检测中心对东侧桥墩的邻近 Q12 号桩（设计桩长 29 m）进行钻芯取样检测，取芯深度为 11.80 m（芯样连续性差，11.80 m 以下取芯失败），发现桩顶以下0～11 m 中，0～1 m、4 m～5 m、5 m～6 m 处芯样较完整，其余部分连续性较差，芯样破损严重，桩基也不符合设计要求。

对 20 根灌注桩进行低应变动测，结果显示：13 根是Ⅰ类桩（无任何缺陷，桩身结构完整）、7 根为Ⅱ类桩（有轻度缺陷，但不影响或基本不影响原设计的桩身结构承载力）。桩基动测报告，如表 1 所示。

表1 桩基动测报告

从表 1 中看出，Ⅱ类桩集中于西侧桥台和东侧桥墩，其中西侧桥台 5 根桩中，Ⅱ类桩 3 根，占比 60%；东侧桥墩 5 根桩中，Ⅱ类桩 4 根，占比 80%。Ⅱ类桩分布，如图1 所示。

图1 Ⅱ类桩分布图

3 质量问题原因分析

本工程灌注桩采用正循环成孔清孔方式施工。影响灌注桩施工质量的因素较多，其中，造成混凝土强度不合格的主要因素有混凝土配合比、混凝土养护、混凝土离析和混凝土夹泥等，影响桩体完整性的主要因素有地质条件和地下障碍物的影响及相邻桩施工及施工过程中施工工艺的控制不到位等。以下结合本工程施工过程的质量管理情况，具体分析质量问题产生的原因。

3.1 配合比方面

本工程灌注桩采用商品混凝土，混凝土强度为水下C30。配合比由厂家确定（见表 2）。

表2 灌注桩混凝土配合比

灌注桩试块为现场制作，标样室养护。20 根灌注桩混凝土试块中，由 2 根桩试块强度不合格，7 根桩的标养试块强度值在 115% 以内。

根据 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》（以下简称“《规程》”），除配制 C15 及其以下强度等级的混凝土外，在控制最大水胶比条件下，钢筋混凝土最小胶凝材料用量为 280 kg/m3；当最大水胶比 ≤0.45 时，最小胶凝材料用量应达到 330 kg/m3（见表 3）。

表3 混凝土的最小胶凝材料用量

在 JTG/T 3650—2020《公路桥涵施工技术规范》（以下简称“《规范》”）中，各强度等级的混凝土除规定最大水胶比、最大胶凝材料用量外，还有最小水泥用量的规定（见表 4）。

表4 混凝土的最大水胶比和胶凝材料用量

根据《规程》《规范》的胶凝材料和水泥用量的对比分析结果：水胶比越大，混凝土强度越小，原因在于水灰比越大，水泥的空隙越多，与骨料的粘结越小，混凝土的强度也就越低；反之，水灰比越小，混凝土强度越高。根据《规范》的要求，C35 混凝土最大水胶比为 0.50，水泥最小用量为 300 kg/m3。本工程水下 C30 混凝土等效水胶比为 0.44，水泥用量仅为 212 kg/m3，水泥用量相对较低。

3.2 地质环境影响

对钻孔灌注桩施工造成不利影响的地质主要有砂土、粉土和含有软弱夹层的淤泥质粉质黏土。这些不良地质自稳能力差，容易造成坍孔，不容易形成稳定护壁。地质勘查资料显示，本工程桥梁处地质是以黏质粉土、淤泥质粉质黏土和黏土为主，其中不良地质有黏质粉土和淤泥质粉质黏土。另外，据现场监理人员反映，在本工程围护施工过程中，现场流砂较为严重。本工程Ⅱ类桩缺陷所在标高正好与黏质粉土和淤泥质粉质黏土层所在位置相吻合。

3.3 障碍物未清理

据现场监理人员反映，在东侧桥墩桩施工过程中碰到一根废弃的管道（具体管道情况不详），桩基施工过程中未作清除处理。此管道的存在，使护壁泥浆流失，极有可能引起灌注桩坍孔，造成混凝土夹泥和混凝土离析等问题。

3.4 施工过程因素

在施工过程中，泥浆的性能、钢护筒的质量、钢筋笼的下放、混凝土浇筑的连续性、相邻桩的施工等，都会造成钻孔坍塌、桩体夹砂夹泥和断桩等现象。

（1）泥浆的性能关系到成孔质量的优劣。好的泥浆具有合适的密度和黏度，能将钻孔内不同土层中的孔隙填补密实，形成一层致密透水性很低的泥皮护壁，有助于维护孔壁的稳定性。同时，泥浆还起到冷却钻具、将钻头破碎的岩土屑带出钻孔、保证钻头成孔工作正常连续的作用。本工程采用原土造浆，注入孔内及二清后的泥浆密度正常保持在 1.15，黏度保持在 22 s，以满足规范要求。

（2）钻孔灌注桩施工钢护筒厚度一般在 6 mm～12 mm 之间，本工程护筒壁厚仅为 1.5 mm，加工好后放置在场地上，由于强度低，多数已变形。这样的护筒埋置后，极易引起灌注桩缩径。同时，因为护筒强度低，造成护筒四周填土难以密实，护筒底部渗漏水至孔内，又易造成孔壁坍方和夹泥等事故。

（3）钻孔桩混凝土灌注的总原则是要快，要连续灌注，一气呵成。灌注时间过长，混凝土已接近初凝，形成硬壳，而且随着时间增加，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，造成混凝土灌注困难，易引发桩身质量缺陷。通过检查本工程施工记录和监理旁站记录，本工程灌注桩混凝土供应及时，混凝土浇筑顺利，不存在混凝土灌注不连续的现象。

（4）钻孔灌注桩施工，钢筋笼安装是一个重要的质量控制环节。据现场监理人员反映，有几根缺陷桩在钢筋笼吊装进孔口时，钢筋垂直度控制不到位，当吊放受阻时，有强压下放现象，可能会碰撞孔壁，造成坍孔。

（5）相邻桩位的桩施工对桩身质量的影响。根据《规程》的规定，在混凝土刚灌注完毕的邻桩旁成孔时，其安全距离不应小于 4 倍桩径，或最少间隔时间不少于 36 h，否则后续桩的施工可能会影响到上一根桩的质量。本工程相邻灌注桩中心间距为 2 000 mm，施工采用跳桩法作业，即先后施工的两桩相距至少 4 000 mm，大于 4 倍桩径 3 200 mm，同时施工考虑间隔时间，满足了《规范》的要求。

4 缺陷桩基础的处理方案

（1）西侧桥台桩基检测虽有 3 根桩为Ⅱ类桩，但所有桩混凝土试块强度均达到设计要求，经设计复核满足设计要求，可以不作加固处理。

（2）东侧桥墩共有 4 根Ⅱ类桩，其中还有 2 根桩混凝土强度不满足设计要求，为保证使用安全，在 Q12 桩和 Q14 号桩的两侧各补1根直径为 Φ600 mm、强度为水下C30 的钢筋混凝土钻孔灌注桩，灌注桩桩长为 29 m，底高程与原直径 Φ800 mm 钻孔灌注桩一致，如图 2 所示。

图2 东侧桥墩补桩桩位示意图

（3）芯孔填注：采用 H-60 高强灌浆料对取了芯样的灌注桩自钻芯孔孔底向上进行封堵灌浆填实。

5 处理过程的质量控制

根据对该工程灌注桩质量问题的分析结果，对新补灌注桩采取了如下质量控制措施。

（1）按规范要求，重新设计混凝土配合比。重新设计混凝土的配合比，增加了混凝土中水泥的掺量。在实际施工时，施工项目部采用了强度等级为水下 C35 的混凝土，等效水胶比 0.40，增加水泥掺量至 248 kg/m3。为了控制混凝土质量，生产前监理单位和施工单位还专门去生产厂家进行技术交底，生产时并派监理到厂家跟踪监督。

（2）控制混凝土的生产、运输和浇筑时间。在对生产厂家进行技术交底时，根据厂家提供的配合比报告中的初凝时间，要求厂家充分考虑运输过程中的影响性因素，尽量选择路途短、路况好的运输线路，在接到工地混凝土浇筑时间的通知后，控制好混凝土的拌和出料时间和运输时间，确保混凝土在初凝前运到工地进行灌注。在施工现场必须严格控制混凝土灌注前各道工序的施工质量，如钢筋笼安放时不得擦碰孔壁和做好二次清孔工作等，做到混凝土灌注一气呵成。

（3）加强护筒制作安装的质量控制。施工实践表明，护筒制作安装质量对预防坍孔，保证混凝土浇筑质量产生较大影响。补桩时，施工单位采用了厚度为 6 mm 的钢板护筒，护筒埋设深度超过杂填土埋深，护筒底口埋入原土深度 0.5 m，并在埋置时对护筒四周进行分层夯实。同时，施工过程中应保证护筒内液面高出地下水位，避免因孔壁坍方而影响混凝土的浇筑质量。

6 体会与建议

本工程桥梁灌注桩问题已妥善解决，后补的4根桩经成孔检测和混凝土试块抗压强度检测均满足设计要求；桩身动测完整连续，4 根桩均为Ⅰ类桩；桩基承载力均符合设计要求。通过对本项目的质量问题分析和处理，笔者有以下体会与建议。

（1）钻孔灌注桩施工受地质及水文条件的影响很大。施工前应充分调研地质情况，清除地下障碍物，这是保证灌注桩施工质量的前提。

（2）不同专业、不同工况条件下对混凝土配合比的要求不同。如《规程》针对的是一般工况条件下的混凝土，只规定了混凝土的最小胶凝材料用量，未对水泥掺量作具体要求；而《规范》除了对胶凝材料用量有所规定以外，还对最小水泥用量提出了相应要求。因此，施工中应根据专业特性适当参考选用《规程》或《规范》中相应的条款。

（3）灌注桩为地下隐蔽工程，施工工序较多，施工期间若控制不当，极易造成质量缺陷或质量问题，进行修复及返工处理不仅费用高、时间长，而且难度也很大。因此，每道工序必须严格按照《规范》《规程》进行施工操作和质量控制，以免发生类似问题。