1、年第 期总第 期福建建筑 花岗岩嵌岩灌注桩桩顶夹泥现象成因分析郭子锋（中海福建天然气公司）摘要 ：本文根据福建沿海海滨区花岗岩嵌岩钻孔灌注桩桩基工程施工经历 ，针对桩基施工中出现的桩顶夹泥这一质量缺陷现象进行了总结和分析 ，可为其他类似工程施工提供有益的借鉴 。关键词 ：嵌岩钻孔灌注桩花岗岩冲击岩屑含砂粉质粘土桩顶夹泥中图分类号 ： 文献标识码： 文章编号：（） （ ）： ， ， ： 作者简介 ：郭子锋 ，男 ，年 月出生 ，技术质量总监督 ，国家执业监理工程师 。收稿日期 ： 桩基工程概况钻孔灌注桩在各类土木工程中广泛应用 ，具有抗震性好 、承载力大 、施工噪音小 、可以解决特殊地基承载力等
2、诸多优点 。目前在国内公路桥梁及新兴的大型储罐基础工程领域中钻孔灌注桩基础已占据了重要地位 ，但灌注桩地下施工不可预计因素多 ，工程质量较难控制 。水下混凝土施工要求严格 ，稍有不慎 ，就可能出现孔底沉渣 、缩颈 、夹泥 、断桩等现象 。本文结合中海福建天然气公司闽中海滨新增储罐项目桩基工程 ，对其中出现的 “夹泥 ”这一质量缺陷现象进行了专业性的总结分析 。福建液化天然气接收站位于福建省湄洲湾北岸莆田市秀屿区 ，一期工程已于 年建成投产 ，已建储罐为 个 万立方米的全容罐 ，储罐直径 ，罐高 米 。本扩建工程是在一期已建储罐两边增建 个与已建储罐容量相同的储罐 ，本文简称为东大罐和西大罐 。
3、新增东西储罐基础部分采用嵌岩灌注桩 ，每个大罐共设计 根桩 ，桩径 ，实际完成最大桩深 ，最大入岩深度 ，桩基混凝土浇注灌总量约万方。累计桩长，累计入岩深度。在凿桩中发现东大罐有 桩存在夹泥现象 ，不足 。西大罐则高达 桩存在夹泥现象 ，占到 。 工地地质条件地形地貌莆田地区属闽东南沿海中新构造运动相对稳定区域 ，无活动断裂带穿越 ，属基本稳定区 。福建液化天然气接收站场地原始地貌类型为海湾滩涂地带 ，经人工清淤填砂改造而成 。场地平坦 、开阔 ，场地地表高程为 （当地理论基准面高程系 ）。厂区西 、北 、东三面为陆地 ，零星分布剥蚀山丘 ，南侧为滨海地带 。未发现地裂缝 、岩溶等不良地质现象
4、 ，以及暗浜 、废井及地下洞室等对工程不利的埋藏物 ，没有可预计的地质灾害 ，未见有其它影响地基稳定性的不良地质现象 。 地基土的构成场地内地层由第四系覆盖层 、混砂 、风化粘性土和花岗岩组成 。根据地层岩性及其物理力学性质特征 ，将其划分为 个工程地质层 ，在第 层又细分为两个亚层 。各岩土层自上而下分别为 ：人工回填贝壳砂含砂粉质粘土粉质粘土残积砂质粘土全风化花岗岩强风化花岗岩 （含砂砾状 、碎块状两个亚层 ）中风化花岗岩微风化花岗岩年 期 总第 期 郭子锋花岗岩嵌岩灌注桩桩顶夹泥现象成因分析 施工过程及技术要求 施工基本流程本次东大罐 、西大罐桩基采用旋挖钻机和冲击钻机相结合钻进 ，利用
5、旋挖钻机钻进覆盖层和强风化岩层 。当进入花岗岩层 ，旋挖钻进难以进尺时 ，利用冲击锤冲击至设计孔深 。混凝土灌注前的二次清孔采用气举反循环 ，混凝土灌注采用导管法浇注水下混凝土 。工艺流程如下图 。图 嵌岩灌注桩施工工艺流程图 钻进成孔）旋挖钻进开钻时先低档位慢速钻进 ，以保证桩位准确性 ；钻入粘土层后 ，加大泵能量中速钻进 ；在砂土层中慢速钻进 ；在进入强风化层后抵档慢速钻进 。钻进过程中配备挖砂钻头 、短螺旋钻头和筒钻 ，以适应不同的地层 ，最大限度地发挥旋挖钻进的优势 。钻进过程中还多次检查钻头的通气孔 ，确保气孔通畅 ，避免形成气活塞 、造成缩径或孔壁坍塌 。）冲击钻进当旋挖钻进到基岩
6、面且继续钻进困难时 ，改用冲击钻机钻进 。开冲击钻前调制足够数量的泥浆 ，钻进过程中如泥浆有耗损 、漏失 ，及时补充并按规定检查泥浆指标 。基岩面较陡时密切注意钻头偏斜 ，必要时填石粗平后再冲击 。 清孔在成孔完成检验合格后 ，立即进行清孔 。清孔采用气举反循环法 ，其优点是清孔后孔底沉渣少 。将清孔用的导管下伸到孔内至孔深的 处 ，启动空压机开始清孔 。泥浆循环正常后 ，将导管接长到孔底进行清孔 ，清孔时还要注浆补浆 。 二次清孔二次清孔同样采用气举反循环法 ，待孔底沉渣基本全排出或被悬浮孔内 ，且测出的泥浆指标和沉淀物厚度均符合技术规定后 ，再进行水下混凝土浇筑工序 。 灌注桩顶端夹泥现象
7、及原因分析 灌注桩顶夹泥现象在西大罐区桩基施工过程中 ，凿桩头时发现高达 基桩顶部有夹泥现象 ，且各桩夹泥的竖向深度 ，径向深度和环向宽度不等 ，形状不规则 ，经对夹泥部位进行凿除处理 ，发现夹泥情况有如下几种特征 ：（）夹泥部位多集中在桩的一侧 ，环向宽度 、竖向深度大小不一 。（）钢筋笼内侧均是完整混凝土 ，钢筋笼外侧是混凝土或水泥浆和泥土块的掺合物 ，掺合物和完整混凝土的分界线为间距较密的外箍筋和主筋 。（）钢筋笼内完整混凝土的高度基本超过设计桩顶标高，钢筋笼外夹泥部位从桩顶向下的处理深度多在（仅有个别达到）。（）一束筋中并列的两根主筋竖向缝间夹泥 。 原因分析根据以上几种情况 ，结合同
8、时施工的东大罐情况 （基桩顶部夹泥现象较少 ，在总桩数中不足 ）及一期工程的两大储罐区情况进行分析比较 ，造成这种西大罐区大量 “夹泥 ”结果的主要原因是地质层条件不同 、出现较多的粉细砂和这次对泥浆的技术控制指标不合理 。根据第二次地质勘查结果显示 ，东大罐区和西大罐区的地层特性基本相同 ，但含砂粉质粘土在西大罐区大量出现 ，平均 厚 ，但在东大罐区却没有发现 。也就是说 ，两罐区的近地面浅地层的地质条件还是不一样的 。这是西大罐区粉细砂的第一个来源 。由附表 可知 ，西大罐区强风化层段较厚 ，比较东大罐区平均 厚 度 多 。根 据 数 据 统 计 ，西大罐区平均孔深，平 均 冲 击 深 度
9、，较东大罐区的平均孔深和平均冲击深度 ，分别超出了约和 ，年 期 总第 期 郭子锋花岗岩嵌岩灌注桩桩顶夹泥现象成因分析 并且每孔平均冲击时间超出东大罐区 ，冲击深度大 、时间长直接导致了强风化岩段碎屑过多地悬浮在泥浆中 ，经长时间的冲击 ，一定比例的破碎岩屑将变成难以分离的粉细砂 ，而粉细砂会与泥浆混合 ，这对泥浆处理不利 。这是西大罐粉细砂的第二个来源 。如附表 数据显示 ，东大罐区出现灌注桩顶端夹泥现象的灌注桩均属于深桩区 ，平均孔深高达 ，正好佐证了以上观点 。表 东西大罐区各地层厚度对照表 （单位 ：）储罐地层东大罐区 西大罐区人工回填砂层 含粉砂质粘土 缺失 粉质粘土 残积砂质粘土
10、全风化花岗岩 强风化花岗岩仅个别孔位分布 ， 中风化花岗岩 除了这两大因素 ，第三个重要因素是这次使用的泥浆性能指标与一期工程不同 。泥浆中含有大量的难以分离的粉细砂 ，那只有较大的比重和粘度泥浆才能悬浮住 。但在本项目总承包方技术要求中规定泥浆的比重不大于 ，在二次清孔时 ，泥浆比重一旦达不到这个要求就进行调整 ，孔内稳定的泥浆由于频繁调整而破坏了原先的平衡和稳定 ，在短期内不能自行修复 。而泥浆停止循环后等待灌注和整个灌注过程时间较长 （一般在 以上 ），被破坏的泥浆不能悬浮粉细砂 ，致使粉细砂慢慢沉降下来 ，灌注过程中粉细砂继续沉降的趋势是不变的 。施工中干扰因素很多 ，由于工作面交叉
11、、通道不畅 、机械故障 、天气影响 、昼夜连续施工 、人员动态控制力度和有效性等等可变因素是很多的 。有的桩的施工周期长 ，有的施工周期短 。形成这个问题同样有一个 “量变引起质变 ”积累过程 ，直到浇筑到桩顶后期时 ，才会导致这种现象 。随着施工时间的延长 ，待灌注至接近桩顶时 ，部分桩孔泥浆的托浮能力下降到了最低程度 ，再加上还有一些深孔内破碎岩屑形成的粉细砂的沉降 ，两个因素叠加会累积到突破临界点的程度 ，会自然地存在一部分粉细砂与少量水泥浆的混合现象 。孔越深 ，冲击量越大 ，造成的破碎岩屑形成的粉细砂在泥浆中的比例就越高 ，导致与少量水泥浆混合的机会也就越多 。这样往往造成灌注困难
12、，因此需要不停地上下提放导管才能使混凝土从导管底流出来 ，此时混凝土的运动是由中心向四周翻滚的 ，混凝土浆将细砂泥浆块经过钢筋笼推到孔壁上 ，钢筋笼与孔壁间被细砂泥浆块填充 ，由于箍筋较密 ，有时带有大石子的混凝土浆体无法将一些沉积细砂泥浆块快速及时地挤出钢筋笼 ，形成第二种情形 。在浇灌过程中 ，钢筋笼内混凝土无阻隔正常上升 ，且为新鲜混凝土 ，基本保持了合理的超灌高度 ，而由于上述情况和钢筋笼箍筋较密 ，使混凝土浆体无法快速挤出笼外 ，及时地托住一些沉降下来的粉细砂泥浆块 ，因此出现以上三的情况 。一束筋的两根主筋缝间夹泥 ，是由于缝隙过小 ，水泥浆无法将缝隙间的粉细砂泥浆置换出来造成的
13、，这也是夹泥桩产生的影响因素之一 。冲击孔径理论值 ，实际孔周长已经大于 。在如此大的桩周区 ，必然是局部混砂泥浆先突破临界点的 ，因此出现以上一的情况 。 结论回头看来 ，在一期双储罐工程施工中将泥浆比重上限提高至 的做法是非常高明的 。当时因为考虑到回填贝壳砂孔壁的稳定性原因 ，故将泥浆比重上限提高至 。这次总承包方认为经过多年的沉积 ，贝壳砂孔壁的稳定性不是太大问题 ，又完全忽视了西大罐地质层的特别之处 ，而拒绝了专业分包方提出的提高泥浆比重上限的要求 。笔者当时只是察觉到总包负责人僵化搬用原技术数据 ，但对这次新的施工设备和工艺抱有幻想 ，工地事务头绪繁杂 ，就没有再进行深入的讨论 。忽视了西大罐地质层的特别之处 ，也对深桩中大量破碎岩屑变成难以分离的粉细砂进入泥浆这一结果未列入考虑要素 。事实证明 ，这一 “该变通不变通 ”的决策 ，是导致西大罐区存在夹泥现象桩的比例 ，较类似地质条件的一期工程东大罐区大量提高的主要原因 。参考文献 ，立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范张忠亭等 ，钻孔灌注桩设计与施工 中国建筑工业出版社 ，陈跃庆 ，地基与基础工程施工技术 机械工业出版社 ，
