人工挖孔桩质量事故检测在岩土工程勘察中的应用

谭贱儿，李瑞华

（江西省地矿局水文地质工程地质大队，江西 南昌 300095）

人工挖孔桩具有施工设备简单、无振动、无大量泥浆排放、可以多组工人大面积同步施工，桩底持力层情况直观易检查，单桩承载力高，质量、工期易保证，工程费用较低等特点[1]，因此工程上得到广泛应用。在人工挖孔桩施工过程中，经常遇到地下水丰富或流砂层时，导致施工安全和质量隐患。本文介绍某项目人工挖孔桩桩基检测发现流砂原因造成严重质量事故的实例。

1 工程概况

选用人工挖孔扩底灌注桩，桩径800（1200）mm、1000（1500）mm，设计单桩承载力极限值分别为3150kN、4751kN。桩数分别48 根、2 根，选强风化千枚岩作为持力层，桩端进入持力层≥1.0m，桩长≥6m。桩位示意图见图1（图中数字为施工桩长，为施工单位提供）。

2 地质情况

依据工程勘察报告，该场地属丘陵山前洪冲积平原地貌，经人工回填平整，地势平坦。场地地层结构自上而下可依次为①杂填土、②粉质粘土、③砾砂层、④砂卵石层、⑤强风化千枚岩。

上覆杂填土空隙多，松散，渗水性强，所含水主要受大气降水影响。其下的粉质粘土，较致密，孔隙少。属隔水层；砾砂和砂卵层是本区主要含水层，水位在地面下1.90m ～5.20m。

3 检测情况

3.1 低应变检测

桩基施工完毕后于11 月23 日对所有桩进行反射波法低应变检测，检测结果发现在建设场地中部有成片的桩低应变波形：桩底反射信号特别明显，且与锤击脉冲信号同向，桩底深度与施工记录桩长基本吻合，迥异于挖孔桩扩底嵌岩的波形特征，典型波形见附图2：13A#、15C#桩低应变波形图。

3.2 钻芯检测

根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）第8.4.6 条[2]对于嵌岩桩，桩底时域信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向时，应采取钻芯法、静载试验或高应变法核验桩端嵌岩情况。选取13A#、15C#、20C#三根桩于11 月27 日进行了钻芯检测，13A#桩钻芯显示砼长4.69m，在0.58m ～1.35m 深有严重离析，桩底有2.20m 的沉渣（细砂）；15C#桩钻芯显示砼长4.80m，桩身基本完整，桩底有0.4m 的沉渣（细砂）；20C#桩钻芯显示砼长5.60m，在0.30m ～0.9m深有离析现象，桩底有0.3m的沉渣（细砂）。因此结合钻芯与低应变波形初步判定这24 根桩全部为Ⅲ类桩，有待进一步验证或处理。

3.3 低应变复测和静载试验

四个月后，于3 月29 日接建设单位通知：“所有缺陷桩每根桩钻取了2 个孔，已进行了高压注浆处理，可以进场进行低应变复测。”检测单位低应变复测后发现注浆处理效果不明显，仅有部分桩桩底同向反射信号幅度有所降低（详见图2：13A#、15C#桩应变波形图）。经协商沟通决定抽取一根桩进行静载试验验证单桩承载力是否达到要求，检测单位于7 月2 日对13A#桩进行了静载试验，试验结果为13A#桩加载至1575kN 时，桩顶总沉降量为92.02mm，该级沉降量为84.50mm，超过前一级荷载（1260kN）沉降量3.37mm 的5 倍，Q－s 曲线呈陡降型，可以确定该桩极限承载力为1260kN，只达到设计极限承载力3150kN的40%，不能满足设计要求。

图1 桩位示意图

图2 13A#、15C#桩低应变波形图

4 原因分析

本工程在低应变检测发现问题后，统计分析桩长，异常波形的桩有24 根（见图1 有流砂区域），桩长为4.7 ～5.4m，平均桩长5.11m，其余桩的桩长为6.0m ～7.6m，与勘察资料对照，波形异常桩桩长明显偏短且达不到设计要求的6m。向施工方了解施工情况，施工人员反应：“场地内原来有条南北向的小支流流向场地东面的玉泉河，现已回填。在人工挖孔至砂卵石层时发现涌水，水量不大，挖到砂卵石层时部分桩孔有流砂，成孔扩底很困难，有些孔挖到了持力层强风化千枚岩，有些孔未挖到持力层，为了防止塌孔，保证安全和进度，在未清理桩底流砂和还有涌水的情况下就进行了混凝土灌注（非水下灌注）。”。

人工挖孔桩的质量影响因素[3]：①主要有工程水文地质因素，比较典型的是地下水和流砂影响成孔质量。②桩身混凝土灌注影响成桩质量，出现夹渣、断桩、桩底沉渣过厚（清底不干净或没有二次清孔）、桩身混凝土强度不足（原材质量差、配合比不达标、振捣不均匀）等各种质量问题。③安全技术管理措施也是质量形成的关键因素，如技术交底、安全交底、各项管理措施执行不到位等。

结合上述施工过程出现的现象，桩底流砂是造成本工程质量事故的直接原因，问题分析下：

（1）施工单位经验欠缺，不了解场地地质条件的特点，场地砾砂和砂卵层地下水微承压水，地下水比较丰富，对降低地下水位的重要性认识不足，技术上未采取有效的整体降排水措施，对出现流砂的问题未采取专门的应对措施，也未向监理、建设、设计等单位提出书面反应，盲目施工，抱有侥幸心理，隐蔽工程验收环节缺位。

（2）人工挖孔作业人员缺少在流砂层、地下水水量大等复杂地质条件下的成孔成桩经验，仍采取干法浇筑桩身混凝土，甚至边抽水边浇筑，使混凝土配合比失去控制，水泥砂浆大量被抽走，造成桩身混凝土标号降低、离析或严重离析、甚至断桩。

（3）在发现桩基质量问题后，施工单位组织人员进行了高压注浆处理，但未达到预期效果，扩大了损失，延误了工期，也是施工管理经验不足的表现。

（4）挖孔桩施工期间，建设单位和监理单位对孔深和孔底情况验收把关不严，也有一定的管理责任。

针对人工挖孔桩施工过程中经常遭遇较厚的流砂问题，国内目前的施工技术和施工工艺有多种经验对策进行处理[4]，如利用没有流砂的桩孔作为集水井进行降水，降低对流砂的扰动，避免砂土水流失；缩短每次护壁的高度，快速穿过流沙砂层；采用刚柔相济的护壁材料（粗钢筋、较宽的毛竹片，和编织袋、干稻草、棉絮等组合运用）对流砂层进行堵塞处理；流砂很严重时可以下钢套筒，并采用浇筑低标号素混凝土封闭孔底的办法处理（凝结后再凿除）。

该项目由于种种原因，拖延四年后，原来所有50 根桩报废处理。在原建设场地内移位采用人孔挖孔桩重新施工，吸取了经验教训，经检测未再出现质量问题。

5 结语

人工挖孔桩灌注桩的施工质量虽然容易控制，但往往参建各方麻痹大意，容易放松管理，酿成严重的质量事故，一旦桩基存在严重的质量问题，既延误工期，又造成很大的经济损失，这既有地质条件特殊等客观原因，又有施工单位经验欠缺、管理松散、盲目施工等主观原因。从施工管理方面，在桩基施工的每一环节都要精心组织，精心施工，严格达到规范设计要求，要选用有资质、有能力、有经验的队伍进行施工，确保工程质量。我们检测人员更需以高度的责任心，通过低应变、钻芯、静载试验等多种检测方法对桩基进行综合分析判定，按规范要求认真分析缺陷性质、程度及造成的原因，把握好桩基验收环节的工作。