围护桩桩长小于钢筋笼长度现象及分析

郝世龙 （上海同济检测技术有限公司，上海 200092）

0 前言

上海地区基坑工程近年来发生多起基坑坍塌事故，围护支撑体系的质量直接关乎基坑工程安全。围护桩是直接承受土压力的构件，其重要性不言而喻。上海地区围护桩一般为正循环钻孔灌注桩，桩长和钢筋笼长度均为围护桩的重要设计指标，对基坑围护支撑体系的力学模型有重要影响，直接关乎基坑安全。

灌注桩特别是围护桩一般通长配筋，即桩长应等于其钢筋笼长度。工程实践中，一方面因钢筋笼价值高，且为隐蔽工程，存在偷工减料的现象；另一方面，有时存在钢筋笼上浮、不同长度的分节钢筋笼串用、钢筋笼标高定位不准等情况，会使得灌注桩钢筋笼长度小于设计值（桩长）。但近年来却发现围护桩桩长小于其钢筋笼长度的特殊案例，应引起重视并加以研究。

1 案例情况

1.1 案例一

1.1.1 工程概况

上海市杨浦区某基坑开挖面积约5.3万m，开挖深度4.65m，外围基坑采用SMW工法桩围护，2个局部落深坑落深分别为3.65m、4.40m，采用Ф800@1000和Ф700@900的正循环钻孔灌注桩作为落深坑的围护桩。委托方要求选取2根围护桩，采用钻芯法和磁测井法结合的方式进行检测，磁测井法检测利用钻芯孔。

1.1.2 受检桩概况

W3-37#和W3-42#两根受检桩桩径均为Ф800，混凝土强度设计等级均为水下C30，桩顶标高均为-0.55m（绝对标高），设计桩长均为18.00m（含锚入圈梁段），钢筋笼长度设计值均为17.50m（含锚入圈梁段，12m以上主筋为16根 Ф25、箍筋为 Ф10＠150，12m以下主筋为 8根 Ф25、箍筋为Ф10＠200），钻芯检测时龄期分别为146天、129天。因检测时圈梁已浇筑，不宜破除，故选择桩侧开挖探坑定点，直接在圈梁顶部开钻的方式。

1.1.3 检测过程

W3-37#桩采用单管钻具、110mm外径的金刚石钻头和Ф42钻杆。桩身混凝土进尺14.00m，桩身钻进过程中无异响、抖动剧烈、钻速突然降低等现象，循环水未见钢屑；钻至14.00m时钻速突然加快，循环水变浑浊，总进尺18.00m。芯样总体连续、较完整，胶结好，侧表面较光滑，骨料分布均匀，芯样多呈柱状，少量短柱状、扁柱状，断口基本吻合，局部可见较多孔洞。14.00m～18.00m为扰动状粉质粘土。该桩实测桩长为14.00m，明显小于设计值，判定W3-37#桩身完整性为Ⅳ类桩。芯样照片见图1。

图1 W3-37桩芯样照片

W3-42#桩改用单动双管钻具、外径110mm金刚石钻头和Ф50钻杆。桩身混凝土进尺14.59m，桩身钻进过程中无异响、抖动剧烈、钻速突然降低等现象，循环水未见钢屑；钻至14.59m处钻速突然加快，循环水变浑浊，总进尺23.39m。芯样总体连续、完整，胶结好，侧表面较光滑，骨料分布均匀，芯样多呈柱、长柱状，少量短柱状，断口吻合，局部可见较多沟槽。14.59m～23.39m为扰动状粉质粘土。该桩实测桩长为14.59m，明显小于设计值，判定其桩身完整性为Ⅳ类桩。芯样照片见图2。

图2 W3-42桩芯样照片

钻芯检测工作结束后将钻芯孔扫孔加深并埋设塑料材质的测斜管，作为磁测井法钢筋笼长度测试通道。测点间距10cm，将探头自下而上缓慢匀速拉至桩顶结束测试，得到图3、图4所示成果图。按相关规范[1][2]取深度-垂直分量（H-Z）曲线下部小于背景场转成大于背景场的拐点（斜率最大处）对应的深度位置为钢筋笼底部埋深，与磁场垂直分量梯度-深度（dz/dh-h）曲线最深的明显极值点所对应的深度一致。故判定W3-37#和W3-42#桩钢筋笼长度分别为16.5m、15.6m。

图3 W3-37#桩钢筋笼长度测试成果图

图4 W3-42#桩钢筋笼长度测试成果图

1.2 案例二

1.2.1 工程概况

上海市奉贤区某基坑开挖面积约2403m，开挖深度 10.70m，采用Ф900、Ф950、Ф1200的正循环钻孔灌注桩作为围护桩。委托方要求选取1根围护桩，采用钻芯法和磁测井法结合的方式进行检测，磁测井法检测利用钻芯孔。

1.2.2 受检桩概况

73#桩桩径为Ф900，混凝土强度设计等级为C35，桩顶标高为+3.900m（绝对标高），设计桩长分别24.00（不含锚入圈梁段），钢筋笼长度设计值为24.75m（含锚入圈梁段）钻芯检测时龄期为68天。检测前已选桩，因工期紧张，采取在圈梁浇筑前于桩头中心处预埋PVC的方式预留了钻孔通道，圈梁成型7天后再行钻芯。

1.2.3 检测过程

73#桩采用单动双管钻具、外径为110mm金刚石钻头和Ф50钻杆。钻进过程中无异响、抖动剧烈、钻速突然降低、循环水未见钢屑，桩身混凝土进尺21.00m，钻至21.00m处钻速突然加快，循环水变浑浊，总进尺26.60m。其中11.10～12.00m处可见明显蜂窝，20.50～21.00m处沟槽连续，其余芯样连续、完整，胶结好，侧表面光滑，骨料分布均匀，芯样多呈柱状、长柱状，少量短柱状，断口吻合。21.00m～26.60m为扰动状灰黑色粉质粘土。因实测桩长明显小于设计值，判定73#桩身完整性为Ⅳ类桩。芯样照片见图5。

图5 73#桩芯样照片

采用与案例一同样的设备、方法进行钢筋笼长度测试，但案例二探头拉至管口方结束测试，得到图6所示成果图。按相关规范判定73#桩在检测起算点（管口处）下1.4m、25.3m处分别对应钢筋笼顶部、底部位置，得出钢筋笼长度为23.9m。

图6 73#桩钢筋笼长度测试成果图

73#桩出现与案例一相同的情况：桩长和钢筋笼长度均小于设计值，且桩长小于其钢筋笼长度。

2 案例分析

将两个案例中3根桩长检测结果汇总于上表。

3根问题桩检测结果汇总表

2.1 争议点

上表中3根桩检测结果引起不小的争议，异议方主要争论点：一是W3-37#桩未采用单动双管钻具，桩长实测值可能不准确；二是磁测井法钢筋笼长度检测是间接方法，围护桩间距较小，临近桩可能干扰其检测结果；三是桩长小于其钢筋笼长度有悖“常识”，钢筋笼安装工程作为隐蔽工程有可能偷工减料，一般认为钢筋笼长度只会小于等于其桩长。

2.2 争议点分析

现就以上争议点逐一分析。

2.2.1 单动双管钻具问题

使用单动双管钻具的初衷是此类钻具芯样在岩心管中不会出现转动，避免芯样断口处的机械磨损，特别是芯样容易在缺陷处断开，可提高芯样采取率，更好地体现芯样原本样貌。但对桩长的判定无任何影响。如钻头偏出桩外，一定会钻遇密集的箍筋，并在末端形成契形的芯样，W3-37#未出现此类情况。同案例的W3-42#桩和案例二的73#桩均采用单动双管钻具仍得到桩长和钢筋笼长度均小于设计值且桩长小于其钢筋笼长度的结果，与W3-37#情况相同，证明案例一2根桩桩长、钢筋笼长度确实存在问题，与钻具选择无关。此争议点不成立。

2.2.2 磁测井法临近桩干扰问题

3根桩均利用钻芯孔作为测试通道且钻芯孔未偏出桩侧，即测试时探头始终处于受检桩钢筋笼内，可屏蔽临近桩的影响。退一步分析，临近桩的钢筋笼长度设计值与受检桩相等，即便有影响也只会使得检测值偏大而非偏小。故此争议也不成立。

2.2.3 桩长大于等于钢筋笼长度的“常识”问题

经验常识是“双刃剑”，抛开适用条件直接使用经验常识在岩土行业是危险的。灌注桩的钢筋笼长度一般小于等于桩长的常识其实限定于孔底沉渣较少的情况。有时灌注桩施工过程中泥浆含沙量大、清孔不到位、下钢筋笼后垮孔等原因造成孔底沉渣较厚，甚至达一米至几米厚，加上首灌时冲击力有限无法冲开巨厚的沉渣，会使得有效桩长偏短。但钢筋笼因其密度大（7.85t/m），远大于沉渣密度（一般小于1.3t/m），可轻松插入厚厚的沉渣。加之首灌时混凝土冲击力有限，无法完全冲开此部分沉渣。大部分围护桩属于临时构件，施工相对粗糙，上述施工弊病可能兼而有之。最终形成桩长小于其钢筋笼长度这一有悖“常识”的现象。

3 结语

①围护桩桩长小于钢筋笼长度的现象直接原因是沉渣巨厚。应从减少沉渣方向入手解决此问题。

②钻芯法和磁测井法结合是很好的围护桩检测手段。磁测井法可利用钻芯孔作为测试通道，并不比单纯的钻芯法增加很多费用，可获得桩长、桩身完整性、桩身混凝土强度、钢筋笼长度等多个参数，还可了解沉渣情况，委托方可视工程重要程度委托，亦可在工程桩检测中采用。

③是否采用单动双管钻具并不影响桩长结果，但为避免争议，在对质量存疑的桩进行检测时仍需采用。

④钻芯法检测时桩长的核定需依据钻进情况和芯样外观综合确定，切不可单凭测量芯样长度。案例二经解释基本消除了对检测结果的争议，重要原因是临近桩底时通知监理方旁站，记录了桩底钻速加快、循环水变浑浊、无钢屑上返等特征现象，提钻前测量钻机高度、机上余尺，提钻后测量钻杆长度并观察末端芯样外观。全过程保留充分的影像资料，证据充足。

⑤此现象极为罕见，原因是目前围护桩检测要求较低，非“桩墙合一”的一般围护桩成桩后仅需进行不少于总桩数的20%且不得少于5根的低应变检测。钻芯法检测、钢筋笼长度检测均不是验收必需，只有在质量存疑时采取钻芯法检测，钢筋笼长度检测更是少之又少。总之，少发现不意味着少发生，该现象仍需引起重视。此现象或不限于围护桩，工程桩亦可能存在，有待验证。