嵌岩桩基桩检测及桩底沉渣处理施工技术

嵌岩桩基桩检测及桩底沉渣处理施工技术
摘要本文通过多种检测手段，相互对比印证嵌岩桩桩底沉渣厚度，并在此基础上采用了高压水流冲切清理桩底沉渣，高压注浆，效果显著。

关键词低应变；载荷试验；钻芯；高压水流冲切；高压注浆
1前言
嵌岩桩桩基对于基岩埋藏较浅的地区而言，是一种常用的且行之有效的基础型式，它具有承载力大，沉降小等一系列优点，但在施工中，若桩身质量存在缺陷或桩底沉渣过厚就会适得其反，造成沉降大、承载力不满足要求，但此时桩已完成，清理桩底沉渣就困难重重。

通过对典型工程的处理实践，进行了有益的尝试，本文就如何客观、科学、全面地评价嵌岩桩基桩质量进行了论述；同时也详尽地介绍了处理嵌岩桩桩底沉渣过厚问题的技术方法，与大家一起交流探讨。

2工程概况
2.1工程地质条件
据场区勘察报告，场地下主要地层为：
①层：素填土，黄褐色，色暗，稍湿，以粉土、粉质黏土为主，含碎石等杂物，土质不均，结构松散，层厚2.0～3.0m；
②层：粉质黏土，黄褐色，可塑状态，含氧化铁锈斑，偶有小碎石，土质均匀，切口具光泽，韧性、干强度中等。

层厚3.2～5.5m；
③层：全风化片麻岩，红褐色，色暗，可辨原岩结构，含石英结晶体，局部已黏土化；
④层：强-中风化片麻岩，红褐色，钻进难，含石英结晶体，勘察未揭穿该层。

2.2工程桩施工
某厂设备基础共施工钻孔灌注桩394根，直径 800mm，扩大头D=1200mm，桩长12～16m，嵌岩深度1.5m，桩端进入强-中风化片麻岩，设计单桩竖向抗压极限承载力7200kN。

场地地下水位埋深1.5m，采用泥浆护壁，正循环带扩底钻头成孔，导管水下灌注施工工艺。

3基桩检测
3.1检测方法及程序
工程桩施工完毕达到龄期后，首先采用低应变反射波法进行桩身完整性检测，抽样率不低于20%；低应变反射波法反映基桩存在缺陷和桩底同相反射明显的桩，采用单桩竖向静载荷试验进行基桩承载力检测，抽样率不低于1%，评价其施工质量和基桩的可使用性；同时应用钻芯法进一步评价基桩的完整性和桩底沉渣；按照科学的程序综合应用三种检测方法进行检测，三种方法相互比对和印证，达到科学、客观、公正地评价基桩质量。

3.2基桩低应反射波法检测
通过分析该区嵌岩桩低应变动力检测信号，反映桩身混凝土完整，桩径较均匀，个别桩有扩径现象。

按照桩底反射波相位和能量的差别，可将低应变反射波信号划分为三种类型，分别是：
第一类桩底反射波不明显（图1），第二类桩底有正相位反射波，幅值小（图2），第三类桩底有正相位反射波，幅值大（图3）。

其中一、二类型信号的桩达到抽检数量的95%，依据低应变反射波法的基本理论初步分析：第一类型信号的桩底沉渣清理较好，桩身混凝土与基岩结合紧密，基桩的承载力应该能够达到甚至超过承载力的要求；第二类型信号的桩桩底沉渣清理不足，桩底存在一定量的沉渣或者是基岩强度和完整性不足；第三类型信号的桩底沉渣清理较差，桩底存在较厚沉渣或是基岩强度和完整性严重不足。

图1(1)类基桩低应变动力检测曲线
图2(2)类基桩低应变动力检测曲线
图3(3)类基桩低应变动力检测曲线
根据低应变反射波法的分析结果，单桩竖向静载荷试验首先选择第三类型信号的桩，次之选择第二类型的桩，同时应用钻芯法验证沉渣厚度和基岩性状。

3.3基桩载荷试验
挑选有代表性的4根嵌岩桩进行载荷试验，试验结果如下：试桩1、3、4：根据试验结果，3根桩的单桩竖向极限承载力都能达到7200kN，但是3、4号桩在最终7200kN菏载作用下的沉降量35mm大于1号桩的沉降量18mm，满足设计要求。

试桩2：桩顶沉降量超过90mm，远大于规范要求最大值0.05D(桩端直径D=1200mm)，判定桩2单桩竖向极限承载力QU=2880kN。

通过桩2的静载荷试验，可以看出此桩承载力低与低应变反射波法反映出的桩底存在较厚沉渣或者是基岩强度和完整性严重不足有一致性。

3.4钻孔取芯验证
鉴于以上检测结果，为了进一步明确桩2承载力不足的原因，对桩2、桩1、桩4进行钻芯法检测。

通过钻孔取芯发现：桩1的桩端几乎没有沉渣，桩4的桩底沉渣厚度20mm；桩2的桩底沉渣不满足设计要求，达到150mm。

基岩芯样表明桩端为强风化片麻岩。

通过以
上检测表明，本工程造成嵌岩桩不满足设计要求的原因就是桩底沉渣过厚，清除桩底沉渣，以高强度水泥浆液或混凝土进行补救。

4原因分析
从本工程桩特点分析来看，桩径不大、扩大头不大、桩长也不太长，经现场多方分析汇总，造成嵌岩桩不满足设计要求主要有以下几方面：
4.1泥浆配比不合理
由于泥浆指标不好，造成了泥浆携渣能力差，很多岩块、岩粒、岩粉、泥坯不能携出钻孔；护壁时间短、效果差，容易塌孔。

4.2二次清孔不彻底
在钢筋笼下放完毕后进行二次清孔，是一个关键的工序，也是灌注混凝土前最后一次清理桩底沉渣的机会，但此时，清孔受到钢筋笼直径较扩大头小的限制，加之导管直径较大( 250mm)，正循环时导管底水流冲击力有限，孔底的岩块、岩粒、岩粉及泥坯清除不彻底。

因此，在终孔后若不认真清孔，二次清孔在本工程作用有限，无法达到彻底清孔。

4.3施工人员思想麻痹、掉以轻心也是一个重要的因素
忽视泥浆性能的调配，在长时间岩石钻进时，只强调泥浆的冷却钻头作用，忽略了其携渣的重要作用；终孔后清孔时没适时调整泥浆性能，实际清孔效果很差，有时几乎没有清孔就移走了钻机，留下了隐患。

另外，沉渣量测有误区、或不认真，本区沉渣多为岩块、岩粒、岩粉及泥坯组成，稍一沉淀，就略有一定的密实度，时间越长，密实度也随之增高，容易造成量测错误，但其与基岩区别也是很大的。

因此，人员的因素也是造成此次事故的一个重要因素。

5沉渣处理
5.1处理方案
于桩底沉渣多为岩块、砂状岩粒、岩粉及循环泥浆或泥坯组成，应先将泥坯及岩粉冲刷净，增加渗透性和可加固性，然后灌注水泥浆液，与孔底的粗颗粒岩粉及岩块，固化后形成混凝土体，并通过高压注浆使水泥浆液渗透至灌注桩桩底及桩侧岩土层中，达到提高桩端承载力的目的。

5.2处理方法及施工
通过应用三种检测方法进行比对，确定应用低应变反射波法对基桩进行普查，检测信号为第三类型的基桩（桩底有正相位反射波，幅值大），采用钻芯法检测沉渣厚度，并为高压注浆做准备。

处理主要工艺流程为：定位—钻孔—冲渣清孔—埋设注浆管—封口—浆液制备—设置变位观测装置—加压注浆—关闭注浆阀门—拆除注浆管，主要工序如下：
5.2.1钻孔取芯
a. 首先进行钻孔取芯，确认桩底沉渣厚度；
b. 对沉渣厚度超过规范或设计要求即大于50mm的灌注桩单独选出，留待后续高压注浆处理；
c. 沉渣厚度不大于50mm的桩，取芯钻孔直接灌注水泥浆液封孔。

5.2.2沉渣清理
对于沉渣厚度大于50mm的钻孔灌注桩，应采用高压旋喷钻机，旋转喷射高压(20～25MPa)水流冲切、清洗沉渣，至灌注桩孔底泥坯及岩粉被冲出孔底，井口返水清澈止。

5.2.3注浆加固
5.2.3.1注浆
埋设注浆管：冲渣完成后，即可埋设注浆管及出气管，封口以下出气管长度不大于0.5m；
注浆管底端0.1m内设置梅花形蜂窝眼便于均匀出浆；
封口：上部应采用高强、早强型（48h强度不小于C25）灌浆料进行封口，封口长度不少于2m,出气管及灌浆管应高出孔口0.5m；
浆液制备：为保证浆液的可灌性，应至少分两级搅拌和过滤，采用液态UEA添加剂；水灰比依照先稀后浓的原则进行，一般为0.6∶1～0.8∶1;
设置变形观测：在需要进行高压注浆进行加固的桩顶附近5m外，设置不少于2个高程基准点，并在桩顶附近设置基准桩和基准梁，采用百分表观测变形。

注浆：采用最高输出压力不小于8MPa的高压泥浆泵逐渐进行,待出气管冒出正常水泥浆时，采用螺栓堵头或阀门方式密封出气口；然后继续加压达到封口要求。

停止注浆后，阀门密闭注浆孔1h，方可断开与高压泥浆泵连接管路，浆液终凝后方可拆除阀门。

注浆示意图如图4所示。

图4嵌岩桩桩底注浆示意图
单孔注浆量大于理论沉渣体积与取芯钻孔体积之和的3倍，应停止注浆；
如发现桩顶标高突然上升或持续上升，或累计上升10mm，应停止注浆，分析原因，再进一步决定是终止注浆还是继续注浆；注浆压力达到6MPa，且流量小于2L/min时，停止注浆。

6处理效果检测
嵌岩桩桩底沉渣处理完毕，经一段时间养护后，重新进行低应变、载荷试验、钻孔取芯进行检测，检测结果表明：低应变动力检测曲线清晰，桩底反射不明显或无反射，表明桩底为硬与硬介质接触，沉渣很少或无沉渣。

载荷试验表明各桩加载至7200kN后，无陡降段，桩顶沉降量小于20mm，承载力满足设计要求。

取芯检测均显示各桩桩底沉渣清理干净，加固效果好，达到了预期效果。

7结束语
低应变反射波法对普查嵌岩桩的桩底沉渣和基岩的性状有重要的指导作用，利于有针对性地采用其他检测方法，进一步验证其缺陷性质和严重程度，为下一步的沉渣处理提供有力的数据支持。

本工程采用高压旋喷钻机，高压水流冲切、清洗沉渣，并高压注浆，方法适当，效果明显，但日臻完善之处还有待于进一步研究。