马 驰

(江苏省第二地质工程勘察院，江苏 徐州 221000)

1 概述

钻孔灌注桩是一种成熟的桩型，被广泛地应用于各种工程建设项目之中。尤其是大直径钻孔灌注桩，因其承载力高，设计桩数少，施工设备选择方便等优点，在一些大型通讯塔、输电塔等塔基中常常采用。钻孔灌注桩的成桩过程要求严格，施工工艺流程相对复杂，如果某个环节控制措施不当，往往产生桩身混凝土离析、缩径、夹泥和断桩等质量通病。为了全面准确地评价基桩完整性，有关规范条文规定：“当采用低应变法、高应变法和声波透射法检测桩身完整性发现有Ⅲ类、Ⅳ类桩存在，且检测数量覆盖的范围不能为补强或设计变更方案提供可靠依据时，宜采用原检测方法，在未检桩中继续扩大检测。当原检测方法为声波透射法时，可改用钻芯法[1]。”

笔者多年从事基桩检测技术工作，收集了许多大型塔基的钻孔灌注桩检测资料。本文仅取一典型工程事例，在介绍声波透射法和钻芯法检测成果的基础上，进而分析某塔基钻孔灌注桩质量缺陷产生的原因。愿此文为类似工程事故的原因分析提供借鉴。

2 工程概况与地质条件

拟建通讯塔位于江苏徐州某镇的一农田内，田内零星分布着灌溉之用的管井。场地远离村庄和道路，交通和施工条件不便。设计塔基采用4根直径为1.5 m钻孔灌注桩，桩位呈正方形分布，桩中心距8.5 m(见图1)，有效桩长21.5 m，桩身混凝土强度C30，钢筋笼通常配筋。

根据工勘报告，场区土层分布自上而下为：①粉土，厚3.20 m；②粉质粘土，厚5.26 m；③砂质粘土，厚2.46 m;④粉细砂，厚0.65 m；⑤粘土，厚7.15 m；⑥钙质结核粘土，大于8.53 m，未揭穿。地下水位在地表下2.56 m。鉴于合同工期紧，建设单位要求开工急，在现场缺乏自来水水源的情况下，施工单位决定采用紧邻场外的一眼农用管井作为施工水源。

3 声波透射法检测成果

声波透射法是利用声波的透射原理对桩身混凝土介质状况进行检测的一种无损检测方法，适用于大直径混凝土灌注桩的桩身完整性检测。本工程仅有4根直径为1.5 m的钻孔灌注桩，桩身混凝土龄期满足要求后，采用声波透射法如数检测了桩身混凝土的完整性。

测试数据的分析处理及缺陷判定严格按照相关规范的规定进行，即根据声时、波幅—深度曲线结合波列图等判定缺陷的部位和类别[2]。综合分析研究后发现，4根受检桩中1号、2号、3号桩都不同程度地存在桩身质量缺陷，而且集中于10.92 m～11.57 m范围。查看工勘报告，这个范围对应的是厚度约0.65 m的粉细砂层。依据桩身缺陷处声测线的声学特征和缺陷的空间分布范围判定：4号桩为Ⅰ类；1号和3号桩为Ⅲ类；2号桩为Ⅳ类。

面对这样的声波透射法检测结果，建设和施工单位相关人员感到愕然。虽然在检测混凝土桩完整性的现有各种方法中，声波透射法的检测结果一般被认为是最为可靠的[3]，但是,为了提高检测成果的可靠性，防止误判，经多方协商并征求设计人员的意见，决定对1号、2号和3号桩进行钻芯法验证。

4 钻芯法验证

钻芯法是直接从桩身钻取混凝土芯样和钻取一定深度的桩底岩土层芯样进行状态和强度检验的半破损现场检测方法，与其他方法比较，其检测结果直观可靠，易于判别[4]。

根据JGJ 106—2014建筑基桩检测技术规范中的“钻芯法”7.13条款“当选择钻芯法对桩身质量、桩底沉渣、桩端持力层进行验证检测时，受检桩的钻芯孔数可为1孔”的规定，鉴于本次取芯的目的只为验证桩身的完整性，出于减少对桩身混凝土的二次损害和施工单位经济损失，多方研究决定对这3根有严重缺陷的桩仅作单孔取芯，而且取芯深度限于越过缺陷部位以下2 m即可。施工机械选用GXY—1型立轴回转式液压钻机，直径为100 mm的金刚石钻头。取芯情况如下：

2号桩的芯样显示，从桩顶(地表)至10.92 m范围，混凝土芯样连续、完整、表面光滑，胶结较好，骨料分布均匀，呈长轴状，局部柱状，断口吻合，芯样侧面仅见少量气孔。但在10.92 m～11.57 m处仅见碎石块，基本无胶结，呈松散状，破碎长度大于10 cm,这属于混凝土离析的典型表现。钻孔施工记录描述，钻到该深度出现钻机抖动、钻进困难等症状。往下11.57 m～13.57 m芯样完整，至此终孔。

1号和3号桩从桩顶至10.92 m范围混凝土芯样胶结完好，完整且连续，该区段芯样与2号桩比较大致相同。但1号桩在11.42 m～11.49 m深度范围内芯样不连续，芯样破碎；3号桩在11.25 m～11.33 m深度混凝土芯样破碎，长度小于10 cm。其他区段芯样胶结较好，无松散。

综合声波透射法检测成果和钻芯法验证，故判定2号桩在10.92 m～11.57 m深度严重离析，属于断桩，桩身完整性类别判为Ⅳ类；判定1号和3号桩在10.92 m～11.57 m深度存在离析，桩身完整性类别判为Ⅲ类。建议对这3根桩进行处理。

5 桩身缺陷的原因分析

5.1 施工原因排查

针对1号、2号和3号桩存在桩身混凝土离析或断桩缺陷，建设单位要求监理和施工方查找和分析原因，以便汇报设计单位做出处理意见。

施工方有关人员认真地回忆了成桩过程，翻阅了施工日志，针对常见的桩身混凝土离析和断桩事故原因一一进行了排查，并没有发现施工中出现常见的引起离析和断桩事故的异常现象。桩身采用的是C30商品混凝土，灌注过程连续，试块检测合格。

本工程施工用水取自场外东侧20 m远的农用管井。现场监理人员仔细地查阅了监理日志，偶然发现在3号桩成孔作业期间从管井抽出的水变得浑浊，呈“灰水”颜色，但当时没有引起重视。这条监理记录为分析本次质量事故原因提供了重要线索。是否是地下水流将灌注不久、未初凝的1号、2号桩桩身混凝土冲刷、携带胶凝物质造成的，管井抽水引起地下水向管井汇集，是否是造成这次事故的主因。带着这些疑问，有必要从工程地质条件和抽水影响范围两方面加以分析。

5.2 工程地质条件分析

从上述土层分布情况可知，地表下10.92 m～11.57 m为粉砂富水层,其渗透系数比粉土、粉质粘土和粘土高，一般为粉细砂5 m/d～8 m/d。当地下含水层处于相对静止状态时，对未凝固的桩身混凝土无破坏作用；一旦管井大量抽水，便会形成地下水位差，引起地下水横向渗透，形成地下水流。地下水流的存在导致对未初凝的桩身混凝土破坏，这点不难理解。问题是同一场地相同方法施工的4根工程桩只有4号桩桩身完好，而其他3根桩带有缺陷，这是什么原因。

5.3 抽水影响半径计算

从图1可知，利用场外东边的管井作为施工水源，抽水实质上对工地一侧也起到降水作用。对于潜水含水层来说，降水的影响范围就是降水漏斗的平面半径(即影响半径)，可按以下公式计算[5]：

其中，R为降水影响半径，m；s为抽水井点水头降深值，m；k为含水层渗透系数，m/d；H为含水层厚度，m。

根据施工现场调查和查阅工勘报告，s取8.0 m，k取粉细砂渗透系数的平均值6.5 m，H取0.65 m，计算出R=32.88 m。也就是说，以场外管井为圆心，以R为半径画弧，可见本工程1号、2号和3号桩都在降水影响半径之内(见图1)。

5.4 地下水流对桩身混凝土的破坏

声波透射法检测成果和钻芯法取芯验证都表明混凝土离析或断桩是发生在粉砂层部位，这不难解释1号、2号和3号桩产生混凝土离析和断桩事故的原因。

根据施工记录，本工程选用一台钻机施工，4根桩的施工顺序依次为：1号→2号→3号→4号。1号桩位于降水影响半径之内且最先施工，在2号桩成孔期间抽水引起地下水流沿粉砂层向管井汇集，所以管井抽水对1号桩未初凝的桩身混凝土有冲刷、破坏作用，但因1号桩靠近降水漏斗的边缘，其影响仅使桩身沿粉砂层部位产生轻微离析；3号桩的情形与1号桩有些类似，不再赘述；2号桩完全处于降水影响半径之内且离管井最近，地下水流沿粉砂层对其冲刷的时间较长，因此对桩身混凝土的影响最大，致使混凝土中的胶凝物质被水流带走汇集管井中(与监理反映的井水呈灰色相吻合)，混凝土产生严重离析，形成断桩。4号桩处于降水影响范围之外且离管井距离较远，随着最后一根桩成孔结束，工地已停止大量抽水，地下水位已恢复至以往的稳定水位(地表下2.56 m)，故不产生地下水流，在此情况下灌注混凝土，地下水几乎不对4号桩桩身混凝土产生破坏，因此，其桩身是完整的。

6 结语

桩身完整性的检测方法有多种，每种方法都有其局限性。在声波透射法判定有缺陷的桩身部位辅助钻芯法加以验证，不仅能准确地判定桩的缺陷范围和性质，提高基桩检测精度和作出可靠性的结论，而且能为分析缺陷产生的原因提供帮助。

实例告诫我们，在现场缺乏自来水水源的情况下，不能盲目地利用场地内或临边的既有管井取水施工；如需利用，一定要通过地质条件分析和论证，确保抽水不会因地下水流对钻孔灌注桩桩身混凝土产生破坏作用，否则，会造成严重质量事故和经济损失。因此，施工取水安全问题不容忽视。