向往--关于工程中灌注桩沉渣厚度争议的分析.doc

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对灌注桩沉渣厚度争议的分析

向往

（蓝岛来福士项目部）

摘要：

本文主要分析灌注桩沉渣厚度存在争议的三方面内容：

沉渣的定义、沉渣控制的标准和沉渣的测量方法。

通过比较分析，找出其中暗含的线索，得到一个清晰的关系结构。

关键词：

灌注桩；沉渣；沉渣厚度允许值；沉渣测量

灌注桩优点众多，应用广泛，但因为其施工过程隐蔽，也存在许多争议之处，缺乏统一的标准，其中有关沉渣的问题尤为典型，包括沉渣的定义、控制、测量等。

本文不作关于沉渣如何控制的讨论，而是致力于澄清在沉渣的定义、控制标准、测量三个方向上所存在的混淆和它们之间所存在的错综复杂的关系。

1、何为沉渣

定义1：

使用正反循环钻机进行泥浆护壁钻孔灌注桩施工时，被切削的岩土碎屑以及松散土层塌落的块体与泥浆混合在一起，沉淀于孔底部，虽经反循环清洗孔底，但仍未能全部清除而残落在孔底部的物质即为沉渣。

定义2：

桩孔底部未被完全破碎的土块，及含砂量大、胶体率差的泥浆被大量沉淀在孔底的物质。

定义3：

是成孔后钻深和和灌注混凝土前测深的差。

看上去这三种定义没有本质区别，但分别隐含在其中的内核却并不相同，将其显化出来后，得到如下三个定义：

定义1：

孔底沉淀分为砂沉淀和泥浆沉淀两种，孔底沉渣只包括砂沉淀。

定义2：

孔底沉渣包括泥浆沉淀。

定义3：

孔底沉渣厚度以现场测量方法为准。

严格地来说，孔中物质的结构组成从下到上如图1所示。

碎土、碎石、砂

含砂率大、胶体

率差的泥浆

含砂率小、胶体

率好、性能均匀的泥浆

分界线1

分界线2

图1灌注桩中成分构成示意图

依据图1，问题也可以以这样的方式提出来：

孔底沉渣与泥浆的分界线是分界线1还是分界线2？

或者在这两者之间？

对“沉渣”进行咬文嚼字的分析不应该是我们所采取的分析手段，应该关注的是，在工程实践中，结合沉渣对结构的不利影响，最后在混凝土桩底与天然土层之间距离等各方面因素来考虑沉渣厚度究竟应该如何定义。

假如在分界线1和分界线2之间的物质具有一定的流动性，在浇筑混凝土过程中可以和分界线1以上的泥浆一样被混凝土顶起排出，那我们自然可以采用分界线1为标准，反之我们则以分界线2为标准。

当然，大多数情况是在分界线1和2之间存在一个渐变的过渡，这样一来，从理论意义上的物质构成来定义产生于工程实践中的沉渣厚度的概念就是不可取的。

所以，我个人认为暂时可以消除争议的办法是以定义3为准，即沉渣的定义应结合现场测量，结合不同的工程特点，以适用于不同的情况。

2、沉渣厚度控制的标准

灌注桩沉渣的允许厚度各规范均有明确规定，如《港口工程灌注桩设计与施工规程》7.0.1.4条：

混凝土浇筑前清孔后孔底沉渣厚度，以摩擦力为主的桩，不得大于300mm；以端承力为主的桩，不得大于50mm。

以端承桩为例，在浇筑混凝土之前若检查桩底沉渣为50mm，则视为合格。

但在浇筑之后，还可能做全钻取芯，检查浇注砼质量，如果此时检查出来孔底沉渣正好50mm，是否应该视为合格？

各种规范都只指明了在浇筑砼之前沉渣厚度的标准，而没有指明在这之后沉渣厚度的标准。

所以在进行检测的时候，就产生了混淆。

桩基发挥作用肯定是在混凝土浇筑之后，如果沉渣厚度的测量值以浇筑混凝土之后抽芯检测为准，那是不是意味着，浇筑混凝土之前的沉渣允许值可以有更大的选择范围呢？

这个问题的关键在于，在进行设计的时候，设计者是如何考虑的。

如果设计者考虑的是沉渣为50mm时，结构可以满足安全耐用，那么考虑到在浇筑混凝土时可以冲出一部分沉渣，则实际上在浇筑混凝土之前的沉渣允许厚度可以大于50mm。

当然，这只是说如果设计者考虑的是按照混凝土浇筑完之后沉渣为50mm来设计的结构，那么在浇筑混凝土之前沉渣厚度即使超过50mm一点也是肯定能满足设计要求的，但是在施工过程中，所有步骤都必须严格按照规范来执行。

另外，根据《港口工程灌注桩设计与施工规程》4.2.2条，单桩垂直极限承载力设计值中只有m0（清底系数）一个代表孔底沉渣的参数，且其取值以经验确定，沉渣厚度小则取大值，反之取小值，而且所考虑的钻孔灌注桩沉渣厚度不得大于300mm。

这说明，设计者是在以浇筑混凝土之前的沉渣厚度允许值来进行浇筑混凝土之后的结构设计的。

这样更混淆了施工中的操作准则。

3、沉渣厚度测量方法

方法1：

成孔后以测绳量孔深，浇筑混凝土前以测绳量孔深。

两次长度相减。

方法2：

成孔后用丈量钻杆的方式量孔深，浇筑混凝土前以测绳量孔深。

两次长度相减。

方法3：

一次清孔后用测绳量孔深，浇筑混凝土前以测绳量孔深。

两次长度相减。

方法4：

浇筑混凝土前测两次孔深，第一次测绳悬挂尖长重物，第二次悬挂底端为平面的重物。

两次长度相减。

方法5：

浇筑混凝土前测两次孔深，第一次先开动水泵进行泥浆循环，上下提拉导管，使孔底沉渣浮起，然后以测绳测量孔深，再关闭水泵，停止循环，待孔内沉渣沉淀一段时间后以测绳量孔深。

两次长度相减。

方法6：

浇筑混凝土之前用测绳凭感觉测量沉渣厚度，当感觉接触到沉渣顶面时记录深度，感觉接触到孔底时记录深度。

两次长度相减。

方法7：

采用沉渣测定仪，如JNC-1。

以下逐一分析各种方法的特点：

方法1：

首先，成孔后以测绳测量孔深是否准确，在停钻后，一次清孔前，孔底情况复杂，测绳所能放到的标高不一定是钻头钻进位置的标高。

另外，在浇筑混凝土前用测绳再量深度时，为了保证测绳放到底时测绳低端所悬挂的重物低端正好和“沉渣顶面”接触，对测绳所悬挂重物的尺寸、形状、规格应该有严格要求。

方法2：

用丈量钻杆的方法测量孔深相对于第一种方法来说更为可靠，当然，这种方法也存在误差，因为钻杆与钻杆之间的接头处会产生未知伸缩。

方法3：

一次清孔后测量孔深是因为考虑到停钻后孔底还有未被研碎的泥块，孔底情况复杂，只有当一次清孔把孔底泥土研磨成浆，孔底沉渣为零的情况下，才可能用测绳准确地量取孔深。

这种方法的难于操作之处在于一次清孔后，并不能保证在某个一定时间后孔底会出现沉渣为零的状态。

方法4：

在孔底沉渣为浆性沉淀而且不厚的情况下，如果测绳所悬挂的重物尖且狭长，测绳肯定能穿过沉淀层接触孔底，但如果孔底有砂性沉淀，有下埋的泥块，或者沉淀层很厚，则不能够保证测量精度足够准确。

方法5：

方法5与方法4有同样的问题，开动水泵，泥浆循环，上下提拉导管几分钟之后并不能保证孔底沉渣为零。

方法6：

凭手感测量沉渣厚度是工程中最常用的方法，在测量浆性沉淀而且孔底为岩层的情况下由经验丰富的人员进行测量可能得到较为准确的数值，但如果孔底为土层，或者存在砂性沉淀，用这种手段肯定测不出准确的数值。

方法7：

这种仪器的原理为：

均匀泥浆电阻率为一条直线，在沉渣界面上电场会畸变，电阻率会发生变化，利用曲线的拐点可以确定沉渣的厚度。

这种方法的争议之处就在于笼统地将曲线出现拐点的地方定义为沉渣的界面，而实际上，如前文中所分析的，沉渣的界面应该怎样界定并没有统一的标准。

各种测量手段皆有其不足的地方，测量手段越多，产生的争议越大。

在工程实践中，施工人员应该结合不同工程的特点来选择测量沉渣厚度的方法。

另外一个易于混淆的概念是，在操作中的“沉渣顶面”的概念距离前文中定义1和定义2理论意义上沉渣顶面的概念有多远。

我们可以考虑这样一个力学模型，在测绳底部所悬挂的重物达到受力平衡时测绳无法下放。

如图2所示。

重力

浮力/摩擦力/粘滞力/端承力

图2测绳底部重物受力示意图

重物所受的向下的力只有重力，而向上的力却成分复杂，进行精确的分析并不现实。

之所以认为测绳放到底时重物刚好接触“沉渣顶面”是因为默认重物能放到什么标高，混凝土就能浇筑到什么标高。

所以即使可能所测孔深实际上包括一部分沉渣厚度，也能够确保这一部分沉渣可以在浇筑混凝土时被挤出排出孔外。

这正是综合考虑设计、施工的具体情况之后，不拘泥于纯理论上对沉渣厚度定义的操作方法。

4、总结

在围绕沉渣的各种争议之间存在非常复杂的关系，如图3所示。

沉渣在实际中的量测方法

沉渣在设计中的考虑

沉渣的定义

图3围绕沉渣争议的联系结构

从这个图可以看出，设计者可能依据对沉渣的定义和对沉渣的实际操作来进行结构设计，而施工者可能依据对沉渣的定义和设计者的考虑来对沉渣进行量测，最后，对沉渣的定义又会考虑到具体的操作和在设计中设计者的意图进行修正。

这错综复杂的关系正是造成争议的关键之处。

建立统一的标准，在“规范——设计——施工”之间建立更紧密的信息流通通道，才是消除争议的关键。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通部．港口工程灌注桩设计与施工规程[Z]，2002-05-01

[2]梁启新，张彦舒．重锤测量孔底沉渣厚度的方法[J]．建筑工人，2005,09