冲孔灌注桩在孤石区内施工技术探讨

文｜广东省第四建筑工程公司 曾钦生

冲孔灌注桩因适用地质条件广、施工简单易操作且设备投入一般不大，得以广泛应用于高层、超高层建筑的基础。由于冲孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，在施工过程中常常会产生这样那样的施工难题，其中一个经常遇见且较难解决的问题就是遇孤石的处理。由于孤石的分布无规律、强度高、埋藏深度、数量、大小不一，按照目前常规的施工方法在有限的机械设备条件的基础上，成功穿越孤石不是一件容易的事。本文结合亲身体验，对冲孔灌注桩在孤石地区施工出现的特殊现象和相应的处理技术作简单的探讨。

一、工程概况

广东省内某综合大楼设计共22层，总建筑面积25200m2。基础设计采用冲孔灌注桩，总桩数155根，其中Φ800*97根，Φ1000*26根，Φ1200*22根，Φ1400*10根。持力层为中风化岩，桩端入岩1D（D为桩直径），有效桩长24～36m。根据超前钻资料显示，分布超过3层以上孤石的桩位有43个，占总数的27.7%，其中11个桩位孤石分布超过5层，2个桩位孤石超过10层。孤石埋深变化大，从1.5～26米不等，厚度在0.3～5.2米之间。由此可见该工程地质情况非常复杂，施工过程中卡锤现象几乎每隔3天就发生1次，掉锤累计发生7次，在动用专业潜水员协助打捞的情况下成功打捞6起，至今仍有1个锤埋在81＃桩21.5米处。

二、成孔中遇孤石时出现的特殊现象——卡锤、掉锤和偏孔

（一）卡锤

卡锤的原因和形式是多种多样的，主要的形式有：

1、由于孤石硬度高，故在某断面上不能很快形成圆形而形成与锤体类似的梅花形，锤体在升降过程中是自转的，当锤体断面跟桩孔梅花形断面不吻合时，就会产生卡锤的现象。

2、当锤体一角下降过程中碰到某断面中的凸起处时，猛然发生倾斜，锤体就会出现横卡的现象。

3、冲孔过程中发生塌孔或松动石块掉下造成卡锤。

4、桩锤在成孔过程中磨损严重，使锤头形成“大蒜头”，这也是卡锤不可忽视的原因。

（二）掉锤

1、钢丝绳磨损严重，正常冲击过程中被拉断造成掉锤；

2、由于桩锤突然冲穿孤石，锤体出现悬空，此时瞬间拉力非常大，钢丝绳被拉断造成掉锤；

3、卡锤时急于拉起，用力过大拉断钢丝绳导致掉锤。

掉锤造成的损失是巨大的，一般来说打捞掉锤的可能性只有50%，丢失一个桩锤不仅仅是损失桩锤的成本（直径1.2米桩锤市场价约1.8万元）、延误工期，而且常常需要补桩，给建设单位造成工期与投资的双重损失（本工程81＃桩在21.5米处掉锤无法捞起需补桩，增加工程投资2.1万元）。

（三）偏孔

1、孤石面常常是弧形的，成孔时桩锤总是在孤石表面发生倾斜导致偏孔，如孤石面弧度过大还常常会伴随卡锤的发生；

2、由于成孔时遇见探头石，因而所在的断面位置一半坚硬、一半软弱，桩锤总是往软弱的一侧倾斜，造成偏孔。

三、孤石处理的技术措施

（一）冲击法

冲击法是采用冲孔灌注桩成孔的方法来冲击孤石，即将桩锤提升一定高度以后自由落下的冲击力来冲碎孤石，然后利用泥浆循环或抽渣的方式来排除碎块。桩锤可以采用加重锤（Φ1000桩径桩锤可加大到3.2T），锤芽部分可焊接合金钢或钢轨，以提高破碎石的能力。

1、探头石的处理

“探头石”是指孤石未能覆盖大部分桩孔。在成孔中遇见探头石，钢丝绳会明显偏向一边并左右晃动，如不加处理，将出现偏孔或卡锤现象。本工程采用的方法是先向孔内回填高强度片石，回填厚度高出偏孔段50cm左右。回填片石后先采用低冲程冲击（冲程控制在1m之内），观察冲绳无偏向后改用中冲程冲击（冲程2～3m）。如继续出现偏孔，则重复上述方法直至冲破孤石为止。

2、非探头石的处理

非探头石是指孤石绝大部分或全部覆盖桩孔，其施工方法与入岩时类似，可采用高冲程（冲程4～5m）或高、低冲程结合的办法施工。为了提高冲击效率，本工程采用了添加粘土块造浆保证泥浆比重在1.33～1.4之间，以增加泥浆排渣的能力，并且适时采用抽渣桶抽渣，保证被击碎的石块尽快排出。实践证明，在采用上述措施后可保持12～15cm/小时的进尺。由于孤石面常常是弧形的，如发现钢丝绳会明显偏向一边并左右晃动，就要防止出现偏孔，采取的纠偏措施参见探头石的处理方法。施工过程中要注意经常检查钢丝绳与卷扬机、桩锤之间的连接是否牢固、钢丝绳自身的磨损情况，并且将桩锤提升至孔口进行检查锤芽磨损情况，有无“蒜头锤”和锤身开裂等现象出现。如有不良情况出现需及时予以纠正，以免出现卡锤、掉锤现象。

3、特大桩径施工中处理孤石的施工技术

本工程有一桩直径达2.2m，是由于113＃桩冲孔至17.8m后发生偏孔，经采取多项纠偏措施仍无法纠正。后经设计院同意将同一承台内113＃和114＃两根Φ1200合并而成。对于特大冲孔灌注桩遇孤石时，根据相关工程施工经验宜采用二次成孔的方法，先用小锤成孔至一定深度，再改用大锤成孔。本桩0～17.8m部分利用了113＃桩原Φ1200冲孔，回填泥浆后改用大锤重新冲进，施工期间做好泥浆比重的控制，并采用两台泥浆泵（对称设置，离桩边50cm）。实践证明，在采用上述措施后可保持12～15cm/小时的进尺。

总之，采取冲击法具有利用现成机械设备和成熟的施工方法的优势，工人易于操作，进尺也比较理想。当孤石厚度不超过4m时，宜优先采用冲击法施工。

（二）开挖法和爆破法

开挖法适用于孤石埋深小于3m的孤石，此方法比较简单，在此不作详述。

爆破法分为干作业爆破和湿作业爆破。目前成功申请爆破作业非常困难，采用干、湿作业爆破已经比较少见，但鉴于此方案具有一定的优势，因而在此作简单论述。

干作业爆破在以前最为常见，在人工挖孔桩施工中遇孤石时，往往在孔内进行爆破，而在冲孔灌注桩施工中遇孤石时也可以改用人工挖孔桩清除孤石。

湿作业爆破是在没有条件进行干作业爆破，或因地质或其它原因不能使用挖孔桩，或因桩径不大孤石埋藏深，改用挖孔桩成本高、难度大，或受工期限制的情况下采取的另一种方案。

当地质资料或超前钻显示孤石厚度大，常规方法无法克服时，需要及时停止继续冲进，待孔内孤石进行爆破后再冲进。根据相关工程经验，先用地质勘察钻机在孤石中钻2～3个钻孔，每个钻孔约2/3孤石厚度，将防水炸药沿钻杆芯放至钻孔处，每孔放一筒炸药，然后提出钻杆，用电雷管引火装置引爆，经爆炸后再改用冲击法施工，进尺效果明显加快，一般可提高3～5倍。

四、处理卡锤、掉锤及偏孔的技术措施

（一）卡锤的处理

1、在钢丝绳完好无损和卡锤、卷扬机相互之间连接牢固的前提下，增大提锤静力；

2、放松钢丝绳，换小锤（细长型）冲击卡锤处，注意控制冲程以免冲烂桩锤；

3、在卡锤处用防水炸药爆破松动；

4、如卡锤不深（3～5m），可取出护筒抽出泥浆，人工下孔处理；

5、如卡锤位置深，采用其它方法无法解决，可采取聘请专业潜水员（俗称蛙人）潜下孔处理。

（二）掉锤的处理

1、采用打捞钩打捞；

2、掉锤不深（3～5m），可取出护筒抽出泥浆，人工下孔处理；

3、掉锤深度大，打捞钩无法打捞，可聘请专业潜水员（俗称蛙人）下孔打捞。本工程144＃和150＃桩分别在19.5m、24.7m掉锤，采用常规打捞方法无法解决，最后采取蛙人潜水处理的方案成功打捞起掉锤。目前打捞掉锤采取的潜水方式一般是头盔—供气潜水，又称风式潜水，即从水面通过管道向潜水者所戴的头盔内输送供呼吸的新鲜气体，头盔内呼出的气体经另外的途径排除。头盔-供气管潜水装具的稳定性好，水面供气可源源不断，从水面对潜水者作监护较方便等特点，适应于各种环境下桩锤的打捞。

采取潜水打捞的方案要求做好以下五个方面的工作：①聘请具有相应资质的单位和持上岗证的专业潜水员，防止出现无资质或冒名顶替的现象；②将现场条件、施工情况向潜水员作详细交底，共同制定完善的打捞技术方案和应急措施；③检查潜水设备的情况，配合做好下潜前的各项准备工作；④泥浆比重控制在1.10～1.15之间；⑤水面保护人员严守岗位，密切观察潜水员在水下的活动，经常询问潜水员感觉，发现异常及时采取应对措施。

卡锤、掉锤以预防为主，从机械设备质量（钢丝绳、桩锤、各构件连接是否牢固）、施工技术（处理各类型孤石方案、冲程控制）等全方位考虑避免发生卡锤、掉锤事件。

（三）偏孔的处理

处理偏孔最经济有效的方法是用桩锤修孔，修孔时注意控制冲程（1～2m之间），并检查转向装置是否正常，锤底边缘和锤芽是否完整（防止出现大蒜头），避免发生卡锤。如采取修孔不能纠正，则采取向孔内回填高强度片石高出偏孔段50cm左右，重新采用低、中冲程冲击。

五、结语

冲孔灌注桩在孤石区内施工所涉及不确定因素很多，处理卡锤、掉锤、偏孔、孤石也有多种措施。例如在处理孤石中，宜优先采用冲击法，条件允许的情况下，可以采用干、湿作业爆破。当然，选择最经济、高效的施工方案需要结合具体工程情况确定。