泥浆护壁冲孔水下灌注桩基础的探讨

（广西农垦房地产开发有限公司，广西 南宁 530022）

【摘 要】随着社会经济的发展，建筑工程施工工艺取得了极大的进步。为了提高建筑工程的经济效益，需要有计划、有针对性地对建筑工程施工工艺进行选择。建筑工程基础作为施工建设中的一个重要组成部分，对提高建筑工程的质量、安全、效益等都具有非常重要的意义。文章分析了某项目一期工程基础的选择，并提出了几点可行性建议，旨在为建筑企业提高建筑工程质量提供参考性意见。

【关键词】工程质量；工程安全；建筑基础；经济效益

【中图分类号】TU753 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）06-0159-03

0 前言

拟建的某项目一期工程由5#、7#、8#主体主楼和裙楼及地下室组成。其中，5#、7#楼地上30层（H=95.60 m），8#地上32层（H=99.8 m），设计2层地下室；裙楼为地上2层，地下2层，地下室底板面积基础黄海高程为41.3 m，主楼±0.00高程为50.60 m，框架剪力墙结构，安全等级为甲级，基础类型待定。

1 场地概况

该项目场地原地貌情况属溶蚀准平原地貌，表面为耕作旱地，黄海高程为46.00～51.00 m。根据区域地质资料，结合场地勘探资料报告揭露，场地岩土层分布及工程力学性质描述如下：①层耕植土和回填土，层厚度为0.40～0.80 m，分布于整个场地，地基承载力特征值为60 kPa。②层红黏土层，层厚度为4.70～17.90 m，平均厚度为7.24 m，分布于整个场地；地基承载力特征值为190 kPa，层顶高程为43.07～47.15 m，层底高程为31.24～40.75 m。③1层为强风化石灰岩，带有岩体破碎粒和粉砂状，属较软岩土，层厚度为1.00～5.60 m，平均厚度为2.88 m，层顶高程为34.79～40.90 m，地基承载力特征值为300 kPa。③2层为中风化石灰岩，多呈碎块状和粉砂状，属软岩石，层厚度为0.60～18.80 m，平均厚度为9.7 m，层顶高程为24.57 ～41.90 m，地基承载力特征值为2 500 kPa。③3层为微风化石灰岩，岩心一般呈短柱状及碎块状，部分呈长柱状，层厚度为7.00～7.50 m，层顶高程为13.89 ～39.87 m，地基承载力特征值为4 000 kPa。③4层为充填溶洞。场地地岩溶比较发育，岩溶发育形式主要以溶洞、石芽、石笋、石沟槽及岩石与黏性土呈互层为主要特征。溶洞多充填可塑状黏土及未风化岩碎屑。溶洞高度为0.4～7.2 m，分布于整个场地。探钻145个孔，发现53个溶洞。本场地岩石深浅起伏变化较大，存在强风化、中风化、微风化层相互交叉层现象。本场地地下水丰富，存于泥土和石灰岩风化裂隙及溶洞中。地下水流动通道为岩溶裂隙管道及岩土交接处部位时网络状管道。地下水位高程为43.00～41.80 m；地下水位年度变化幅度在1.2 m左右。

2 地基评价及基础方案选择

2.1 地基评价

①层为耕植土、回填土，稍密，组成复杂，不能作为地基持力层。②层为红黏土，埋藏较浅，分布不均匀，含水饱和，承载力特征值低，干燥时承载力特征值高，可作为地下室及裙楼基础的持力层。③1层石灰岩强风化层属较软岩，岩体劈碎和粉砂状，岩体基本质量等级为V级，承载力一般，该层易受地下水冲蚀，工程性能不稳地，不宜作为拟建建筑物主楼基础的持力层。③2石灰岩为中风化，属软岩，岩体破碎岩体基本质量等级为IV级，承载力较高，分布均匀，承载力较高，埋藏较浅，分布均匀，承载力特征值较高，工程性能较稳定，可作为拟建建筑物主楼基础的持力层。③3层石灰岩为微风化，属较硬岩，岩体较完整，岩体基本质量为III级，承载力较高，埋藏较深，分布较均匀，承载力特征值较高，工程性能较稳定，可作为拟建建筑物主楼基础的持力层。本建筑物地下室及裙楼基础如果采用红黏土，作为基础持力层，地基压缩层范围将由土层和中风化的石灰岩组成，其在纵横向的层面坡大于10%，则本场地地下室及裙楼地基属不均匀地基，如主楼地下室及裙楼建筑物采用③2层、③3石灰岩作为基础持力层，地基属于均匀地基。

2.2 基础方案分析讨论

根据工程钻探地质资料可知，本场地地质条件较复杂，岩石面起伏太大，深浅不一，溶洞、溶沟、溶槽发育，强风化层较发育且局部厚度较大，同时岩石中裂隙相对发育，地下水较丰富，地下水位较高。根据高层建筑基础形式和埋深要求及施工工艺流程，考虑建筑工程成本、施工时间、工程质量和安全各方面原因，制订基础方案如下。

（1）筏板基础，基础点接落在加有级配垫层时③2层中风化石灰岩上，优点是设计灵活，施工简单，工期较快，经济效益较高；缺点是岩面埋藏较深，起伏较大，开挖困难，局部位置存在不良岩溶、溶洞现象，处理起来费工费时，开挖时对基础支护及周边环境保护要求较高。

（2）静压预制混凝土桩，因有巖石层而无法使用。

（3）人工挖孔桩（墩）基础，此基础具有承载力较高、传力直接、质量检验直观、施工设备简便无噪音、经济、施工快等优点。本场地③2层中风化石灰岩埋藏深度平均在11.00 m以内，对桩（墩）孔施工比较有利，但该类型桩基础的嵌岩段成孔式为爆破式，对岩土体均有一定的破坏性，地下水丰富，施工需抽排孔内水，桩孔内因爆破产生的裂隙往往增大了岩体透水性，增大孔内涌水量，因此在本场地挖孔施工中会出现水流量大，流砂、流泥等问题，造成无法施工，安全和质量难以保证。

（4）机械旋挖灌注桩（墩），此基础具有施工工期短，效益较快、施工安全、全机械化等优点，但也存在一定的缺点，机械旋挖灌注桩（墩）无护壁，岩层为强风化和中风化岩，无黏性，而且破碎和粉状柱状易使桩孔塌孔，造成桩底沉渣过多或断孔，难以保证桩的质量，成本造价高，因此不宜使用此基础桩形式。

（5）泥浆护壁冲孔水下灌注桩（墩）基础，此基础形式施工时全都实现机械化，靠机械提带冲锤冲击岩土，把岩土冲击成浆成孔，成孔后由于泥浆的浮力与孔壁地下水侧压力相抵，无需抽排水，泥浆密填孔壁，保护孔壁不塌孔，然后反复把泥浆用导管插入孔底循环返浆，利用泥浆浮力把沉渣反出孔内，沉渣反干净后，沉入钢筋笼，插入导管至桩端30～50 cm处，在泥浆水下灌注混凝土，边灌边提起导管，灌满至桩顶，泥浆从桩孔顶排出。此基础在工程质量、安全方面都比较容易处理，而且成本不高。此基础形式的缺点就是施工缓慢，工期长。

2.3 项目基础选择方案

根据此场地地质资料，结合地质条件情况和基础形式及施工工艺要求，应优选基础方案为泥浆护壁冲孔水下灌注桩。由于场地处存在熔岩发育地区，浅部岩溶（溶洞、溶沟、溶槽）发育，溶洞较多，土层厚薄不一，土体状态（软、硬）变化大而无规律，如果采用其他基础方案，可能存在重复施工和多次设计变更，地基沉降不均匀的可能，因此本工程基础采用泥浆护壁冲孔水下灌注桩基础，桩端落在③2层连续完整且厚度大于5.00 m石灰岩上，同时桩端嵌入溶洞底板或石灰岩1倍桩径以上，或大于50.00 cm以上。

3 冲孔水下灌注桩施工工艺

3.1 桩机对位及护筒埋设

冲孔方法的优点：设备简单，操作方便，适用范围较广，对于有孤石的沙卵石层、坚硬土层、岩层等均有效，即流砂层也能克服，而且孔壁较坚实，不易塌孔。

（1）埋设护筒：护筒的作用是稳定孔口，提高孔内水位，增加静水压力以维护孔壁，固定桩位，兼作冲击导向。护筒可用混凝土预制，或钢板卷成，或木材制成，护筒内径大于桩径10～20 cm，高度为1～2 m，护筒埋设偏差≤5 cm。现场情况考虑到造价问题，先采用了人工挖孔桩，到达常水位后采用冲孔方法。

（2）桩机对位：冲孔机械在安装时，由于冲击载荷的影响，容易引起位置偏移，所以在安装时，除了对松软的土层压实外，还必须用枕木作为支承底座，以保护基座稳定性，并支好三角钢管支架（一般采用3根φ100 mm钢管），必要时，还须在另一侧加拉1～2根钢丝绳加以固定，起稳定作用，在施工状态，从三角钢管支架的顶部滑轮吊垂球对桩孔中心点，一般对位偏差≤2 cm。

3.2 冲孔施工

冲孔时全部采用纯黏土造浆，控制好泥浆浓度，以确保成孔质量。泥浆过稠，阻力增大，影响冲头的冲击力度，必须向井孔内注入清水以降低稠度。若泥浆过稀，则对护壁不利。冲孔时的振动，可能会造成塌孔。调浆时，刚开孔宜用比重为1.4～1.5 g/cm3，正常冲击时浓度可相应降低。如果地下水位低，要加水补充，发现漏水及时补充，并应保持孔内水位高于地下水位1.5 m左右。打入岩层时，岩层表面大都高低不平或倾斜，易产生偏孔。此时，应抛入200～300 mm块石，使孔底表面略平，先进行低锤快击造成一个较紧密的平台后，再提高锤正常冲击并加快速度。冲进岩层后，泥浆浓度可降到1.2左右，减少黏锤阻力，但又不能过低，否则岩渣浮不起来，掏渣困难。

3.3 掏渣

在冲孔中被冲碎的石渣，一部分和泥浆挤入孔壁空隙中，大部分由掏渣清除出外。开孔阶段为了使石渣挤压孔壁而不掏渣，但冲至4～5 m深度后，则要开始掏渣，大概每台班掏1次，每次4～5桶。要及时加水保持孔内水位的高度，以防塌孔。掏完石渣后，向孔内加护壁泥浆，恢复泥浆正常浓度，这样反复进行冲孔至所要求的深度。

3.4 清孔

清孔的目的是清除井孔内泥渣，以免沉渣过厚影响桩的承载力。将泥浆调至密度为1.1～1.3 g/cm3，清孔时将冲头提起，换成套筒，套筒底部有一活动转板，放下清渣套筒时，转板打开，沉渣进入，套筒上提时，转板关闭，提起带浆的沉渣，一直到排出的泥浆中颗粒状态达到设计的标准值时（即进入中风化层1.5 m），方可结束。

3.5 安放钢筋笼

钢筋笼长度为设计桩长上延40 d（d为钢筋笼的钢筋直径，根据桩底高程可确定孔深，进而确定钢筋笼长度），基本上与孔深相等，视桩长情况分为2～4节吊装。需要焊接时，可先将下段挂在孔内，吊高第二段进行焊接，然后放下。骨架外侧应绑扎水泥垫块或在钢筋笼主筋上焊有一定数量的加筋环用以确定保护层。吊放时应垂直放入，避免鋼筋笼末端碰到孔壁造成土块塌落至孔底。若钢筋笼在泥浆面以下，应在钢筋笼顶端焊接标志物，露出泥浆面，以确定钢筋笼是否到底。吊入后校正位置垂直，勿使之扭曲变形。

3.6 安放导管

导管单节长1.2 m，最下端节长2～3 m，用法兰盘连接，“O”形圈密封，严防漏水。当清孔完成，应立即吊装导管，导管应事前拼分成几段，依次放好，以便吊装。导管要求垂直平正，不应弯曲（以避免妨碍隔水栓的下落），接口密实，不漏水漏浆。导管安放时，先使导管接触孔底，灌注混凝土前提离孔底30 cm。

3.7 二次清孔

导管安放完毕后，需进行二次清孔工作。先将泥浆调稀至密度为1.1 g/cm3左右，二次清孔清孔结束时必须测定孔底沉渣厚度，要求沉渣厚度<10 cm（一般是5 cm左右）时，才能灌注水下混凝土，否则，继续清孔直到合格为止。

3.8 灌注混凝土

导管法浇筑水下砼是将密封连接的钢管作为水下砼的通道，其底部以适当的深度埋在灌入的砼拌和物内，在一定的落差压力作用下，形成连续密实的混凝土桩身。

4 结语

综上所述，在建筑工程施工前，应对整个项目进行前期各方面的勘察，选择最优方案进行施工，对于提高建筑工程的质量、安全、效益等都具有非常重要的意义。

参 考 文 献

[1]某工程勘察院.某项目一期工程岩土工程详细勘察报告[R].2014.

[2]GB 50007—2002，建筑地基基础设计规范[S]

[3]GB 50025—2004，建筑地基处理技术规范[S].

[4]中国建筑标准设计研究院.国家建筑标准设计图集（11G101-3）[M].北京：中国计划出版社，2011.

[责任编辑：陈泽琦]

【作者简介】谭水斌，男，广西贵港人，广西农垦房地产开发有限公司工程部副经理，助理工程师。