论冲锤成孔施工在抛石区块桩基施工中的应用

葛维培 孙毅

1. 浙江经纬工程项目管理有限公司 浙江 杭州 310003；

2. 杭州意法置业有限公司 浙江 杭州 311100

前言

高层建筑的桩基础经常选用灌注桩或预应力管桩、方桩作为地基，在施工中经常会遇到各种地下障碍物，给地下结构施工带来很大的困难。以往处理地下障碍物一般采用人工清除或大开挖方法整体清除，然后回填后夯实再进行施工作业。但对大型地下障碍物且埋深较深的障碍物，不仅整体清除工程量大，耗时长，费用高，还会影响施工质量。根据多年的实践，在地下结构施工中摸索出处理地下障碍物的一些行之有效的方法，如冲击锤钻机处理方法。

1 冲击锤钻机原理

冲击锤打桩机又称冲击钻机或冲击式造孔机，是灌注桩基础施工的一种重要钻孔机械，冲锤打桩机用于钻孔灌注桩施工，尤其在卵石、漂石地层条件下它具有明显的优点，冲击锤钻机原理是用冲击式装置或卷扬机提升冲击锤到一定高度后松开离合器和刹车，上下反复冲击，靠冲锥的重量和冲击功能直接冲击，将土石劈裂、劈碎，部分挤入井壁之内，由泥浆悬浮钻渣，使钻锥每次都能冲击到孔底新的土层，冲击一定时间后，放入掏渣筒掏渣，提出外倒掉，泥浆，一方面起悬浮钻渣作用，另一方面起护壁作用。

2 工程实例中的应用

2.1 工程概况

项目位于杭州国际商贸城单元（JG18）杭州市余杭区杭海路与规划稼南路交叉口南侧，北侧为在建住宅小区。拟建建筑为大底盘式地下室（开挖深度约10.0m），建筑拟采用钢筋混凝土框架结构，基础拟采用桩基础。高层建筑物最大柱下荷载约12500kN。拟建建筑场地地理位置隶属于杭嘉湖平原，地质成因为钱塘江冲海积平原，场地较平坦、开阔。根据勘察所测勘探孔的孔口高程，场地地面高程在85国家高程（复测）的6.84～7.61m之间。地层结构根据野外勘探结果，结合室内土工试验，地基土依其沉积年代、成因类别和强度特征可分为9个工程地质层。

根据勘察报告本场地存在地下障碍物主要为：Z11号孔13.60～17.70m，Z22号孔7.90～10.50m，Z23号孔17.20～18.40m，Z34号孔12.90～15.50m及Z45号孔8.70～12.30m处揭示有抛石填土，杂色，主要成分为青石块，混有少量碎块石，勘察揭示块径大者大于40cm，余为粉土充填。揭示埋深7.90～17.20m，揭示层厚1.20～4.10m。因该层抛石填土埋深较深，不宜直接清除，设计施工时应引起注意，选择合理的施工工艺。

2.2 项目桩基工程施工和方案

（1）项目桩基施工方案

根据杭州市勘察设计院2016年1月提供的勘察报告经和杭州市建筑设计研究院有限公司提供的余政储出[2015]21号地块开发项目的设计图纸，本工程的基础形式选用预应力离心混凝土空心方桩基础，设计等级为甲级，建筑桩基的安全等级为二级。本工程预应力离心混凝土空心方桩选用浙江省工程建设标准设计结构图《预应力离心混凝土空心方桩》2013浙G35。

预制桩具有施工速度快、桩身质量易保证、场地整洁等优点，对于本场地地基土条件和建筑物荷载而言，8层粉砂、10层圆砾及12-2层强风化凝灰岩均可作为预制桩基础持力层。抛石填土分布区，因该层抛石填土埋深较深，不宜直接清除，无法直接采用预制桩方案，施工时应引起注意，该范围内选择合理的施工工艺，经研究选择冲锤成孔，然后沉桩，并控制沉桩速度。预制桩施工时由于其持力层顶板标高有一定起伏，实际施工时会有大量的接桩或截桩。对桩长控制有一定难度，需要按终压值和控制高程“双控”。另外，压桩至持力层时，压桩反力“骤增”易出现“暴桩”现象。在实际沉桩施工过程中应随时观察静压沉桩的速度和压桩设备的加载反力读数。

（2）项目桩基施工的要求

本工程均为预应力离心混凝土空心方桩，根据本工程地层情况及设计要求，拟投入3台DTZ818型静压桩机进行空心方桩施工，1台XY-100型勘察桩机探桩，2台8JZD-5型冲锤处理抛石区障碍物，其中抗压桩设计采用PHS-A500（310）型方桩664根（设计变更另新增10根），桩长45～50米，以进入8层粉砂层0.5米为持力层；抗拔桩设计采用PHS-AB500（310）型方桩1898根，桩长15米；抗压桩以进入持力层深度为主、桩长控制为辅，抗拔桩以有效桩长控制为主，其中抛石区块20根，冲击锤成孔20根。

预制桩施工时需穿过浅部厚度达20m左右的粉土、粉砂，阻力较大，因此本项目的施工选用3台大吨位的静压桩机。在施工时必须注意以下几点：

①应尽量减少接桩，抗压桩的接头数不应超过3个，应避免桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层时接桩，接桩均应采用钢端板焊接法。

②本工程预应力离心混凝土空心方桩数量较多，存在一定的挤土效应，因此在沉桩时合理安排打桩顺序及控制打桩速度，做到沉桩的速度不大于2m/min。并在地块四周挖沟泄压，确保周边的安全。

③抛石区采用冲锤成孔施工（见图1和图2），先成孔消除抛石后沉桩。

④承台之间采用慢速跳压措施，每个独立的承台每天控制压一根，有利于释放挤土压力。

⑤实行间歇沉桩，沉桩时实行白天施工，夜晚停歇，保持夜间静止状态，使挤土应力有一定的时间释放。

⑥在桩基施工过程中，如发现地质情况与地质报告不符，或者达不到设计要求，及时与设计单位、勘察单位联系，共同研究处理办法。

图1 泥浆护壁图

（3）桩基施工结束的检测及验收

本工程共施工预应力离心混凝土空心方桩2572根，其中抛石区块20根，冲击锤成孔20根。桩基实际施工工期80天，其中冲击锤成孔施工8天。完全满足业主方的工期要求。

本工程空心方桩采用静荷载试验确定和检验单桩抗压及抗拔承载力，静荷载8根抗压桩，静荷载值为4700KN；静荷载20根抗拔桩，静荷载值为1000KN。详见浙江科鉴检测校准有限公司出具的检测报告。空心方桩的完整性检测采用低应变动测法，动测根数2572根，100%合格。完全满足设计要求。

本工程的桩基分部分项验收在2018年1月30日通过了由监理单位组织的竣工验收。

3 结束语

钻机对泥沙层、黏土层、卵石层、岩层都有很好的钻进效果。它能适应各种不同地质情况，特别是卵石层和岩层中钻孔，冲击式钻机较之其他形式钻机适应性强。同时，用冲击式钻机造孔，成孔后，孔壁四周形成一层密实的土层，对稳定孔壁，提高桩基承载能力，均有一定作用。冲锤打桩机施工中虽然操作简单，且施工速度稍慢，但与其他施工方法相比，最后综合计算施工消耗却是最低的，另外由于其适应各种地质，所以又有万能钻孔机之称，这是许多施工企业选择它作为钻孔桩成孔设备的主要原因。