冲孔灌注桩施工中遇孤石的处理方法

2018-11-26冯伟

四川水泥 2018年11期

冯伟

（中交三航局兴安基建筑工程有限公司，上海 201315）

0 引言

在沿海一带，特别是广东珠海地区，花岗岩孤石作为常见的地质灾害，由于其分布的隐蔽性，与周边土体力学特性强烈的差异性，给工程设计、施工都带来了风险和不确定性。孤石的存在，又多见于串状和群体分布，给冲孔施工带来卡钻、偏孔等技术难题，又由于进尺慢等原因影响工期和造价。

1 工程及地质概况

1.1 工程简介

恒天国际大厦项目拟建场地位于珠海市九洲大道南侧，东邻新昌安酒店，西、南面紧接莲花山商住小区；拟建为一栋35层的建筑物(地面以上高度180m)，设置4层裙楼(±0.00以上高度20.4m)，4层地下室(±0.00以下深度16.5m)；建筑物类别丙类，建筑物安全等级二级，塔楼结构体系为框筒结构，裙楼为框架结构。

1.2 地质概况及勘察情况

拟建场地原始地貌为山间凹地，场地内地层按地质年代、成因类型及岩土特征自上而下分布有第四系全新统人工填土、第四系全新统坡洪积层、第四系残积层及中生代燕山期风化花岗岩。

本工程第一次详细勘察共布置17个钻孔，共钻探593.81 m，其中岩石143.46 m，土层437.75 m，建筑垃圾12.6 m，在5孔8处有中风化或微风化花岗岩孤石，其中两个钻孔中的花岗岩孤石呈串珠状分布。

1.3 桩基类型选择

由于孤石是原岩受风化程度较轻，大部分仍保留原花岗岩岩性的性质，特别是在本工程中遇孤石较多时，一般应避免选择预制桩、沉管桩。考虑到强风化花岗岩顶面埋深较小，结合本工程超高层结构对建筑物沉降变形要求高且设计塔楼结构为“一桩一柱”，要求柱底最大轴力设计值18000KN，因此采用大直径端承桩基础。按照质量可靠、造价经济、施工快捷的基础选型原则综合考虑，拟建工程选用冲孔桩基础，以中风化花岗岩④-3或微风化花岗岩④-4为桩基础持力层。

根据第一次勘察情况，发现拟建场地地基土软硬不均，地层层面起伏较大，花岗岩孤石普遍发育，采用灌注桩基础，为准确查明基岩界面，确保桩端进入设计持力层，故又进行第二次施工勘察，即在每根桩位上进行超前钻探。本次钻探129个钻孔，共4469.02 m，其中岩石1584.60 m，土层2580.52 m，建筑垃圾303.90 m。根据超前钻报告，经统计有15根桩孔径范围内有超过5层或者厚度达到10m以上的孤石存在，如62#桩有3层孤石12.6m厚，16#桩有6层孤石9.2m厚，48#桩有3层孤石11.3m，64#桩有9层孤石22.1m厚。

2 冲孔桩遇孤石处理主要方法

2.1 冲孔遇孤石判定

虽然每一个桩位都进行了超前钻勘探，但仅代表钻孔深度内的地质情况，地下地质复杂多变，且大部分桩基直径达2m，故也无法教条的将超前钻报告作为处理孤石的依据。因此，在实际施工过程中，还应对每根桩的冲击进尺做好详细的记录，如发现进尺突然减慢，在桩位附近能够感受到冲孔时的震动，则立即捞取渣样进行判断遇到孤石。现场在每钻进2m捞取渣样的基础上，加密至每0.5m捞取渣样与超前钻资料进行对照分析，在进入中、微风化岩层可每2小时取样一次。现场可根据钻孔记录表、进尺记录、渣样记录等绘制出实际地质柱状图，所有渣样均用塑料袋封存，作为验收资料保留。

2.2 常规冲进方法

在冲击成孔过程中遇到孤石，采用常规冲进方法的可按以下步骤处理：

1.停止施工并将钻头提起，注意保持孔内水位和泥浆循环，泥浆面始终不低于护筒底部50cm以上，防止塌孔；

2.测量实际钻孔深度，检查钻机的稳固、位移和倾斜情况，校核桩位和钢丝绳中心是否有偏离桩心的现象，若有则进行纠偏并可回填片石；

3.对锤牙磨损情况进行检查，磨损严重的可更换合金锤牙，在冲进过程中关注锤牙的磨损及时修复；

4.不同的地层中采用不同的冲程：粘土层中采用中冲程（1.0～2.0m）冲击；在砂层中可添加小片石和粘土采用小冲程（0.5～1.0m）反复冲击，以加强护壁效果；在孤石层和进入持力层后可更换重锤小冲程（1.0～2.0m）冲击，每台桩机配备一个备用锤，及时修复锤牙；

5.记录不同桩之间的进尺速度对比，进尺异常缓慢时及时测量泥浆比重、加强排渣，与已知的超前钻资料对比分析岩层特性，并注意其矿物成分。

2.3 水下预爆破方法

对孤石的处置采用爆破方法有两种方案：一种是在冲击成孔过程中实施水下爆破，另外一种是在冲桩前对桩身范围内的孤石和岩层进行预爆破。前一种方案爆破时夹制作用大、炸药消耗量大，同时存在钻孔施工困难、成孔需加装导管等缺点；后一种方案采用采用超前钻钻孔，可确保设备移动方便，灵活选择钻孔孔径，便于安装导管，钻孔同时即可探明岩层情况，实施定点爆破，效果更佳。

1.半井孤石爆破

当桩身范围遇部分孤石（半井）时，视孤石大小布置1～2个炮孔进行爆破。

井内半孔孤石时爆破参数设计如下：

孔径：Φ=91～115mm；

最小抵抗线：W＝0.4～0.6m；

孔距：a＝0.5～0.8m；

孔深：为探明孤石厚度，钻孔应穿透孤石；

单孔装药量：K＝k*V=kSH，k为炸药单耗，半井孤石按k=1.5~2.0 kg/m3选取，经试爆后优化调整，S为桩断面积；

药包布置位置：若为穿透孤石，药包布置在孤石中部，若未穿透，按底部连续装药布置。

2.满井岩石爆破

当桩身范围全部为岩石时（满井岩石），根据桩径大小、岩层厚度及岩石可爆性等，经过药量核算，可灵活布置1～3个炮孔进行爆破。当岩层较薄，根据计算装药量，单个孔可装药满足破碎要求时，可在桩心位置布置单个炮孔装药进行爆破。若岩层较厚，单个炮孔装药无法满足岩石破碎要求时，根据计算装药量，可布置2～3个炮孔。两个炮孔采用直线布置，三个炮孔则采用三角形布孔，炮孔布置如下图。

孔内孤石爆破参数设计如下：

孔径：Φ= 91～115mm；

孔距：Φ800、Φ1000桩布置1～2孔，孔距50～60cm；Φ1200、Φ1400桩可布置2～3孔，孔距为70～80cm；Φ1600、Φ1800、Φ2000桩布置2～3孔，孔距为90～100cm；具体布置孔数视岩层厚度及预期破碎范围，经药量核算后确定。

孔深：为探明岩层厚度，钻孔应尽量穿透岩层；

单孔装药量：K＝k*V=kSH，k为炸药单耗，满井岩石按k=3.5~4.0 kg/m3选取，经试爆后优化调整，S为桩断面积；

药包布置位置：若为穿透岩层，药包布置在岩层中部，若未穿透，按底部连续装药布置。

3.多层孤石爆破

根据桩超前钻揭露的孤石情形，不同桩桩身所遇的孤石层数及厚度均不同，存在多层孤石的情况，采用一次成孔钻透所有待爆孤石层，各岩层分别装药，一次起爆的方式实施爆破。各岩层之间，若不超过50cm，按连续层装药爆破，超过50cm时分层装药爆破。各桩孔钻孔数量及装药量的确定，按照以上半井和满井的情形，钻孔数按最厚岩层爆破所需钻孔数确定。

4.爆破器材及药包制安

考虑在钻孔内充满泥水，炸药选用防水性能好的乳化炸药；考虑井内个别孤石较深，采用防水、防漏电处理后的电缆制作电起爆系统，以方便起爆导线连接。

当药包深度大于30m时，应对雷管和炸药进行耐水压试验，必要时对雷管和炸药进行耐水压保护。

装药时将各孔炸药计算准确后，用竹片夹住，起爆线应选用质量较好的电线进行连接，接头处应做充分的防水处理，沿竹片绑扎牢固后，将炸药及起爆线从导管内装入孔底（或设计深度），再拔出导管。起出导管时，应严防扯断起爆导线和拔出药包。导管拔出后，泥将会自动将孔内填满，无需另行堵塞。当岩层厚度过大时，为了降低爆破振动，可采用分层装药，各药包自上而下进行毫秒延时爆破，每个药包一响。分层装药时，中间堵塞段为50cm。

5.爆破影响

根据当地爆破专业公司经验，孤石爆破使用单响药量小于3kg，爆炸时直接冲击破碎岩石和挤压土体的影响的范围半径约1~2m，超过此范围爆破能量迅速转化为介质的振动能量，不会对周边土体及岩体产生直接破坏，不会影响后续的冲孔施工。

由于现场爆破与冲桩及混凝土浇筑并行或交叉，虽然不会直接破坏已施工成品，但由爆破引起的土体振动，可能造成爆破桩位附近已成孔但未浇灌混凝土的桩孔发生少量塌孔。因此爆破时应尽量避免周边近距离桩孔（约5m范围）处于空心状态，若无法避免，则爆破后应加强已成桩孔的检查，若已发生塌孔，应清孔后再浇灌混凝土。

爆破地点处于市内居民区附近，爆破振动对周边影响尤其敏感，爆破振动的控制及监测就显得极其重要，必须通过现场振动监测进行优化，确保施工安全。爆破振动采用爆破振动测试仪进行监测，通过采集爆破时建筑物附近地面的三维振动速度及频率，来监测其大小，并根据国标来评估其对周边的影响程度。

2.4 遇孤石处理效果

遇孤石采用常规冲进法施工，进尺极度缓慢，存在软硬不均匀、“探头石”等情况，造成不断纠偏，且对锤牙磨损大，操作工人一度消极怠工，按成桩30m平均需要28天/根。

而采用水下预爆破处理孤石后，再进行常规冲孔施工，能够定点定量破坏孤石，大大提高了成桩的速度，如64#桩有9层孤石22.1m厚按常规方法冲进预计需60天以上，而经过水下预爆破处理后仅用时18天。另外在爆破全部完成后，对周边围护结构、建筑物的监测以及部分已浇筑的桩基进行检测，均符合要求。水下预爆破处理孤石的方法是成功的。