浅析冲孔灌注桩施工技术

吕 婕

（福建建工集团有限责任公司， 福建 福州 350000）

1 工程概况

浮村新城一区（原琴湖湾西区）8#楼（幼儿园）、垃圾收集间3工程位于福州市晋安区新店镇南平路南侧，福飞路东侧。幼儿园占地面积为685.27m2，总建筑面积为2724.09m2，地上4层，建筑总高度为15.45m，结构形式为框架结构。主体结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度，建筑安全等级为二级。本工程基础采用冲孔灌注桩，桩径为800mm，总桩数为33根，桩长为18～22m。持力层为中风化花岗岩，设计要求全截面进入持力层深度为0.5m，单桩承载力特征值为3500kN，桩身混凝土强度为C35。

2 工程地质情况及水文条件

2.1 工程地质情况

根据地勘报告显示，场地内揭示的工程地质情况自上而下分述为：①素填土，主要成分为建筑垃圾和耕植土，结构松散，欠固结，层厚1.20～2.30m；②淤泥，深灰色，属于软弱土，夹杂云母碎片、腐殖物和贝壳，呈流塑状态，层厚5.50～12.10m；③粉质粘土，呈可塑状态，夹杂少量粗砂，粗砂含量为6%～10%，层厚1.70～3.20m；④粗砂，呈稍密～中密状态，夹杂少量粉质粘土，层厚4.30～6.10m；⑤残积粘性土，呈可塑状态，夹杂少量碎石，碎石含量为10%～15%，层厚2.10～4.30m；⑥全风化花岗岩，灰黄色，呈硬塑状态，岩体极破碎，手捏即碎，层厚1.10～5.70m；⑦砂土状强风化花岗岩，褐黄色，散体状构造，属于软岩，风化裂隙发育，夹杂少量石英颗粒，层厚2.40～6.50m；⑧碎块状强风化花岗岩，属于软岩，岩体破碎，裂缝发育，碎块状构造，个别孔位发现存在中风化花岗岩夹层，厚度约1.2m，层厚3.10～7.80m；⑨中风化花岗岩，灰白色，块状构造，属于较硬岩，层厚4.80～9.70m。

2.2 水文条件

场地内的地下水主要来自大气降水和附近水域的侧向补给，本工程地下水水位埋深为3.1～4.5m，水量充沛，水位相对较高。

3 施工技术难点剖析

（1）淤泥层厚度深厚，呈流塑状态，桩基施工过程中较为容易发生缩颈和塌孔等质量问题。

（2）岩土层中存在较厚粗砂层，在冲击成孔中较为容易出现塌孔现象，粗砂容易沉入孔底，导致沉渣厚度超过设计要求。

（3）碎块状强风化花岗岩中裂隙发育，岩面倾斜，冲击成孔容易出现偏位与卡钻等质量问题。

（4）本工程地质条件较为复杂，孔壁垂直度的控制存在一定难度。

（5）碎块状强风化花岗岩中存在中风化花岗岩夹层，对持力层的确认产生一定的干扰影响。

4 冲孔灌注桩施工技术

4.1 护壁泥浆制备

由于淤泥层与粗砂层的厚度较厚，而这种土层极易出现塌孔现象，对护壁泥浆的性能要求相对较高。泥浆采用水和膨润土进行搅拌，泥浆搅拌应均匀，为了提高黏度，加入CMC和碳酸钠，使得泥浆的黏度为26～30s，黏度满足施工要求。拌制后的泥浆比重为1.3～1.5。为了预防出现塌孔、偏位或者卡钻等现象，在每个桩位边上预备一定数量的膨润土和片石。根据岩土层的性质对泥浆比重进行调整与控制。素填土、粉质粘土、残积粘性土、全风化花岗岩和砂土状强风化花岗岩的泥浆比重为1.3～1.4，淤泥层和粗砂层的泥浆比重为1.4～1.5，碎块状强风化花岗岩和中风化花岗岩泥浆比重为1.3。泥浆池应设置3个，泥浆循环系统分别为新浆池、沉淀池和回收池。

4.2 冲程控制

在冲击成孔过程中，根据岩土层的性质不同采取不同的冲程，使得成孔质量得到保证。埋设完钢护筒后，对桩位的偏差进行检查与复核，要求桩位偏差≤50mm。素填土层开孔时应低锤密击，冲程为0.3～0.5m，当桩锤进入土层2m方可加大冲程2～3m；当施工至淤泥层时，为了减小对孔壁的扰动影响，将冲程调整为0.5～0.8m，低锤密击；粉质粘土和残积粘性土冲程为2～3m，；施工至粗砂层时，对泥浆比重进行调整加大，为了避免出现塌孔，加大冲程为3m，快速穿过粗砂层；当施工至风化岩层时，将冲程调整为3m，泥浆比重调整为1.3，大冲程进行冲击；遇到卡钻或者偏位，则降低冲击速度，将片石与膨润土投入孔内至偏位位置以上0.5m，采取小冲程进行密击成平整面后再恢复原来冲程进行成孔。

4.3 孔壁垂直度控制

在冲击成孔施工中，技术人员应时刻关注钢丝绳垂直度情况，要求垂直度偏差≤1%；垂直度的检查采用在相互呈90度角位置安装2台经纬仪进行测量；当垂直度不满足要求时，应立即提锤对孔壁进行修孔，直到孔壁垂直度满足规范要求。当冲击至地层软硬交接地方时，应降低冲程，采用小冲程不断密击的方法完成衔接段的成孔；当出现偏孔现象，钢丝绳出现往一边倾斜晃动现象，立即提锤出孔位，将膨润土和片石等投入孔内至偏孔位置以上0.5m，接着下锤继续冲击成孔施工，直至达到设计高程。

4.4 中风化花岗岩夹层处理

本工程中风化花岗岩夹层的厚度约为1.2m，岩质坚硬，冲孔施工速度较慢，主要解决办法有更换重量大的桩锤、加快冲击频率和加大冲程等，从而增强桩锤冲击力。本工程夹层处理方法采用重锤快打法，将桩锤由原先的3t更换成5t，为了加快砍岩的速度，加焊桩锤的钢牙。根据孔深合理地调整钢丝绳长度，加快冲击频率。加大冲程达3～4m，增强桩锤的冲击动能。当夹层在桩孔的位置＜1/3D时，将膨润土和片石混合物投入孔内至夹层顶面约1.5m，先低锤密击，冲程约为0.6m，将孔内片石混合物冲击平整后，加大冲程至3～4m击穿夹层。当夹层在桩孔的位置≥1/2D时，直接加大冲程进行重锤快打，当出现偏孔现象将膨润土和片石混合物投入孔内至偏孔处顶面0.5m，低锤密击成平整面后再提高冲程击穿夹层。

4.5 持力层确认

由于碎块状花岗岩局部孔发现中风化花岗岩夹层，主要集中在幼儿园南侧，这对持力层的判定影响较大。为了准确地对持力层进行确定，经过与建设单位协商后，在发现中风化花岗岩夹层的区域内对桩基所在的承台进行补勘，从而对持力层的埋深进行探明。经过参建各方专家研究采用渣样性质和岩面高程对冲孔灌注桩的持力层进行判定。根据地勘报告和后续的补勘结果对持力层的深度进行了解，试桩时对持力层渣样的标准进行确认。当发现桩锤有明显反弹，进尺困难，地面有明显的震感，每小时进尺＜0.2m；采用掏渣筒对孔底岩石渣样进行捞取，渣样与持力层渣样岩质和颜色相符，拿锤子敲击确定岩质坚硬；孔深与补勘的岩面高程相符或者小幅度超深，可以判断达到持力层。通知监理工程师对持力层进行确认后继续冲击砍岩，直至嵌岩0.5m。

4.6 清孔

由于存在粗砂、中风化花岗岩夹层和强风化岩层等地质情况，冲击成孔过程中岩屑数量较多，再加上粗砂不易清除，导致孔底沉渣厚度不满足设计要求。采用正循环清孔的话，需要加大泥浆比重才能将岩屑和粗砂从孔底上浮到孔外，清孔时间较长，清孔过程中粗砂层和淤泥层位置的孔壁很容易出现塌陷现象。因此，本工程采用泵吸反循环法进行清孔，孔底沉渣与泥浆通过泥浆泵抽吸作用从导管中流入沉淀池，泥浆经过沉淀处理后再回流入桩孔。为了减少泥浆的含砂率，在泥浆回流孔内处设置泥砂分离器，将泥浆中的粗砂分离出来，从而减少孔底沉渣的厚度。第一次清孔后泥浆黏度为28s，泥浆比重为1.2，泥浆含砂率为6%。下放钢筋笼后，根据施工方案对导管进行安装，接着进行第二次清孔，清孔过程中要不断对孔底沉渣进行扰动，采用测锤检查沉渣厚度，第二次清孔后泥浆黏度为25s，泥浆比重为1.15，泥浆含砂率为3%，沉渣厚度为10mm，所有指标均满足施工规范要求。

4.7 钢筋笼加工与安装

为了确保钢筋笼的加工质量，本工程统一在钢筋预制厂里进行制作，根据钢筋笼的尺寸定制制作模具，主筋为8根直径为18mm的螺纹钢筋，箍筋采用直径为8mm的螺旋箍筋，在钢筋笼顶端3m范围内箍筋布设间距为100mm，其余均为250mm，钢筋笼底部应做成圆锥形，主筋与箍筋采用点焊方式进行固定牢固。钢筋笼分节进行制作，接头按照规定进行错开，错开的距离≥35d且≥0.5m，钢筋接头在同一水平面上的错开≥50%。按照规定在钢筋笼设置直径为16mm加劲箍，每隔2m设置1道，十字撑每隔4m设置1道。钢筋保护层采用环形砂浆块，厚度为50mm，对称均匀布置在主筋上，共布置4个。钢筋笼的接长采用焊接形式，为了加快施工速度，本工程选用单面焊形式，搭接长度≥10d。在钢筋笼内侧对称安装2根注浆管，注浆管的直径为25mm，材质为无缝镀锌钢管，注浆管露出地面0.5m，注浆管底部采用胶布缠绕密实，钢筋笼安装后在管内注满清水，顶部采用塑料套进行密封。钢筋笼采用吊车进行下放，吊放应缓慢，钢筋笼不得碰撞到孔壁，钢筋笼下放到设计高程后根据控制桩对其轴线进行复核，钢筋笼定位后采用2根吊筋挂设在钢护筒上，吊筋与钢护筒之间采用点焊进行加固，避免钢筋笼出现上浮现象。

4.8 水下混凝土灌注

桩身混凝土灌注通过导管来完成，导管的直径为300mm，采用法兰进行连接。导管安装之前应注水加压进行试拉检测，检测应无渗漏，密封圈完好无损。导管最下端一节应选用长导管，本工程设置为6m，其余导管接长选用标准节，与料斗连接的导管选用短导管，根据孔深情况选用0.3～1.0m的导管。导管下口距离孔底为0.3～0.5m，根据首灌计算公式可知料斗的容量为1.5m3。混凝土灌注之前根据施工方案在孔位填筑好混凝土浇筑平台，根据当天混凝土灌注量和混凝土运距做好混凝土供应计划。项目部安排质检员检查进场的每车混凝土质量，要求混凝土的坍落度为180～220mm，颜色均匀，混凝土不得出现离析和泌水现象。为了确保首灌成功，将混凝土注满料斗，待拉起隔水栓后，加大混凝土罐车的马力往料斗注入混凝土，首灌后导管埋入混凝土深度≥2m。混凝土以2m/h的速度匀速连续灌注，每车混凝土灌注后及时采用测锤及时量测混凝土上升面高度，计算出导管埋入混凝土实际深度，及时拆除管节，确保导管埋入混凝土深度为2～6m。为了预防断桩事故发生，本工程导管的埋设深度按照4m进行控制。桩顶混凝土高程应比设计高程超出0.8m，使得桩顶混凝土密实度得到保证。

4.9 后注浆

成桩后2d对注浆管进行加压开塞，使得注浆通道能够畅通无阻。桩基施工完成后7d通过注浆管将纯水泥浆注入桩底，水泥采用P·O42.5，水灰比为0.5。2根注浆管应同步对称进行等量注浆，注浆量为1.0t。冲孔灌注桩按照由外往内顺序进行注浆，初始注浆压力为1.5MPa。当单桩注浆量满足设计要求或者注浆压力为3MPa且稳压持续注浆1min后即可停止注浆。

5 结束语

成桩28d按照设计要求进行静载和动测试验，静载试验中，在7000kN极限荷载作用下，沉降均匀，沉降量为11.52～15.39mm，静载试验结果符合设计要求。动测试验中，其中I类桩占86%，Ⅱ类桩占14%，动测结果符合设计要求。基础土方开挖后，对桩位的偏差进行检查，检查结果均满足施工规范要求；桩头砍除后发现桩顶混凝土质量均匀，密实。本工程冲孔灌注桩施工质量合格。实践表明，存在深厚淤泥层、粗砂层、中风化花岗岩夹层、地下水位较高和岩面倾斜等复杂地质条件下，采取上述的施工技术是科学合理的，该技术能够保证冲孔灌注桩的施工质量。