冲孔灌注桩施工技术及处理措施的探讨

2022-02-05鲁占军

低碳世界 2022年3期

鲁占军

（中国二十冶集团有限公司城市建设公司，上海 201900）

1 工程概况

本文以安福县改造安置建设项目为例，该工程位于安福县环城北路以南，泸水河大道以北。项目总用地面积55 036.58 m2，总建筑面积约70 000 m2。主要结构为框架、剪力墙结构，其中的两栋高层住宅楼（11F、18F）配套地下停车场，其基础设计为冲孔灌注桩基础，共计90根（包括2根试桩），实际施工总桩数89根，其中255#桩变更为墩基础。共有8根桩径800 mm工程桩，39根桩径1200 mm工程桩，40根桩径1300 mm工程桩；试桩中，SZ1桩径1200 mm，SZ2桩径1300 mm。

2 地质条件情况

根据场地现场调查，拟建场地地貌类型属岗埠地貌区，现大部已被挖填整平，场地及周边总体平坦开阔，未发现有滑坡、崩塌、泥石流、沉降开裂、地下采空区及岩溶地面塌陷区等不良地质现象。拟建场地地面标高81.88~95.86 m，相对高差13.98 m，总体北高南低，总体坡度2°~3°。拟建场地设计整平标高82.5~90.0 m，设计从北到南由低到高分级整平。

拟建场地基底为碳酸盐岩类，本次勘查中局部（ZK34、ZK35、ZK49、ZK61、ZK64、ZK65孔）揭露有溶洞，存在岩溶不良地质作用，ZK35、ZK64钻孔单孔分布2个溶洞，其余钻孔揭露溶洞均呈单个分布，钻孔遇洞率为6.5%，线岩溶率为0.11%，场地范围内岩溶发育等级为中等发育。本次勘查揭露溶洞为全充填型溶洞，充填物以可塑状粉质黏土为主。该区溶洞位于中风化石灰岩中，且平面及深度分布无规律，在建筑桩端稳定性方面存在一定隐患，故在桩基施工时，应穿透溶洞，进入完整岩层中。在本工程内的溶洞按以下标准分类：①按溶洞

的大小可以分为小溶洞（洞高＜2.5 m）和大溶洞（洞高≥2.5 m）。②按溶洞是否漏水可以分为全漏水溶洞（与其他溶洞相连）、半漏水溶洞和不漏水溶洞。③按溶洞垂向数量可以分为单个溶洞和多个溶洞。无分

布规律的溶洞及岩层中可能分布的临空对于建筑桩

端稳定性来说存在一定隐患，应考虑采取相应措施

避免溶洞给桩基带来的不利影响，桩基施工前进行“一桩一孔”施工勘察，在桩基施工时，应穿透溶洞，并进入完整的中风化石灰岩中，确保工程安全。

3 冲孔灌注桩施工技术要点分析

3.1 测量定位

桩位的测放是通过实时动态测量（real time kineˉ matic,RTK）技术进行的，在桩位的中心插入一根钢筋，周围各打一根控制桩对桩位中心进行控制，控制桩用砂浆进行固定，复核确定合格后，才可以进入下道工序。

3.2 埋设护筒

护筒选用4～8 mm厚的钢板进行加工，高度1.5 m，内径D（桩径）＋20 cm，护筒上部需要开1～2个溢浆孔；桩位中心校核后，用黏土在护筒周围分层进行回填夯实，护筒埋设的深度为1.2～1.5 m。

3.3 冲孔施工

埋设护筒后，桩机就位，冲击锤中心对准护筒的中心，偏差必须小于±20 mm。刚开始进行作业的时候要低锤密击，锤高0.4～0.6 m，加片石要及时，采用砂砾或黏土泥浆护壁，使孔壁进行挤压后才能够密实，孔深达到护筒底端下3～4 m后，可以加快速度，可以把冲击锤提高到2～3.5 m，转入正常冲击，具体可参照《建筑桩基技术规范》。冲孔的过程中必须把孔内的残渣及时排出，每当冲击达到1～2 m，就要进行一次排渣，同时必须定时进行补浆，直至达到标准的设计深度。每当冲击达到1～2 m，需要检查成孔的垂直度，若产生了斜孔、塌孔，或者护筒的周围出现冒浆，必须停机，进行有针对性的解决后，才能重新进行施工。当在黏土中进行钻进时，需要运用原土造浆；当在比较厚的砂层中进行钻进时，需要在孔中投入膨润土或黏土进行造浆，也可以通过添加碳酸钠等分散剂来提高泥浆的性能，分散剂的掺量大约为加水量的0.5%[1]。

3.4 冲击成孔

冲孔灌注桩的桩位轴线偏差应不大于50 mm，在钢丝绳与桩锤连接处设置自转向装置，以此来解决粉质黏土层与砂质黏土层容易发生的梅花孔及粘钻等施工问题。在桩孔边上堆放一定数量的黏性土和片石，为偏孔处理做好准备。刚开始冲击成孔时应采用0.4～0.6 m的小冲程进行低锤密击，泥浆比重为1.3～1.4。当冲击至钢护筒以下2 m时即可将冲程调整至2 m继续冲击。冲击至粉质黏土层时，为了减少粘钻现象，可以投入适量的片石，冲程根据需求调整1～2 m，泥浆比重调整为1.3～1.4。冲击至细砂层时，投入制备的优质泥浆，将泥浆比重调整为1.4～1.5，降低冲程至0.5～0.8 m，在冲击过程中应不断扫孔，避免出现缩颈现象。冲击至卵石层时，由于卵石层对桩锤的磨损较为厉害，需要在桩锤底部加焊合金钢牙，泥浆比重调整为1.3，提高冲程至2～3 m。当钢丝绳出现往一侧剧烈晃动时，应将黏性土和片石投入孔内至偏孔处0.5 m，接着低锤密击后再提高冲程进行成孔[2]。

3.5 钢筋笼制作安装

钢筋笼的现场制作要在第一次清孔结束后进行，运用吊车吊放钢筋骨架。钢筋笼的焊接需要在井口分段进行，焊接的长度为10d。主筋与螺旋箍筋之间采用点焊形式进行固定，主筋接头在同一水平面上应错开50%以上，错开距离应≥500 mm且＞35d。钢筋笼的制作必须按照图纸进行设计，在钢筋笼的外侧设置合理的混凝土垫块保护层，保护层厚度为70 mm，其竖向间距为2 m，顶端需要设置吊环及吊筋[3]。

在运输钢筋笼以及实际吊装时，要预防其发生变形。在安放钢筋笼的过程中必须对准孔位，不可以强行插入，也不可以碰撞孔壁，就位后必须及时固定。钢筋笼的安装需要用起重机或小型的吊运机具吊装就位，具体操作流程可参照《建筑桩基技术规范》[4]。对于直径以及长度较大的钢筋笼，可分节制作并安装，且在每节主筋内侧，每隔2 m设一道直径18 mm的加强箍，每个加强箍之间设一个井字加强支撑。钢筋的吊装与孔口焊接作业环节，要遵循逐节吊装的要求，为保障钢筋笼制作质量，需结合各个环节的焊接施工要求，选取恰当的焊接工艺，保障每个焊接节点的处理效果。预防在混凝土灌注中钢筋笼出现浮笼或掉笼。同时，在安装结束后，必须由建设单位和监理单位对安装作业进行验收，验收合格后才能灌注水下混凝土。

3.6 安放导管

导管使用壁厚为5 mm，直径为250 mm的无缝钢管，同时需要提前做好水密承压的试验，保证其水压要高于孔内水压的1.3倍，导管下放的环节，需从浇灌架上的卷扬把导管吊到孔内，下放过程中应将导管底口与孔底的距离保持在500 mm左右。导管接头需要用法兰或者是双螺纹方扣进行快速接头[5]。

3.7 清孔

本工程运用正循环的工艺进行清孔，一次清孔需要用到橡胶管。一次清孔要降低泥浆的浓度，预防二次清孔时，因有过厚的沉淤而难以清理，确保钢筋笼下放作业的顺利进行。二次清孔是需要在导管下放后，运用导管进行，二次清孔时的泥浆比重需要控制在1.15～1.2，含砂率≤8%，黏度≤28 s，孔底的沉渣厚度≤50 mm。清孔过程中，补给的泥浆量要足够多，同时，要保持孔内的浆液面具有稳定性，且高度达到标准。清孔结束后，需要在30 min内完成混凝土灌注[6]。

3.8 水下混凝土灌注施工

水下混凝土灌注属于成桩过程的重要工艺，施工作业的人员必须从思想上高度重视，在进行灌注前要做好准备工作。本工程运用商品混凝土，混凝土强度等级为水下C30，通过混凝土搅拌运输车进行运输，运到现场后再进行导管水下混凝土灌注。混凝土必须具有良好的和易性，坍落度需要控制在18～22 cm[7]。混凝土充盈系数要大于1.0，水泥用量不能少于360 kg/m3，含砂率要控制在40%～45%，并且要运用中粗砂，粗骨料的最大粒径小于40 mm，进行二级配，混凝土初凝时间应小于3～4 h。

料斗混凝土灌注量必须计算准确，确保导管埋入混凝土中时大于0.8～1.2 m。灌注混凝土前，在料斗内灌入1:1.5的水泥砂浆，高度约0.2 m。灌注混凝土的上升速度要低于2 m/h，确保导管埋入混凝土中控制在1.5～6 m，每根桩的灌注时间要按照标准要求进行，灌注量10～20 m3不得超过2 h，混凝土浇筑过程中不可以中断，且浇筑所用的时间需要控制在4～6 h，以确保混凝土的均匀性，间歇时间必须控制在15 min内，任何情况下都不得超过30 min。最后一次灌注混凝土量，需要高出桩顶设计的标高0.5～0.6 m，有利于新老混凝土结合并确保混凝土质量，具体数据可参照《建筑桩基技术规范》[8]。

3.9 质量检验

可在新的钢筋笼中，可提前埋设导线以及超声检测元件。在灌注桩施工作业结束后，需要运用地面检测系统对混凝土桩身的完整度进行检验，检测是否存在空隙以及裂缝。根据对抗震设计具体要求，钢筋笼需要控制在一定的长度[9]。运用磁测井法可以对钢筋笼长度及主筋变化数量进行测量，判断是否出现断桩现象，具体数据可参照《建筑地基基础工程施工质量验收规范》。

4 常见问题处理措施分析

4.1 坍孔

若冲孔中存在透水层，当冲击到溶洞后，会突然产生漏浆，使水头的高度急剧下降，透水层失稳固性，产生漏斗状坍孔。预防坍孔的方法有：①运用冲击钻进行冲孔作业时，可以把钢护筒安装在亚黏土层上，然后再继续进行冲击。②必须及时对漏浆部位进行补水[10]。处理坍孔的具体方法：采用长钢护筒跟进或立即将桩锤提起，并抛填小石块、黏土块、水泥和锯木屑混合物放置在塌孔位置以上1～2 m处，反复冲击，待其沉积后重新冲击造壁，并向孔内补浆、补水，保持孔内水头。通过这种方法可以顺利处理了坍孔问题。

4.2 卡钻

卡钻的原因以及处理方法：①所用桩锤偏心过大或掉齿，桩施工现场地质岩层走向的坡度很大，或孔底土质不均，岩石强度不一时可能会造成卡钻，必须对冲击钻进行补刃。②打圆孔的时候最好选用四刃或五刃钻头，可以有效防止卡钻。③若是十字孔有落石或探头石把钻头卡住，或者钻头被卡在溶洞内无法提动，可以选用“一”字形或半月形的小钻头，沿孔壁对障碍物进行冲击，将障碍物挤走或击碎，将钻头提出[11]。

4.3 斜孔

当桩机调整不科学、持力层岩面角度过高会导致锤头不稳定，进而造成斜孔。要想处理斜孔问题就要运用片石进行回填，调整孔的角度，若调整3次以上还没有调正，就要及时上报监理及业主单位，经过允许后可以灌注水下混凝土，待达到一定强度后，再通过小冲程打紧锤进行反复冲击，直到被调正过来。若冲程过大，也会造成斜孔，需要控制冲程在2～4m最为适宜[12]。