大碎石回填土区域冲孔灌注桩施工技术探讨

蒋生文 刘焕利 赵志伟 郑业 杨亮

【摘 要】福建某核电厂区500 kV廊道基础处于临时回填的厚层碎石土区域，前期设计图纸未考虑使用桩基础，设备安装单位提出电缆带电运行后，对沉降扰动异常敏感，廊道结构不允许有不均匀沉降，针对现场实际情况，通过地基处理方案对比，最终选用冲孔灌注桩。桩基施工区域处于刚刚人工回填片石地层，未经级配和处理，均匀性、密实性差，冲孔灌注桩在泥浆护壁施工过程中碰到孤石或间隙较大的碎石，泥浆瞬间流失，容易出现漏浆、塌孔、卡钻等质量问题。文章结合实际工程案例，阐述了冲孔灌注桩在临时回填的大片石回填土区域的施工难点和技术措施，对比和分析现场不同的实验数据，结合施工经验和有关文献，为在类似碎石回填土区域进行桩基施工减少漏浆、塌孔现象及提升桩基施工控制质量提供参考。

【关键词】冲孔灌注桩;大碎石回填土;漏浆;塌孔

【中图分类号】U44;TU4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）02-0120-03

0 引言

目前，桩基工程是建筑结构中常用的基础结构形式之一，特别适用于建筑物荷载大、承载力要求高，但地质条件不均匀、处于软弱地基、施工场地狭窄的施工场地。冲孔灌注桩常规做法是采用泥浆护壁施工工艺，但在临时回填的厚层碎石土区域，回填采用开山碎石土，石头粒径不一且未分层夯实回填，采用泥浆护壁施工经常会出现漏浆、塌孔、偏孔等现象，严重影响现场施工进度，同时漏浆和塌孔会造成桩基孔径增加，增大砼浇筑时的充盈系数，使成本增加。因此，如何保证碎石回填土区域桩基施工质量，降低桩基漏浆、塌孔发生频率，是施工单位必须解决的关键问题[1]。本研究以某核电廊道施工项目为例，对项目施工中回填的厚层碎石区域冲孔灌注桩施工工艺和质量控制进行分析和探讨。

1 工程概况

某核电廊道施工项目位于福建省福清市，核电站500 kV廊道主体结构宽度为4.3～16 m，高度为4 m，电缆沟结构顶高出室外场平100 mm：即±0.000 m左右（相当于絕对标高为11.15 m），底板和墙体为钢筋砼结构，厚度为400 mm，廊道总长度约370 m。

鉴于廊道内500 kV电缆管线和设备安装后带电运行，不能承受扰动和不允许存在不均匀沉降，对沉降相当敏感，廊道基础由前期的C15垫层换填，临时更改为冲孔灌注桩基础，桩基总根数为101根，桩径D=800 mm。桩基混凝土为C35P8防水混凝土，以中风化黑云母花岗岩作为桩端持力层，桩端要求进入稳定基岩至少800 mm，单桩竖向承载力特征值为3 000 kN。

根据前期现场施工记录，桩基区域大部分为人工回填片石，一次性回填厚度约15 m，未按照规范要求进行分层压实，故冲孔灌注桩在泥浆护壁施工过程中容易出现漏浆、塌孔等质量问题。

2 工程地质条件

根据勘察院提供的《厂区岩土工程勘察报告》，现场的原地貌为海成岩滩地貌，经风化剥蚀和海水侵蚀作用形成礁石，涨潮时被淹没，退潮时出露岩石和海滩。岩滩呈带状，出露岩石大部分为中风化岩，部分为微风化岩。现地貌已铲平时回填至标高+11.00 m，属人工回填地貌。本次揭露地层：①人工回填片石（Q4ml）、④黑云母花岗岩（）、⑤辉绿岩脉（βμ）、⑥闪长玢岩脉（δμ）。

地质剖面示意图如图1所示，各地层特征依次描述如下。

（1）人工回填片石（Q4ml）：杂色，主要由人工开山回填片石、碎石、块石、岩屑组成，混少量砂粒、黏性土，片石粒径大小不等，一般为8～30 cm，最大粒径约1.2 m，呈棱角状，未经级配，未经处理，均匀性、密实性差，岩性主要为黑云母花岗岩，松散。层厚1.8～14.9 m，层底标高为-4.04～9.43 m。本工程桩基施工主要处于此地层区域。

（2）黑云母花岗岩（）：呈灰白色，岩脉大都沿裂隙侵入，花岗岩与岩脉紧密接触，该层场地主要为强风化和中等风化基岩，最大揭露厚度为8.10 m。

3 工艺难点和技术措施探讨

3.1 廊道基础方案选择说明

廊道基础设计底标高为-3.400 m，原设计图纸方案为直接开挖到中风化基岩，开挖深度为5～15 m，超挖部分采用C15砼换填。因为现场总平面大件吊装施工有临时运输通道需求，所以需要对部分廊道区域（18～20段）临时回填至室外标高，采用碎石和素土一次性回填完成，回填厚度约15 m，回填施工时未按照规范要求进行分层压实[2]。

3.2 碎石回填区域施工难点探讨

廊道基础更改为冲孔灌注桩后，桩基施工区域均处于人工回填片石地层，为近期回填，回填时间约1个月，主要由人工开山回填片石、碎石、块石、岩屑组成，最大粒径约1.2 m，未经级配和处理，均匀性、密实性差，冲孔灌注桩在泥浆护壁施工过程中碰到孤石或间隙较大碎石，泥浆瞬间流失，特别容易出现漏浆、塌孔、卡钻等质量问题。

如何通过调整泥浆比重、增加黏土块或水泥、选择合适的冲孔钻进方式，保证碎石回填土区域桩基施工质量，减少漏浆、塌孔，避免卡钻等质量问题，这是本次碎石回填土区域冲孔灌注桩施工的重点和难点。

4 碎石回填土区域冲孔灌注桩施工技术

4.1 工艺流程

工艺流程：施工准备→桩位测放→开孔、埋设护筒→钻机就位检测→冲击成孔工艺参数试验确定→验槽终孔→一次清孔→测量孔底沉渣厚度→下钢筋笼→下导浆管→二次清孔→测量孔底沉渣厚度→灌注混凝土→成桩验收。

4.2 碎石回填土区域冲击成孔工艺参数试验

根据本工程特点，对大碎石回填土区域冲孔灌注桩冲击成孔工艺参数进行试验性分析，通过不断调整泥浆比重、选择性地增加黏土和水泥及开孔钻进方式等，确定最适合本项目的冲击成孔工艺参数，具体试验分析情况见表1。

结合现场工艺参数试验和实际情况，桩基冲击成孔采取以下控制措施。

（1）开孔时，应在护筒内加满稠泥浆，回填层较松散、漏浆严重孔段应向孔内填入黏土块（必要时可加入水泥）用小冲程勤冲击开孔钻进，泥浆密度按照1.5考虑。

（2）冲孔时应控制钢丝绳放松量，勤放少放，防止钢绳放松过多减少冲程放松过少不能有效冲击，形成“打空锤”。

（3）在回填层，强风化层冲程宜为1～2 m，冲击频率可选15～20次/min;在基岩冲击时，宜采用高冲程为2.0～3.0 m，冲击频率可选10～14次/min。

（4）遇回填大孤石时，用高冲程猛冲，或者用高、低冲程交替冲击，防止发生孔斜及卡钻。

（5）每次停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程，以免卡钻。

（6）发生孔斜、梅花孔、缩径等事故时，应立即停钻，测量事故孔深位置，用碎石块回填至事故位置以上1 m左右，往复低冲程冲击纠斜，重新冲孔[3]。

4.3 终孔验收

在施工过程中，准确判断桩身全断面入岩深度是保证桩承载力的关键环节之一，主要从以下4个方面进行综合判断。

（1）桩基冲孔施工嵌入基岩时记录入岩标高，结合详勘报告的基岩面综合判断。

（2）查阅并分析冲孔施工记录，正确计算基岩进尺速度，将进尺速度控制在0.1～0.2 m/h进入全岩层。

（3）冲进过程中要观察孔口钢丝绳的垂直与摆动情况，桩端全断面进入基岩时钢丝绳垂直、摆动不明显，并且在锤头触底时出现轻微反弹且较平时反弹无偏离。

（4）使用细目筛网捞取岩渣，岩屑含量为50%～70%且含泥量、含砂量小于4%。

4.4 清孔

（1）第一次清孔：钻孔达到设计深度后，采用正循环进行第一次清孔。把孔底沉渣清干净（在打测量锤时手感到底部是岩层，表明底部沉渣已干净），同时测出此时孔底标高（即为无沉渣孔底标高），并且保证孔口排出泥浆相对密度为1.18～1.22（泥浆密度采用泥浆密度计测出），含砂率<4%，漏斗黏度为17～20 s。

（2）第二次清孔：第一次清孔后提钻，下入钢筋笼、导管，利用导管进行第二次清孔，第二次清孔后打测量锤，测出孔底标高，第二次清孔后孔底标高减去第一次清孔后测出的孔底标高差值即孔底沉渣厚度。当孔底沉渣厚度<5 cm，泥浆相对密度≤1.20，漏斗黏度为17～20 s，含砂率<4%，即可停止清孔作业，准备灌注砼。

（3）二次清孔结束后，应在2 h内灌注混凝土。如果2 h内未能灌注混凝土，应测量孔底沉渣，若孔底沉渣大于5 cm，则应重新清孔。

4.5 砼灌注

（1）砼灌注前放好隔水塞，上压盖板，导管底口距孔底0.3～0.5 m。灌注前须检查砼的和易性，要求坍落度为180～220 mm方可灌注，砼初灌量应满足导管初次埋置深度不小于1 m的要求。

（2）砼灌注必须连续进行。灌注过程中要经常探测混凝土面高度，适当拆卸导管，埋管深度以2～6 m为宜。一次提管拆管不得超过5 m，严禁将导管拔出混凝土面。

（3）控制砼的灌注量，用取样器或测锤确认灌注高度，使灌注的桩顶标高比设计标高高出约1 m。

5 碎石回填土区域灌注桩质量控制要点

5.1 塌孔和漏浆控制措施

（1）桩基冲孔施工先在护筒内加满稠泥浆（泥浆相对密度为1.40～1.50），回填层较松散漏浆严重孔段向孔内填入黏土块（必要时可加入水泥）用小冲程、勤冲击开孔钻进。

（2）回填层桩基冲孔施工冲程宜为1～2 m。

（3）出现漏浆应马上提锤，防止因塌方而埋锤，同时将黏性土掺混片石投入孔中，漏浆严重时在加入黏土的同时加入适量的水泥，低锤冲击，使黏土块、水泥、片石挤入孔壁成孔，视漏浆程度反复抛填并进行冲击，直到不漏为止。孔内回填不漏浆后，不应立即施工，要等3～4 h后再施工，以利于泥浆的护壁。

（4）遇到回填层大孤石时，用高冲程猛冲，或者用高、低冲程交替冲击，防止发生孔斜及卡钻[4]。

5.2 偏孔

（1）严格校核桩机定位，在冲孔过程应经常校核冲锤中心位置，发现偏移应及时纠正冲锤中心位置，若偏位过大应填入黏土球并进行修孔，确保孔位正确。严格控制孔径，确保孔径误差在±50 mm内，以免钢筋笼放入孔中偏向一侧而发生桩位偏位。

（2）发生孔斜、偏孔事故时，应立即停钻，测量事故孔深位置，用碎石块回填至事故位置以上2 m左右，找平孔底、保持孔底硬度相对均匀，然后反复低冲程冲击纠斜，重新冲孔。

（3）若回填片石和黏土處理效果不理想，可先掏渣清孔，再将混凝土（C20以上）向孔内灌注封底，将倾斜的基岩面灌注找平。灌注标高一般可控制在2～3倍桩径且不小于1.0 m，待强度达到一定程度后再继续钻进成孔。

（4）若桩基冲孔至基岩斜面出现偏孔，回填重新冲孔调整效果不理想，可适当调整钻头直径，采用大直径钻头冲孔施工，调整偏位。

5.3 桩基承载力检测结果

桩基施工完成后对桩基进行承载力检测，根据福建省建筑工程质量检测中心有限公司出具的检测报告显示：本工程合计101根桩基，采用低应变法检测桩基完整性，检测结论为Ⅰ类桩89根，占比为88.1%;Ⅱ类桩12根，占比为11.9%。采用钻芯法检测桩基承载力，检测桩基数量10根，检测结论为8根桩基为Ⅰ类桩，桩底沉渣厚度、桩端持力层性状、桩身砼强度代表值均满足设计要求;2根为Ⅱ类桩，桩身砼强度代表值满足设计要求。廊道桩基承载力检测结果为合格，满足要求。

6 结论

综上所述，通过福清核电碎石回填层冲孔灌注桩施工技术研究与探讨可知，临时回填土区域冲孔灌注桩施工中应事先严格控制回填质量，分层夯实，并且不得采用软土、冻土及粒径大于200 mm的碎石土回填。桩基冲孔施工过程中应采取提高泥浆比重、增加黏土块或者水泥，采用小冲程、勤冲击开孔钻进方式等技术控制措施，可以减少出现漏浆、塌孔等质量问题，确保大碎石回填土区域冲孔灌注桩的施工质量满足要求。

参 考 文 献

[1]苏稳.浅谈岩溶地区冲孔灌注桩的常见问题及控制对策[J].福建建材，2015（3）：49-50.

[2]王粯云，肖绪文.建筑施工手册[M].第5版.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].

[4]JGJ 106—2014，建筑基桩检测技术规范[S].