冲击成孔灌注桩施工应用技术

冲击成孔灌注桩施工应用技术

邓伟

邓伟

（贵州建工集团第三建筑工程有限责任公司，贵州，贵阳，550002）

【摘要】由于贵州省独特的喀斯特地貌特征，使得本地区的桩基工程，从设计到施工长期习惯于采用人工挖孔灌注桩，人工挖孔灌注桩,成孔机具简单，便于验证成孔质量等优点，深受广大设计、施工人员所青睐，但对于淤泥、泥岩土（草炭）、淤泥质粘土等软弱土层及地下水高的地层其局限性就显得较为突出，此时施工安全隐患大，处理费用高。为解决此类复杂地质条件桩基施工问题，我公司以自身实践为例，将冲击成孔灌注桩施工工艺中在我司的应用情况进行总结、供大家探讨。

【关键词】冲击成孔；灌注桩；施工应用

1．冲击成孔工艺原理

1.1冲击成孔工作原理

在有泥浆保护孔壁稳定的条件下，采用冲击式钻机或卷扬机带动一定重量的冲击锤，使冲击锤提升到一定高度，然后突然释放冲击锤，利用冲击动能反复击打孔位土层或破坏孔位岩层，冲击中部份碎渣被挤入孔侧壁，其余通过泥浆泵作进行置换、运输，从而完成复杂地质条件下孔桩的成孔工作。

1.2泥浆护壁原理

在桩孔内注入适量密度比重的泥浆或通过冲击桩位原生粘性土并适量注水而制成相对密度在1.2～1.5的泥浆，泥浆在孔内会对孔壁产生一定的静水压力，（在不抽水条件下）可抵抗作用在孔壁上的侧向土压力和水压力，相当于一种液体支撑，可防止孔壁塌坍和剥落，为完成孔深进尺施工提供保障。

1.3泥浆携渣的作用原理

泥浆本身具有一定的粘度和包裹性，它能将孔内因冲锤冲击、扰动而产生的土、石渣悬浮起来，并通过泥浆循环泵置换出桩孔外，完成运土、清渣的任务。

2．施工工艺流程及操作要点

2.1工艺流程

冲击成孔灌注桩施工工艺：场地平整→桩位放样、定位→冲孔机就位→冲锤对中检查→钢护筒埋设→冲击成孔（泥浆制备、泥浆比重检查、置换）→复核孔深是否满足设计、地勘要求→沉渣置换、泥浆检查→检测沉渣厚度→成孔验收→下钢筋笼、导管连接→泥浆置换、比重复查→检测沉渣厚度→砼初灌→测量已灌砼深度→灌注砼→再次测量砼灌注深度→继续灌注砼→完成本孔作业→下一孔桩放样、埋设护筒。

2.2操作要点

2.2.1成孔技术控制要点

（1）冲孔机具就位应平整垂直，机具的平整、垂直度将直接影响冲锤缆绳的垂直度，从而影响冲锤在下击过程中的垂直度，影响基桩的成孔垂直度，在成孔过程中要随时检查机具的平整垂直度是否满足要求？是否要进行校正？

（2）护筒埋设应牢固并保持垂直，护筒的埋设也可通过冲锤击打完成，该项埋设工作完成后应校核护筒中心线。护筒需有一定埋设深度，在粘性土中不宜小于1m，在砂土中不宜小于1.5m，并保持孔内泥浆面高于地下水水位。在成孔起始阶段，宜采用低低锤密击方式，锤高0.4m-0.6m，并及时加石块或粘土，形成泥浆液面并使孔壁受到向外挤压，提高孔壁稳定性，直至孔深达钢护壁下3-4m（或穿过砂砾层）后，才加快速度，加大冲程，将锤提高到1.5m-2m以上，转入正常连续冲击程序。

（3）护壁泥浆的制作与沉渣清孔宜优先选用泥浆循环泵进行泥浆置换，在成孔过程中泥浆的相对密度宜控制在1.15～1.45；清孔后在砼浇灌过程中泥浆的相对密度宜控制在1.05～1.25（稠度过稀，塌孔造成砼无法挤压置换；稠度过大，砼挤压置换困难）。

（4）冲击钻成孔冲锤的重量，一般按其冲孔直径每100mm取100-140kg冲锤质量为宜，冲击频率为40-48次/min为宜。

（5）成孔过程中应注意浆液面与孔口标高差的变化情况，若液面突然显著下沉或缓慢下沉则意味着成孔过程中孔侧或孔底出现溶洞或裂隙，泥浆顺溶洞或裂隙走浆，此时为保证孔壁处于液面保护下，不产生塌孔现象，应加填白粘土或毛石嵌填裂隙或溶洞，保证成孔质量，若在补填后，仍无法阻击泥浆液面明显下降则需用钢护壁直接下下冲，形成钢护壁阻挡周边大溶洞对成孔的影响或用水泥固壁，上述措施对浇筑砼，砼质量保证有明显效果。

（6）成孔过程中应随时观察成孔的推进状况，观察是否有异常情况发生。仔细核对随着桩孔进尺深度的增加而产生的地质情况的改变是否与地勘资料提供的数据一致，通过地勘资料与现场实际锤击、出渣情况的相互验证，最终确认持力层位置。若遇半边岩时不得盲目继续施工（将引起严重的偏孔或坍孔），而应根据钢丝绳倾斜方向判明半岩位置。在非岩位置填筑毛石，待填平，落锤钢丝绳无显著偏移时，方可持续冲孔。

（7）当冲孔深度达到设计持力层位置时，用轻锤冲击以达到检平清理基底的目的。等清渣后，用管径25mm-30mm的钢管，用直接连接形成钎杆，以一定的顺序沿孔进行人工触探，通过回弹、触击声音作为基底持力层验证手段。同时冲锤进入中风化全岩段后冲孔进尺速度一般小于10cm/小时。

（8）沉渣厚度控制：当地勘资料与现场实际施工数据、出渣情况相互验证，确认基桩已达持力层位置而现场锤击施工过程中又无异常情况发生时，需进行沉渣厚度（最后两次）检查，第一次在提锤前，第二次在沉放钢筋笼、下导管以后。设计为端承桩时，允许沉渣厚度不得大于50mm。沉渣厚度可用尖、平锤相互验证检测。在用尖、平锤直接检测的同时也可通过检查已清孔桩内部经泥浆泵循环导入引出沟后的泥浆中（嵌岩深度满足设计要求、冲锤停止作业时）是否还含有石渣作为佐证手段（钢丝网漏瓢掏捞检查）。终孔时沟底循环出的石渣也是设计、地勘、施工单位判断持力层的依据之一。

2.2.2水下混凝土浇筑控制要点

（1）水下砼浇注用钢性导管法施工，参见贵州省地方标准《人工挖孔桩灌注桩施工技术规》DB22/11-2000的水下砼灌注桩部份，其基本原理是利用砼拌合物的粘聚性、流动性、保水性及其与泥浆比重的差值通过重力作用，用高坍落（160mm～220mm）的砼拌合物将孔内泥浆置换出来，为保证浇灌砼强度满足设计要求，将在浇灌中砼拌合物与泥浆相接处的50cm～100cm段，可能含有泥浆的砼在砼浇灌完成后凿除。因此，规范规定：水下砼浇注高度应比设计桩顶标高多浇出50cm～100cm。

（2）钢筋定位、第二次沉渣厚度检测，沉渣厚度小于50mm满足施工验收规范时，必须在泥浆、孔壁稳定时间段内（一般应小于6小时）完成水下砼浇灌任务，以防浇捣中因泥浆密度改变而产生坍孔，引起石渣再次沉淀。

（3）开始灌注砼时,应在漏斗底口处设置隔水设施,导管下口至孔底的距离宜控制在250mm～400mm,导管埋入砼中的深度不得小于1m。在砼灌注过程中，应经常检测井孔内砼面位置，根据导管埋深施工需要和导管分节长度及时合理的调整导管埋深，导管的埋深一般不小于2m或者大于6m，当砼拌合物中掺有缓凝剂时，灌注速度较快，导管较坚固并有足够承重能力时，可适当加大埋深，以砼能够流动并将泥浆顶推置出来为准。

3．质量控制：

3.1为避免在护筒埋设好后，因冲锤冲击、碰撞造成护筒倾斜，护筒内径应大于冲锤直径，宜大于100mm，钢板护筒厚度为6-8mm；

3.2冲击钻就位时冲锤重心应对准护筒中心，在钢护筒埋设完毕后应复核冲锤重心，校核护筒中心位置，要求偏差不大于+20mm；

3.3在成孔过程中，每1-2m要检查一次成孔的垂直度情况，如发现偏斜应立即停止冲击，待查明原因，进行偏差修正后方可继续冲击，对于变层和易于发生偏斜的部位，应采用低锤轻击、间断冲击的办法穿过突变地层；

3.4护壁清渣泥浆应定时检查，确保成孔质量和安全，泥浆密度的检测可用波美浓度比重计检测，泥浆的取样应选在距孔底500mm处，不得以孔口取样代替。

3.5由于整个施工过程均处于冲锤孔下作业，基桩底部及基桩侧壁的地质变化情况不易观察（主要参考地勘资料），施工过程控制难度较大，要求较高，问题出现也不易处理，因此要严格按照施工工艺进行实施工，成孔验收时，应检查冲孔作业班组的小班工作记录，并由施工、设计、监理、地勘单位共同复核持力层深度、位置是否符合要求

4．安全措施：

4.1成孔机械操作时应安放平稳，防止成孔作业时突然倾倒，造成人员伤亡或机械设备损坏。

4.2采用泥浆护壁成孔，应根据设备情况。地质条件和孔内情况变化，认真控制泥浆密度、孔内泥浆高度、护筒埋设深度、钻机垂直度、钻进和提钻速度等，以防塌孔，造成机具塌陷事故。

4.3所有成孔设备，电路要架空设置，不得使用不防水的电线或绝缘层的损伤的电线；电闸箱和电动机应有接地装置，加盖防雨罩；电路接头应安全可靠，开关应有保险装置。

4.4混凝土灌注时，装、拆导管人员必须戴安全帽，并注意防止扳手、螺丝掉入桩孔内；拆卸导管时，其上空不得进行其他作业，导管得升后继续浇灌混凝土前，必须检查其是否垫稳或挂牢。

5．应用实例：

工程实例一：六盘水市供电大楼，建筑面积：30396m2，框架结构，地下一层，地上25层，总高96.7m。原设计为人工挖孔灌注桩，桩径为1.0m-2.1m，共计六类，地质条件较差，处于威水复式背斜轴部岩溶盆地，地下水位较高，在实施采取人工挖孔桩施工中，由于大量抽排水引起临近路面开裂，路面沉降现象，由于地下水位较高，又夹有局部泥岩土层，施工难度大，安全隐患大，工期无法保证；在经多方论证后改为冲击成孔灌注桩施工工艺，65个孔桩40天内完成孔到浇筑的全部工序，经质量检测全部合格，现该工程已交付使用，无任何异常情况发生。