桩基冲击成孔的施工工艺分析

叶样清 杨 咏

（江西省地矿局九一二大队路桥公司，江西 鹰潭 335000）

1 前言

冲击钻成孔施工，利用桩机动力装置将具有一定重量的冲击钻头，在一定的高度内使钻头提升，然后突然使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，再用掏渣筒或其他方法将钻渣岩屑排出，每次冲击之后，冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下转动一定的角度，从而使桩孔得到规则的圆形断面。本文对桩基冲击成孔的施工工艺作一分析。

2 冲击成孔的特点

岩土在冲击锤的高速加载作用下，不易产生塑性变形，主要表现为脆性增加，瞬时产生很大的接触应力，有利于岩土裂隙的扩展，形成大体积破碎。桩基冲击成孔具有如下几个特点。

①施工时受地质条件影响较小，能有效地钻进基岩和砂卵石地层，因此可根据设计承载力的大小调整进入基岩深度满足结构荷载要求。②在含有较大卵砾石层、漂砾石层中施工成孔效率较高。③钻进时孔内泥浆循环的作用，使得悬浮钻渣循环至地面排除，并保持了孔壁稳定，泥浆用量少。④设备简单操作方便，钻进参数容易掌握，设备移动方便，对钻具磨损小并且易于维护和保养，机械故障少。⑤冲进过程中，只有提升钻具时才需要动力，钻具自由下落冲击是不消耗动力的，能耗小。和回转钻相比，当设备功率相同时，冲击钻能施工较大直径的桩孔。

该方法存在着成孔速度相对较慢和施工噪声污染的缺点在一定程度上限制了该工艺的应用范围。

3 桩基冲击成孔的施工工艺

3.1 测量放线、确定桩位

桩位放样须经有关部门验收合格后方能进行开孔施工。根据甲方提供的水准点，采用水准仪做好施工中的高程控制，确保各桩底标高正确。

3.2 埋设护筒

钢护筒内径应比桩径大200mm～400mm,采用挖埋法，护筒底部及四周用粘土填实，护筒的顶端高程，高出地下水位或孔外水位5m，同时满足高出地面0.3m。护筒的底端埋里深度1m-1.5m，并在顶部焊加强筋和吊耳，开出浆口。钻进过程中要经常检查护筒是否发生偏移和下沉，并及时处理。

3.3 钻机定位

在钻机就位前，对埋设护筒的位置、深度和垂直度进行复核，以确保桩位的准确性；钻机就位后，底座和顶端应平稳，不得产生位移和沉陷，对较软土质采用袋装砂砾土填平，上铺双层枕木的方法。钻机钻锤中心和钢护筒中心位置偏差不得大于2cm。

3.4 钻孔

开始钻孔时，加清水在护筒内打浆采用小冲程，待泥浆均匀后方开始钻进。进尺要适当控制，对护筒底部要慢速钻进，使底脚处有坚固的泥皮护壁。钻至护筒底部1m后可按土质情况以正常速度钻进。钻进过程中注意土层变化，每进尺2m或在土层变化处必须捞取清渣样判断土层，记入钻孔记录表并与地质柱状图核对。

钻孔过程中，始终保持孔内水位高出地下水位或河中水位1.5m～2.0m。同时钻孔的桩与新浇筑完的桩距离不小于5m且在桩距间5m内的任何混凝土灌注桩完成后2小时后，才能开始钻孔，以避免干扰邻桩混凝土的凝固。冲程应根据土层情况确定，在通过坚硬密实的砂石时采用高冲程(4m～5m),粘土层圆砾石土层采用低冲程。在砾层或松散的卵石夹土层时采用小冲程 (1m～2m)，并相应提高泥浆的粘度和相对密度。

换浆除渣或其他原因停止钻时，钻头必须提出孔口外，再次开钻时应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。须按时除渣，直到泥浆内含渣量显著减少，无粗颗粒为止。

3.5 清孔

成孔达到设计标高，孔底地质情况符合规范和设计要求后，清除孔底沉渣，经技术员自检合格后及时通知现场监理工程师及业主验收，报验合格后应及时终孔。但是孔桩不能停止泥浆对孔内的循环工作，否则将造成严重的孔内坍塌，从而造成对清理工作结束后的孔桩进行再次回填粘土、冲击、调制泥浆进行对孔内循环。清孔处理的目的是使孔底厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢厚度符合质量要求或设计要求，也为灌注混凝土创造良好的条件。

3.6 钢筋笼吊装

钢筋笼吊装时对准孔位，尽量竖直轻放、慢放，遇障碍物可慢起慢落和正反旋转使之下落，无效时立即停止下落，查明原因后再安装。不允许高起猛落，强行下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。入孔后牢固定位，容许偏差不大于5cm，并使钢筋笼处于悬吊状态。钢筋笼下至设计标高后，校正其中心位置，采取孔口固定措施，防止灌注混凝土过程中偏移。

3.7 验孔

灌注桩孔用泥浆循环清除孔底沉渣，钢筋笼安装后再次检查孔底沉渣,采用灌注导管进行二次清孔，直至符合规范及设计要求(孔底沉渣厚底≤50mm)，并经甲方、地勘、设计、现场监理工程师验收合格后及时进行混凝土浇灌。

3.8 混凝土浇灌

桩孔采用导管法水下灌注，灌注的混凝土靠自重密实。灌注前须正确安装导管，进行二次清孔，且导管的平直度和密封性须符合要求；配制的混凝土坍落度18cm～22cm，和易性好；为确保初灌量，混凝土用泵送至大储量漏斗进行初灌，灌注过程中控制好埋管的深度，严禁导管拔离混凝土面；为保证桩体浇注质量,砼填心量应大于实际工作量，灌注预留浮浆厚度≥0.5m。

4 施工中常见问题及解决措施

采用冲击成孔灌注桩进行地基处理过程中，由于施工方法存在差异，往往会产生各种质量事故。经实践总结，易发生的质量事故主要有以下几种情况。

4.1 斜孔、弯孔

在施工冲击成孔灌注桩时，有时施工人员为加快施工进度，加大冲击速度，致使冲击锤向岩土中软弱方向滑移，形成斜孔。若在遇竖向型不规则洞隙的位置冲击时,易沿洞隙发育位置形成弯孔。

预防措施：在对基岩冲击时，特别要注意场区各地段的基岩埋深，石芽、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙、溶洞等发育特征；放慢冲击速度，改变冲击频率，用低频率低落距冲击。

处理措施:对单个石芽或孤石，用预爆或者高低冲程交替冲击，将石芽或孤石击碎或挤入孔壁；对溶沟、溶槽，向桩孔内抛填块石、片石，填入的块石、片石应高于倾斜面0.5m以上，用低冲程冲击，将块石、片石挤入溶沟、溶槽内，冲击锤全断面进入岩体后，再进行正常冲击；如仍未能纠正斜孔、弯孔，用低标号混凝土灌填，待混凝土达到一定强度后，再进行冲击，直到孔位纠正为止。

4.2 塌孔

施工过程中，塌孔易使桩孔报废，给施工带来极大的困难。其产生原因主要是:在饱和粘性土及砾砂层中冲击时，泥浆比重不够，泥浆质量达不到要求，不能保证孔壁稳定性；孔内水头高度不够或存在承压水，形成静水压力；冲击锤撞击孔壁或钢筋笼下放时撞击孔壁；由于掏渣后未及时补充泥浆，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。

预防措施：根据不同地层，选配相应的泥浆；严格按规范及相关工艺要求进行施工，并经常注意孔内泥浆高度，并监控泥浆质量。

处理措施：在饱和粘性土及砾砂层中冲击时，应控制冲击速度，选用较大比重、粘度、胶体率的泥浆。或投入粘土块、块石、卵石，低锤冲击，使泥浆浓度增大，将块石、片石挤入孔壁增强护壁强度；若孔口坍塌时，应立即拆除护筒并回填桩孔，重新埋设；若发生孔内坍塌，判明坍塌位置,回填砂和粘土到塌孔位置以上1m～2m，如果塌孔严重，应全部回填至孔口，再重新冲击；吊入钢筋笼时应对准孔心竖直插入；清孔时应保证孔内水头高度，并保证泥浆质量，清孔完成后，应立即进行下道工序；严格控制冲程高度和清除孔内石芽或孤石时的炸药用量。

4.3 卡钻

造成卡钻的主要原因有：由于溶沟、溶槽岩面倾斜，顶板厚度不均，钻孔时容易出现偏孔，需要频繁纠偏，以致贯穿钻孔全过程，纠偏过程最容易出现卡钻；钻头转向装置不灵活而卡钻；冲穿溶洞顶板过程太快或钻头转向不灵活致使钻孔不圆顺，形成梅花孔，造成提钻受阻卡钻等。

卡钻的预防与处理措施：经常检查钻具、钢丝绳及钻头的磨损程度，消除事故隐患；溶沟、溶槽岩面不规则，倾斜角度较大且已下护筒时，易发生护筒底部卡钻现象，应回填高出护筒底0.5m的小块石后,采用“重锤轻打”法钻进，并适当减缓钻进速度；卡钻后若钻头可以上下活动，利用钻机上下提动钻头，并用撬棍拨动大绳使钻头旋转，反复多次，一般可提出钻头。

5 结束语

冲击成孔技术在桥梁桩基础施工中已被广泛应用，尤其在地质复杂，嵌岩深度较深的桩基中，优势明显。当在具体施工时，应注意处理好钻碴过厚，影响钻进；水上平台的稳定性，减小扩孔率；冲击振动对周边桩基的影响或造成坍孔等问题。

[1]李世京，等.钻孔灌注桩施工技术[M].北京：地质出版社，1990.