浅析冲击成孔灌注桩充盈系数的影响因素及处理办法

陈 博 王 洋 徐旭东 刘国栋

（1、中国葛洲坝集团房地产开发有限公司，湖北 武汉 430000 2、长江三峡勘测研究院有限公司（武汉），湖北 武汉 430000）

锦绣星城项目位于夷陵区老砂石厂地块，该项目占地面积76735.76平方米，主要为新建高层住宅楼和商住楼，总建筑面积24.541万平方米，目前正在进行施工。

1 本工程地质的岩土层自上而下分述如下：

①②③④⑤填土（Qml），灰褐、灰黑色，稍湿-湿，稍密，主要由卵石、漂石、粉质粘土团块、粉砂土组成，含少量建筑垃圾、砼块石等，层厚1.7~5.7m。

①-1，填土（Qml），灰黑－黄褐色，湿－饱和，松散。主要成分为淤泥质粉质粘土，夹少量砾卵石，层厚0.0~1.6m。

②粉质粘土层（Q4al），褐色、灰黄色，湿－很湿，可塑状态，夹薄层粉土条带。粉质粘土成分以粉粒、粘粒为主，无摇振反应，韧性及干强度较高，层厚0.0~2.9m。

③中粗砂层（Q4al），灰黄色，灰褐色，湿~饱和，稍密，以中砂为主，上部夹少量细砂，下部夹粗砂、砾石及卵石，层厚0.6~6.5m。

④卵石层（Q4al），灰褐色，饱和，中密，以卵石为主，含少量砾石及漂石。其中卵石含量大于70%，主要成分为微风化石英岩、石英砂岩及花岗岩，次棱角-次圆状，层厚1.2~6.9m。

⑤-1强风化砂岩（K1w），灰红色，岩体结构已大部分破坏，矿物成分风化严重，裂隙发育，岩芯多呈碎块状、薄饼状，岩体较破碎，碎屑结构，泥质胶结，中厚－厚层状构造，层厚0.5~1.1m。

⑤-2中风化砂岩（K1w），灰红、灰褐、灰白色，局部夹少量薄层紫红色泥岩及灰白色砾岩。砂岩造岩矿物以石英、长石及粘土为主，碎屑结构，钙质胶结，中厚－厚层状构造。岩体结构部分破坏，风化裂隙不发育。

设计采用钻孔灌注桩基础，一期共有工程桩529根，采用反循环工艺施工。桩深范围内局部有原老砂石厂遗留下来的混凝土廊道基础，并且砂土层较厚。桩径为600mm,单桩竖向承载力Ra为1900KN，桩端土层为⑤-2层中风化岩层，桩顶设计相对标高-3.85m。桩身混凝土为C30商品混凝土，由于浇筑时为水下浇筑，实际施工时其配料按高一等级进行配料，坍落度为180mm~200mm，充盈系数控制在1.05~1.25之间，桩的主筋保护层为50mm,桩身混凝土实际灌注高度应比设计标高高1m，但不高出地面，桩顶伸入承台100mm，桩穿越中粗砂层和卵石层，土的结构性差，施工时应做好泥浆护壁工作，严格按照设计和规范要求进行清孔措施，控制孔底沉渣在规定的范围内，灌注时应注意拔管速率，防止出现缩径、断桩等质量问题，合理安排工序，防止对周边的桩产生不良影响。

锦绣星城由中国葛洲坝集团房地产开发有限公司建设，一期钻孔灌注桩自2010年5月15日施工开始，在前期施工的桩均出现充盈系数过大的问题，达到1.6左右，针对此情况，中国葛洲坝集团房地产开发有限公司多次组织监理单位，设计单位，勘察单位，施工单位进行研究讨论，采取了控制打桩进尺、锤击高度，泥浆比控制，桩顶标高控制等措施，有效控制了桩充盈系数。

充盈系数是指灌注桩施工时实际混凝土浇筑体积与理论混凝土浇筑量的比值，根据规范《JGJ4-80》要求，灌注桩的充盈系数不得小于1，一般土质为1.1，软土为1.2~1.3。在保证设计桩长与桩身直径的情况下，充盈系数控制越合理，混凝土浪费越少，经济效益也就越高。因此，在灌注桩施工时，如何有效的控制充盈系数，从而提高经济效益是一个值得探讨的问题。

2 钻头直径选取

由于采用的是冲击钻孔灌注桩，在成桩钻孔的过程中，在钻头的不断冲击下，孔壁的泥土不断坍塌，造成实际成孔孔径比桩头大几公分左右，钻头直径大小直接影响成孔孔径，选用适当的钻头直径，避免成孔孔径超过设计桩径，是控制充盈系数的一个重要因素。在2010年6月9日，现场各方对100#桩进行了监控，在使用600mm直径桩头时，打桩过程中孔深5米内直径为620mm左右。对此，本项目钻孔灌注桩后期施工中选用的钻头直径比设计桩径小2cm,施工中钢筋笼（上加预制垫块以保证保护层厚度）下放顺利，证明所选用的钻头能有效地保证设计桩径，同时避免了孔径超大造成混凝土浪费。

3 泥浆护壁厚度控制

泥浆护壁钻孔灌注桩施工中，在保证正常进尺速度及防塌孔、堵漏要求的前提下，泥浆的稠度偏稀将使泥浆护壁厚度偏薄，而使成孔孔径相对加大，混凝土浇筑量相对增加。施工现场的土达不到造浆效果，为此锦绣星城项目采用鸦鹊岭的高岭土，造浆效果好，稠度大，保证了泥浆护壁的效果。

4 根据岩层调整施工工艺

4.1 硬岩层处理

施工中遇到较硬的岩层时容易发生钻杆晃动，造成成孔孔径偏大，或钻杆偏斜造成桩孔倾斜，桩长加大，从而使混凝土浇筑量增加，充盈系数加大。钻孔过程中钻机操作人员要注意进尺情况，如出现钻杆晃动，跳动，进尺困难等情况，则可判断遇到较硬岩层。此时钻机操作人员应适当放慢转速以减少钻杆振动，待钻过硬质岩层后再恢复正常进尺。同时增加垂直度检测频率（正常情况下每2m检测一次，遇硬质岩层可1m左右检测一次），以便及时进行调整，避免孔径倾斜造成桩身超过设计长度。

4.2 卵石或流动性土层处理

钻孔过程中遇到卵石或流动性土层，产生局部塌孔，从而造成局部桩径增大，增加混凝土浇筑量。钻孔过程钻机操作人员应加强对出渣的观察，如发现进入卵石层或其他流动性大，易坍塌的土层时，应加大护壁泥浆的稠度，同时减小进尺速度，待穿过该层后再恢复正常进尺，可有效避免局部塌孔。由于锦绣星城位于黄柏河和罗河之间，地下水丰富，在局部地段存在暗沟，在施工过程中遇到桩孔垮塌严重，无法成孔，对此我们采用更换桩头类型，加大泥浆护壁和深埋护筒施工方案，先开挖2～3m埋设1cm厚、3m长钢护筒，然后边进行打孔边下钢护筒，依次分别下2m和1m钢护筒，共计6m。冲孔时，采用小范围分部高压灌入水泥浆，使周围形成固结。在采用高岭土护壁方法一定要保证高岭土不断填入并加入适量粒径较大的碎石。灌注混凝土完成后，拔出护筒。采用此方案后，桩基施工得以顺利进行，满足了过程进度要求。由于上部6m使用了护筒护壁，桩身摩擦力减小，经同济院复核，将桩长进入持力层长度增加一米，以满足桩基承载力要求。

5 桩顶标高及超灌长度控制不准，造成混凝土超灌量过大

为了保证有效桩长，去除桩顶浮浆的影响，一般灌注桩设计中均会规定桩顶允许超灌长度。锦绣星城项目设计规定允许超灌长度为1m。施工中采用了下述方法，从而有效的避免了超灌过大造成的浪费：

标高测量。测量混凝土护筒表面标高，并明确该标高与理论桩顶标高的关系，通知现场操作人员，在浇筑时用以控制浇筑高度。

浇筑高度控制。混凝土浇筑时，现场人员用测探铅锤随时检查浇筑标高，以便及时了解浇灌顶标高情况，从而控制超灌长度。

除了以上几种主要原因外，钻机操作人员的专业水平、材料计划的控制等都对充盈系数有一定的影响，在冲击成孔灌注桩施工时均应加以重视。

[1]郝艳霞，金志刚.灌柱桩的造孔与浇筑[J].黑龙江水利科技，2005，09，10.