冲孔灌注桩在复杂土质工程中的应用

■林 泓 ■福建省二建建设集团有限公司，福建 福州 350000

1 工程概况

本工程为钢筋砼剪力墙结构办公楼。共565 根桩.桩直径1 米(部分1.2 米)，长为20～46 米)，C40 冲孔灌注桩，入岩深度1.5m(部分2m)。

2 复杂土质的处理

地勘报告表明，该工程土质复杂(黏土、粉土、中砂、斜坡岩、原路基回填的片石、杂填土、淤泥)。有较多不均匀、散乱的斜坡岩;个别桩深46 米才到持力岩;还有3 排桩处在原路基上(而该路基约有3 米深的片石回填)，冲孔时受振动影响，泥浆会顺着原路基回填的条状片石的间隙渗漏，造成泥浆不能起到护壁作用，时常出现塌孔，造成施工困难。经专家研究最后确定采取一边冲孔、一边钢护筒跟进(钢护筒直下到原路基回填片石层以下1 米深处，外露出地坪0.5m)的做法，使原路基回填片石范围不渗漏泥浆。并且持续向孔中投放黏土膏或澎润土(掺片石或卵石)，定期监控泥浆的粘度和比重等指标，确保水头压力值。效果较好。

而冲孔灌注桩的特点刚好适应了本工程复杂的土质:除了能对风化岩、碎石穿透。还可在清除较大障碍物(如:孤石、旧基础)时，无须大型机械、大面积开挖或单独处理，避免因为清障大开挖造成环境影响、场地占用，节约成本。

3 施工技术与工艺流程

(1)流程:平整场地→测量定位核样、护筒埋设以及浆池和浆沟的挖掘→桩机定位并校准轴线位置→冲孔成桩(泥浆循环、以及废渣处置)→孔深探测、首次清孔(换浆)、验收→下放(预制好的)钢筋笼→导管就位→第二次清孔之后，测沉渣最终的厚度→水下砼浇筑

(2)定位、护筒、桩机就位、冲孔:

图1 护筒埋设图

控制护筒垂直度、桩位中线偏差。护筒内径比桩径大200mm，上部2 个溢浆孔:埋深大约为1.3～1.5 米。冲程高度要按土层不同而作调整。每进2m 深后，必须要复查成孔的垂直度。。如果有发现塌孔、斜孔等异常现象，必须停机采取校正措施，才能继续施工。施工时，还要参照勘测数据来判定土性。

4 倾斜岩体的处理

倾斜岩面探测困难，(超前钻、物探均无法准确地探明)，只有施工中判断(一般根据钢绳垂直度判定)。有两类处理方法:第一类是借助桩锤的冲击力，冲平斜岩面(比如:扫孔、密集钻孔后填平石料，再反复冲进)。第二类是借助外力(比如:静力爆破、动力爆破)。

4.1 扫孔法

用于不大的孤石、探头石引起的偏孔或因为操作的原因(如桩机偏位、沉陷)，引起的偏差相对比较小的孔。安全简便，缺点是效率低、钢丝绳和桩锤损耗都很大(常查看并及时更换)、纠偏时容易使桩机偏离位置(按时复测定位轴线、钢丝绳垂直度)

4.2 填充石料，击实，反复冲进

遇到偏孔较大、偏孔区较深的情况。应用填充石料并击实，然后反复冲进的方法。该方法适用岩面倾斜角度不大的情况。安全简便;缺点是效率低(反复冲进有时次数需要10 多次，耗时较长)。

(1)首先定出斜岩所处位置、标高(包括最低点和最高点标高)。(2)采用石料填充斜岩的高低差，并高出斜岩最高点500mm 左右。(用体积较大厚约15～30mm 的块石，填石的硬度、强度应比偏孔位置岩层的硬度、强度高，并掺加点粘土)。(3)然后，先用较小的冲程低锤密击、初步夯实填料，促使小块石和岩面构成平整的平面，并测控垂直度、进深。(4)最后改用较大的冲程(配合梅花锤)高锤重击，使填充石和斜岩一起被冲碎。反复重复，一直到偏孔被完全修复。(5)若再次发生偏孔或进深急剧增大(说明填石在快速下陷并且填充底部空隙，或被挤入孔底部的软弱位置)。这时要及时补填足够的石料，并用较小的冲程低锤密击，(6)如果经反复回填处理还是偏孔，可用导管灌填砼(此法适合较浅处)并要覆盖斜岩的最高顶处。然后先用粘土回填.待砼的强度高于斜岩的强度，再重新冲孔。

4.3 钻孔，填平石料，击实，重复冲进

先在斜岩上钻孔(破坏其整体性)，再填平石料，反复冲进，以修正偏孔。比单纯填平石料后击实效率高。缺点是:受限于钻机性能。所以不适合比较深的位置(因为较深时，钻进的效率低而且垂直度不好控制)。且重复冲进容易卡锤(一般在岩层脆性较小之处。卡锤处理方法:卸下钢丝绳(连同桩锤)，换上新锤，反复冲击被岩石所卡住的旧锤，直到松脱(1)先测定出斜岩位置、最高及最低点(2)布孔设计:梅花点阵状孔，只需要布设距最高处3/4 水平投影面积的部分。孔间距、排距的设计取决于斜岩的坚硬度。并将测定数据值以及布孔位置绘制，形成资料。(3)架设钻机、工作台(定位并调垂直。钻孔时要暂停循环泥浆(防孔内沉渣太厚)。钻机一般配有空压机吹渣，不必清孔。(4)钻到斜岩最低标高。孔净距一般7～14cm。(5)钻孔之后，用石料填平、小冲程击实，反复冲进。

4.4 水下局部爆破、静爆法

图2 桩孔爆破防护示意

爆破、静爆法先用爆破力使斜岩爆裂，然后石料填平、小冲程击实，反复冲进。效率较高，爆破法缺点:审批繁琐、存在塌孔可能、爆破时上部要有可靠的防护，人员要撤离现场。所以上部土的稳定性要好。而静爆法(使用膨胀剂)安全不需审批，但施工复杂、且精度高。这两种一般在斜岩倾角大、岩层厚情况下使用。

5 缩颈原因和预防、处理

5.1 缩颈原因

(1)地质方面的原因:本工程缩颈多位于12～18 米附近。地勘分析和取样发现此高度多是砂、淤泥。(2)成孔验收放置过久，未及时灌注。而泥浆又无法长期支撑土的侧压力。(3)桩孔相互之间的扰动，以及周围的土(及地面附加压力)对桩身产生压力。(4)地下水压力。

5.2 缩颈预防、处理方法

(1)将原钻头加大50mm。(2)保持足够的泥浆比重，以增强对孔壁的撑力。(3)查清楚承压水的源头位置:采用孔外引流、孔外断水、截水，或坑内加设护筒，以隔离止水的作用。(4)成桩后发现有缩颈的:缩颈较浅的可以重新开挖，制定补救措施并且审批齐全;缩颈较深、且严重缩颈的，则只有请原设计单位进行补桩设计。

6 塌孔原因、预防、处理

6.1 塌孔原因、预防

(1)地质因素。比如在本工程中，由于地下有原路基所回填的条状片石，而泥浆会顺着片石的间隙渗漏，造成水头压力不够大。故本工程采取一边冲孔一边钢护筒跟进的办法。(2)在流砂和松散沙层时，不应当进尺过快、或停在一处空转。(3)钻头、钢筋笼上下时小心，不要碰撞孔壁。(4)护筒:要固定好，深度应足够，且四周用粘土封密防漏浆。(5)监测泥浆水位;钻进参数和泥浆参数应根据地质情况，加浆应及时并且控制泥浆比重。遇流砂、松散土应适当提高泥浆比重，使承压水不低于孔壁水压，并配设应急设备。(6)防止串孔:孔距太短时，应适当延长两相邻桩的施工间歇时间。(7)不当的冲程也是塌孔的原因:冲程取决于土质及冲击目的。比如本工程的斜岩面会引起钻头易摆动、撞孔壁，(斜角较小时)要首先采用小冲程冲平，然后用正常冲程;另外在本工程中，因为原路基回填片石与自然土两者之间软硬不一致，使得冲击有困难。为了保持钻头能够平稳工作，可以间歇地抛入片石(土质差异较大处)并保证水位，并且先用低冲程使其挤入松土层和孔壁，待平稳后再使用正常冲程。(4)终孔验收后，要尽快进行后续作业。

6.2 塌孔的处理

(1)轻微坍孔时:只须泥浆密度加大、并提高水位。(2)较浅坍孔时:用优质的粘土膏、澎润土(掺片石、卵石)填到高于坍孔顶部以上1m 位置，等其沉实、孔壁稳定之后，低锤冲击，强行使其挤入孔壁。(3)对于已严重坍塌的废孔:只好回填填料，然后钻机就位平稳，重新打孔(检查护筒不发生移动，护筒要穿越不良土层)。

7 结束语

在本工程施工中，还出现局部桩体超灌。超灌主要的原因:孔壁松散的砂层经由泥浆循环而不断地被带出，形成孔洞增大。超灌本身不影响质量，故可以直接浇捣砼。但如果超灌成本太高，则在放钢筋笼前，在钢筋笼的保护层的外面(注意要保证保护层的厚度)包一层密目铁丝网(也可再覆盖彩条布、护筒)。

［1］刘政治.嵌岩钻孔灌注桩入岩判断［J］.施工技术，2009(S1).

［3］曾桂生，李得超.岩溶地区冲孔灌注桩主要施工处理方法［J］.湖南水利水电.2010(5).