基坑支护冲孔灌注桩施工技术

刘亚臣

中国机械工业建设集团有限公司广州分公司，广东 广州 510663

1 冲孔灌注桩原理与优缺点

冲孔灌注桩是一种常见的桩基建造形式，可作为地基的受力桩基承受垂向荷载，也可作为排桩起到支护基坑的作用。其基本工作原理：控制冲击钻机做功悬吊冲击锤上下反复运动，冲击锤头在其自重的作用下冲击硬质土或岩层，致使其破碎，再利用泥浆循环液将孔内沉渣排出形成一口钻孔，最后下入导管，并灌注混凝土形成一个灌注桩。冲孔灌注桩广泛应用于淤泥、填土、粉黏土、砂土、卵砾石、碎石土等多类型地层，其具有设备简单、操作便捷、成孔孔壁稳固、能耗小、单桩承载力大、对环境友好等特点，并且较容易控制成孔孔径和孔深，孔径通常为600 ～2500mm，孔深大于300m，因此被广泛应用于基坑支护。但是，冲孔灌注桩也存在一些缺点，如成孔工艺较复杂、对施工操作要求较高、技术间隔时间较长、冬季施工较困难等。

2 冲孔灌注桩施工工序

基坑支护冲孔灌注桩施工工序主要包括冲击成孔、清孔、检测、混凝土灌注等。冲孔灌注桩施工流程见图1。其中，冲击成孔、钢筋笼吊装、导管安放、水下混凝土灌注等是施工技术质量控制的要点。例如，在冲击成孔中，如未控制好成孔位置、桩孔直径、成孔形状、孔壁稳定等，都将导致冲孔灌注桩质量不合格，甚至出现废孔。

图1 冲孔灌注桩施工流程图

3 冲孔灌注桩施工技术

3.1 施工准备

首先，确定桩基位，平整桩位周边场地，挖设泥浆沉淀池，布设围护栏杆。其中，泥浆池容积应大于钻孔体积的2 倍。其次，桩位测量人员根据施工图准确进行桩位放样，技术人员对桩位进行复核查验，施工人员利用6mm 左右的钢板卷、焊、拼制内径较冲击头大100mm 左右的钢护筒，并在护筒上部制作一个溢浆孔。最后，在桩位坐标无误后，施工人员埋设与桩同轴的护筒，护筒埋深应大于200mm，顶端较地面高100mm左右，护筒与地面间空隙用黏土填充密实。护壁泥浆可采用原土自然造浆方式，也可人工造浆，但如果原土砂质含量过高，应人工添加黏土、泥浆处理剂。

3.2 冲击成孔

冲击成孔是冲孔灌注桩施工的关键环节之一，应重点控制好重锤质量、冲击高度、砂石泵流量等参数及成孔工艺。（1）冲击高度依据桩位岩土层性质而定，对于黏土、淤泥质土等质松软地层一般选择0.6m，但对于砂砾石层岩、泥岩等硬质地层宜增大至1m。（2）悬距依据桩位岩土层性质、孔深而定，对于黏土、淤泥质土等质松软地层一般小于10mm，但对于砂砾石层岩、泥岩等硬质地层宜增大至30mm。（3）砂石泵流量以保证能够及时排出孔内岩渣为原则确定。过大的砂石泵流量会造成孔内水位下降，引发泥浆压力不稳定、孔壁坍塌等问题。（4）桩机进场前对桩位处场地铺垫枕木以保障桩机的稳定性，枕木应与钢护筒保持合理间距以防被挤压而发生变形、偏移。（5）控制冲锤中心、滑轮缘、孔中心在垂向对齐，横向偏差应不大于20mm。（6）开孔时应选择小冲程、低锤、密击，注意控制泥浆液面稳定、孔与桩位中心对齐，防止钻机发生位移。（7）冲击成孔至3m 时，尽可能不捞渣。（8）进入基岩后改用大冲程、高锤、低频率锤击，每钻进0.5m 进行一次捞渣。但对于进尺小于0.15m/h 的松散地层以及进尺小于0.05m/h 的卵石层，捞渣间距应小于0.5m。（9）对于冲击速度较慢的硬岩可通过高低锤交替冲击的方法来破碎孔内岩层。（10）一般采用泥浆循环的方式排渣，但也可采用抽渣筒等方式进行排渣，但该方法应注意防范排渣过程因排出泥浆而导致孔壁坍塌的发生，即排渣过程应及时补给泥浆、保持孔内液位稳定。

3.3 清孔与沉渣检测

冲击孔深达到设计深度应采用泥浆循环法对孔内土渣进行清理，但对于较为稳定的桩位岩土层也可选择空气吸泥清孔法。清孔过程中应严格按照规范进行，防止孔壁坍塌等现象的发生，还应控制孔内泥浆液面较地下水位高约2.0m。清孔过程应实时检测孔底沉渣厚度、循环液密度与含渣量。检测孔底沉渣厚度常采用测绳法、电容法声波法、电阻率法等方法，循环液密度与含渣量等数据通过对泥浆池或泥浆沟的泥浆利用密度计测量、沉渣厚度直接测量等方法获取。其中，测绳法仅需测锤与标准水纹测绳两种工具，测量时直接将它们放入孔内，计算冲击成孔深度与当前孔深之差便可得到沉渣厚度，具有直观、方便等特点，应用最为广泛，但测量过程应安排专人使用同一套重锤进行测量以减少人为误差。只有当测量结果符合如下要求时方可停止清孔：（1）孔底沉渣允许厚度小于200mm；（2）冲洗液含渣量小于4%；（3）泥浆相对密度为1.2；（4）泥浆黏度小于28s。

3.4 钢筋笼制作与吊装

钢筋笼是抵抗基坑侧向压力的重要受力杆件，其质量直接影响桩身质量。钢筋笼制作、吊装过程中应严格遵守设计图纸，采用检查出厂合格证、进场复验单的方式对钢筋和焊条的品种、规格和质量进行检验；采用小接轻敲、放大镜观察的方式检查钢筋裂纹、烧伤、漏点和夹渣等焊接质量；采用直接观察法检查钢筋表面是否有油污、老锈的问题存在；采用尺量法、统计计算法检查主筋间距与数量、箍筋间距、同一截面主筋接头配置、钢筋笼直径、钢筋笼长度、钢筋笼安装深度。

钢筋笼制作场地应就近选择在桩孔施工位置周边，并保证钢筋堆放、加工、已制作钢筋笼存放等需求。对于场地狭窄无法满足要求需场外制作时，应考虑运输变形问题。钢筋笼制作方法较为简单，一般是按照设计要求将箍筋加工成设计直径的圆形，然后在钢筋笼绑扎支架上等间距布设主筋、设计间距布设箍筋，然后将主筋、箍筋依次绑扎成整体。

钢筋笼制作完成后平稳安放在孔内并进行混凝土良好灌注才能实现其抵抗基坑水平荷载的作用，因此吊装过程的施工操作具有较高的要求，各步骤均需严格按照操作规程进行。（1）吊机就位后应对主副吊钩、钢丝绳、索具安装状况进行检查以保证施工安全，主副吊钩起吊过程应做到同时、慢速、平稳、均衡，以降低起吊作用对钢筋笼的冲击力，确保钢筋笼稳定不变形。并在钢筋笼吊离地面0.5m时，应暂停起吊并对钢筋笼的变形情况进行检查，如存在问题需立即整改并重新起吊。（2）检查钢筋笼合格后，缓慢放松副吊钩并促使钢筋笼停摆垂直于地面。（3）在钢筋笼上捆根牵引绳并卸下副吊钩，操作主吊钩并通过牵引绳人工辅助对中后将钢筋笼下入孔内，下放过程应缓慢、平稳，避免钢筋笼与孔壁发生碰撞。当遇到钢筋笼下放受阻时，切勿强行下放，应重新吊起钢筋笼并检查清理后再缓慢下放。（4）钢筋笼对中技术是钢筋笼下放的重点，一般采用锚固筋法、耳筋法、水漂法、空心锤扫孔法等。（5）对于孔深较大需要分段吊装情况，应先将下段钢筋笼悬吊在由枕木、型钢、千斤顶等组成的孔口支撑上，然后对其上段钢筋笼同孔内钢筋笼同轴、主筋对齐再进行安装（见图2）。（6）钢筋笼下放至设计标高后将钢筋笼固定在孔口支撑上。

3.5 混凝土灌注

混凝土灌注前首先需要确定混凝土配合比。混凝土由水泥、粗骨料、细骨料构成，其中，粗骨料应选用砾径20 ～40mm 的坚硬卵石，含泥量应小于1.5%，针片状颗粒含量应小于15%。细骨料应选用洁净、坚硬的中粗河沙，含泥量小于3%。各成分的配置应按照设计要求进行配置：水泥和干燥状态的外掺剂的重量偏差小于2%；砂、石料的重量偏差小于5%；含外掺剂的水溶液重量偏差小于2%，水灰比偏差小于1%，重点控制坍落度为180 ～220mm；水泥用量大于360kg/m3，含砂率为40%～50%。

混凝土配置完成后下放导管，过程中应注意通过左右晃动预防被钢筋笼挂住，导管埋深一般为3m，导管的提升与拆除应保证导管底端不露出混凝土。混凝土灌注过程中，应注意：（1）混凝土上升至距离钢筋笼底部约1m 时，应改为慢速灌注，以防混凝土浮起钢筋笼。（2）灌注混凝土过程中，随着混凝土液面的上升，逐步提升并拆除导管，确保导管埋深不小于2m，促使混凝土处于流动状态。（3）混凝土液面上升至距离桩顶约4m 后，可不再提升导管而直接一次性灌注，见图3。（4）灌注混凝土应超过桩顶约1m，以保证桩顶混凝土强度。

图2 型钢孔口支撑

图3 混凝土灌注

4 结束语

冲孔灌注桩具有设备简单、操作便捷、成孔孔壁稳固、对环境友好、适用范围广、经济等特点，在桩基工程和深基坑支护工程中应用极为广泛。但也存在成孔工艺复杂、对施工操作要求较高、技术间隔时间较长等缺点，施工单位在施工过程中应严格按照规范及设计要求执行，选择合理的施工工艺，确保基坑支护系统的安全、稳定。