冲孔灌注桩施工技术在高层建筑工程中的应用

卢 艺

（福建建工集团有限责任公司，福建 福州 350001）

冲孔灌注桩施工中，采用冲击钻机提升带钻刃的冲锤，利用冲锤自由落下的冲击力对岩层进行削切，然后排出碎渣泥浆护壁成孔。冲击钻机包括钻杆式和钢丝绳式两种。钻杆式冲击钻机的钻孔直径小、施工效率低，不如钢丝绳式应用广泛；钢丝绳式冲击钻机钻孔直径较大，便于调整钻头尺寸以满足桩径设计要求，冲锤重量为3000～10 000kg，施工时要根据桩径选择合适的锤重。根据实际工程的设计要求，本施工技术可灵活调整桩长和直径；桩端可进入持力层或嵌入岩层，在建筑工程领域应用广泛；单桩承载力大，成桩效果好。

1 工程概况

该工程为国资大厦EPC建设项目，位于福建省福州市台江区江滨大道北侧、鳌峰路以南、海峡金融商务区E地块，主楼83.3m、裙房23.9m，主楼20层、裙房5层、地下2层。建筑占地面积3 996.68m2，地上建筑总面积51 747.46m2、地下建筑总面积20 361.72m2。主楼室内±0.00相当于绝对标高（罗零）8.700m，裙房首层标高相当于绝对标高（罗零）8.700m。主楼为框架-核心筒结构，裙房为框架-剪力墙结构。该工程基础类型为冲孔灌注桩，设计等级为甲级。主楼部分采用冲孔灌注桩，基础持力层为碎卵石层。

2 施工主要难点分析

冲孔灌注桩施工过程中需要泥浆护壁成孔，但其成孔工艺较复杂，操作要求严格，成孔过程中易出现缩孔、弯孔、塌孔、埋钻、卡钻等质量问题，且技术间隔时间长，不能立即承受荷载，在冬季施工难度较大。因工程占地面积大，不良地质易造成斜孔，影响施工质量和施工进度。冲孔灌注桩施工的主要难点是成孔过程中易发生塌孔，为保证成孔质量，工程采取泥浆护壁成孔、钢筋笼外设钢护筒等措施。

成孔时塌孔的原因比较复杂，应根据实际原因进行具体分析和处理。一般可采取深埋护筒、在泥浆中加干锯末提高泥浆比重、降低成孔速度等措施，工程护壁泥浆比重宜控制在1.25～1.45之间，改善孔壁结构，施工速度控制在0.3～0.5m/s之间。如情况严重，可回填重新成孔。成孔过程中若出现弯孔、缩孔情况，可提升钻头、反复扫孔，直至成孔达到设计要求。弯孔情况严重时，应回填压实后再进行纠偏。一次进尺过多或砂层泥浆沉淀过快，易埋钻；钻头底盖合拢不好，易卡钻。埋钻或卡钻后，钻头上泥浆沉淀过多，造成侧阻力。在处理时，首先要消除阻力，避免强行处理扭断钻杆、造成设备动力头受损等更严重的问题；要保证孔内有足够的泥浆和孔内压力，稳定孔壁。

3 桩基施工设计

该工程桩基设计等级为甲级，地基土的液化等级为轻微液化土层。根据岩土工程勘察报告和基础施工图，主楼部分采用冲孔灌注桩施工，基础持力层为碎卵石层。管桩施工中主要控制终桩压力，合理调整桩长，同时，抗压兼拔桩桩长≥20m。灌注桩桩身混凝土强度等级为C40，按水下混凝土配料，粗骨料粒径：卵石＜50mm、碎石＜40mm，坍落度180～220mm，水泥用量≥360kg/m3。该工程主楼1 000冲钻孔灌注桩56根，单桩竖向抗压承载力特征值为7 500kN；1 200冲钻孔灌注桩70根，单桩竖向抗压承载力特征值为10 000kN, 合计总桩数126根，有效桩长为39～42m，桩端全截面进入持力层≥4.5m。

4 施工流程

4.1 施工准备

在施工现场合理布设工程基础、主体施工轴线控制网，控制网采用2+2D全站仪测设，各控制线间距允许误差≤3mm，并保证控制线与工程的横、竖轴线平行，方便施工测设。控制点应沿施工现场循环道边缘布置，结合现场地形特征、施工条件等因素，适当加密控制点位置和密度，以满足施工要求。加密控制点主要集中在建筑物周围和纵横两个相互垂直的方向上，选在视野较宽、安全牢固的位置，埋设永久混凝土预制桩，浇筑混凝土加固，在钢筋头上作“十”字标识（见图1），用盖板保护，并用统一编号做好标记，必要时可设置防护栏杆。然后根据勘测部门的坐标桩和总平面图进行施测，桩位定位放线，复测合格后，向规划勘测部门申请验线。使用RTS112SR5L全站型电子速测仪采用极坐标法测量，以提高工程定位放线的精度。

图1 控制点（单位：mm）

4.2 钻机就位

复核桩位、标高无误，冲击钻机就位。冲击钻机定位要准确，以保证设备水平、垂直和稳固，导杆、回旋盘和护筒中心线的位置在同一直线上。为了确保钻机稳定，应在机座下垫枕木，避免成孔过程中桩机移位或发生不均匀沉降。钻机就位的轴线、垂直方向允许偏差均≤100mm，垂直度偏差≤1%。在正式施工前，要严格核对桩位，发现错误及时调整。

4.3 埋置护筒

埋置护筒是为了固定桩位、引导施工方向、防止地下水进入孔内、保护孔壁避免塌孔、提高成孔稳定性。该工程采用4mm厚壁钢制护筒，护筒直径大于桩基孔径100mm，上部设有两个溢浆孔，每节护筒长2.5m。在护筒外侧焊接两道加劲肋，以保证护筒刚度，避免使用时变形。护筒中心与桩位中心的偏差≤30mm，用吊车吊起护筒就位，护筒垂直压入土体，护筒位于土层上方1m处，避免杂物进入孔内。护筒埋设完毕后，桩位中心与护筒中心重合，护筒外部用粘土夯实，为解决孔壁塌方、掉皮等问题，可加高加深、筑岛埋设护筒。

4.4 泥浆护壁成孔

施工现场设置大小为钻孔容积2倍的泥浆池，保证泥浆池有较好的防渗效果；设置渣土清理区。用水力搅拌器进行搅拌，控制泥浆的相对密度在1.05～1.15g/cm3之间、粘度在20～25s之间、含砂率≤5%、泥皮厚度≤2mm、PH值＞7。泥浆护壁采用重力沉降除渣法，利用泥浆与渣土的相对密度差，促使钻孔内的渣土沉淀并顺利排出。回收泥浆用于护壁成孔，泥浆经沉淀净化后，加入适量的火碱、纤维素，可提高泥浆的性能，实现循环利用。

成孔过程采用泥浆护壁，利用泥浆泵管连接钻头上部，通过泥浆管将泥浆压至钻孔底部，同时对孔底进行冲刷和钻进，向孔外排出渣土，如此循环。成孔时应根据冲击高度、泥浆指标等技术参数调整施工速度，避免出现斜孔、缩颈、塌孔等现象。用孔内护壁泥浆的压力平衡孔壁压力和水压力，起到护壁的作用，成孔时要密切注意泥浆的密度，做好成孔记录，施工进入持力层的深度要达到设计深度。泥浆渣土处理时，成孔内的泥浆和渣土应及时排出，渣土由渣土车外运至弃置点。

4.5 制作、安装钢筋笼

4.5.1 分段制作钢筋笼

依据钢筋笼强度、钢筋长度和起重设备高度等因素，合理确定钢筋笼分段长度。制作钢筋笼前，应校直钢筋，清除钢筋表面污垢和锈蚀，严禁在施工中使用改制钢材，冲孔灌注桩的钢筋笼应通长布置。主筋钢筋低于Ф22m时机械连接，主筋钢筋高于Ф22mm时焊接。主筋为三级钢，机械连接钢筋应按36d计算。接头设置在构件受拉钢筋应力较小的位置，工程接头设在桩顶与桩顶下6m处、桩底与桩底上5m处。采用E50型焊条焊接接头，单面焊焊缝长度≤10d、双面焊焊缝长度＞5d；焊缝宽度＞0.8d，厚度≤0.5d，两主筋端面之间的间隙为3mm。在同一截面内，接头数量为主筋总数的50%，接头应上下错开，错开距离＞30倍的主筋直径。钢筋笼的箍筋与主筋连接采用点焊连接固定，为保证钢筋笼在安装过程中不变形，采取保护层垫块的措施保护钢筋笼，垫块间距4.5m，每组数量≥3块，所有垫块均匀布置在同一截面主筋上。钢筋笼的安装方向应符合设计要求，制作偏差应符合设计和规范要求（见表1）。

表1 钢筋笼制作允许偏差

4.5.2 安装钢筋笼

钢筋笼吊装方式为三点起吊，入孔时应保证钢筋笼轴线重合，同时保持钢筋笼垂直，孔位对准后绥慢下放，以防止碰撞孔壁，如果下放过程遇阻应停止操作，及时查明原因，不可强行下放或晃动钢筋笼。在钢筋笼顶端焊吊挂筋，吊挂筋设置于护筒顶的枕木上，避免直接设在护筒上。

4.6 浇筑混凝土

混凝土浇筑是冲孔灌注桩施工中一道关键工序，混凝土浇筑质量直接影响灌注桩质量。成孔检查合格后应尽快浇筑混凝土，间隔时间＜24h。浇筑前要检查各种机械设备，搅拌均匀，控制坍落度在170～200mm之间。浇筑混凝土导管Ф200mm，每节导管长4m, 用吊车将导管依次放入，导管与桩底的距离为0.4m（见图2）。在混凝土浇筑过程中，要密切关注导管的埋置深度，导管埋入混凝土的深度一般在1～7m之间，埋入过深容易引起钢筋笼上浮、堵管、埋管等问题，影响工程施工质量。起拔时要避免提升过猛或埋入过深引起断桩，应均匀拔管，保持导管始终处于合理的埋深。施工中混凝土强度配比比设计强度提高10MPa，混凝土浇筑应连续不间断地进行，每根桩灌注时间应根据混凝土的初凝时间确定，若中断施工，时间间隔＜30min。混凝土超灌高度为0.5m，超高部分可凿除。

图2 混凝土浇筑示意图

5 结语

国资大厦EPC建设项目中采用冲孔灌注桩施工技术，工程施工质量稳定，成桩效果良好。该施工技术适用各种复杂地质,有效解决了成孔过程中的施工难题,着重控制了冲孔灌注桩泥浆护壁及混凝土浇筑的关键环节，保证了施工质量稳定提高。