大直径冲孔灌注桩施工技术

周山脉

(中冶建设高新工程技术有限责任公司，北京 100065)

0 前 言

在桩基础当中，冲孔灌注桩一直处于主流，因其较多的优点被广泛地应用于土木工程领域；随着现代社会的发展，大型建筑、超重构件越来越多，对桩的承载能力要求也越来越高，从而导致桩径急剧增加，现阶段桩径已经突破了4 m，桩长突破了100 m，相应的，直径及桩长的增加，促使施工工艺变得更加复杂，施工更加困难；且现有的大直径冲孔灌注桩施工技术还不够完善，施工质量较容易出现偏差，本文针对此现象，经研究分析后，提出控制要点。

1 优缺点分析

冲孔灌注桩是采用具备一定重量的冲锤，依靠自由下落的冲击力冲击成孔再浇筑混凝土的施工方式；通过选用不同直径的冲锤冲击成不同直径的桩孔；通过控制冲锤自由下落的高度，使冲锤具备相应的冲击力，在不同的土质、岩层等都具备施工能力，适应能力极强。

同时冲孔灌注桩是通过自由下落，再提升，再下落的循环作业方式，循环时消耗较多的时间，所以就施工进度而言相对于钻孔桩较慢。

2 在土木工程中的应用

大直径冲孔灌注桩，在土木工程领域最开始在桥梁工程中应用最为广泛，其中“湖南省湘潭湘江二大桥桩径达3.5 m、南昌八一大桥与铜陵长江大桥最大桩径4.0 m，湖南省常德石龟山澧水大桥桩径更是达到5 m之最”，同时随着世界经济的迅猛发展，大直径冲孔灌注桩在港口工程、水利工程、大型房屋建筑中也开始慢慢变多，桩径已经突破了3 m。

3 施工工艺分析

3.1 施工工艺流程(见图1)

3.2 施工准备

技术准备：①充分熟知设计文件，了解设计意图，对冲孔灌注桩的设计情况了然于心；②将桩基设计平面图与地勘平面图对比分析，得出每个桩的地质情况，并进行记录，在成孔时使用；③选择冲孔桩机的功率与星锤的形式及重量。

人员准备：①制定质量管理体系，保证施工过程中质量得以把控；②由具备丰富经验的操作人员进行桩基施工；③在施工前项目技术负责人对管理人员进行交底，由管理人员对施工班组进行交底，由班组对每个工人交底。

作业前准备：①在施工前对整个施工现场进行施工布置，规划临时道路、临时用水、临时用电，设置合理的加工场、料场，确保在施工过程中通水、通电、通路，材料供应及时；②对在施工过程中使用的材料“泥浆配制材料、钢筋、导管、料斗、混凝土”等进行准备，计划进场时间；③提前准备施工机械、测量仪器等，并对机械、仪器进行检验，由具备相应资质的检测单位出具检测报告，合格后投入使用。

3.3 测量定位

测量定位应采用二级精度控制网进行测量放样；在施工前根据建设单位给定的原始坐标点，在施工场地四周建立闭合的测量控制点，作为整个工程施工的一级控制网，依据一级控制网在施工场地内建立二级控制网，根据二级控制网测量放样出桩中心坐标，并设置十字桩控制桩，大直径冲孔灌注桩，十字控制桩宜沿护筒的切线设置成正方形，因为大直径冲孔灌注桩桩径大，护筒尺寸大、质量大，在埋设时不便于调整，将十字桩这样设置时可更好地作为埋设护筒时的定位依据，同时在复核桩中心位置时也更加精准。如图2所示。

图2 十字控制桩示意图

测量完成后必须进行桩位复核，复核的方式可采用反向复核及重新复测的方式复核，测量时要保证误差在±1 cm以内。

3.4 埋设护筒

冲孔灌注桩护筒直径一般比桩径大20 cm，根据桩径大小的不同选用不同壁厚的钢板制作，护筒要能够承受周边土体及施工时给护筒带来的挤压力，一般情况下2 m及以下桩径采用6 mm钢板制作，2～3 m采用8 mm钢板制作，3～4 m采用12 mm钢板制作，4～5 m采用15 mm钢板制作。

护筒埋设时位置要精准，垂直度偏差不得大于1%；埋入土体深度不得小于2 m，外露长度不得小于30 cm，根据直径大小留置不同数量及尺寸的溢浆孔，保证在施工过程中泥浆流溢顺畅。

埋设护筒时要根据十字桩确定护筒平面定位，开挖时，在直径较小时可采用钻头开挖，当直径过大无适宜的钻头时，可采用挖机开挖，在开挖过程中要保护定位桩不受损坏；在孔洞处理完成后放入护筒，调整好标高与平面定位，使用黏土回填夯实。

移动桩机，将冲锤与护筒中心对中，并通过十字桩拉线复核平面定位，无误后将桩机使用牢靠的固定措施固定，避免移动。

3.5 冲 孔

在冲孔前将泥浆配制完成，在一般情况下，泥浆配制采用膨润土、黏土、CMC等配制而成，并根据地质情况配制不同的比重与黏度，同时在冲孔灌注桩施工过程中，泥浆的配制是至关重要的一项，它在作为泥浆保护壁的同时，也起着一定的清渣作用，所以在不同的地质情况下，要配以不同比重与黏度的泥浆，在黏土、淤泥质土中比重为1.1～1.3最为合适，在沙土中比重为1.2～1.3最为合适，在卵石及易坍塌的岩层比重为1.4～1.5最为合适，冲孔前对泥浆循环方式进行研究，选定合适的循环方式；正循环有利于成孔但清渣效率低，反循环有利于清渣但不利于成孔，易踏孔；在大直径冲孔灌注桩施工中一般选用正循环的方式成孔，反循环的方式进行清孔。

在冲孔前，根据施工准备时记录的地质情况，采用合适的冲程与频率；一般情况下在黏土、淤泥质土、砂土中宜采用小冲程高频率成孔，在卵石、岩层等需要较大砍岩能力与进尺能力时，采用大冲程低频率的成孔方式；在开始成孔时要放慢进尺速度，待进尺3 m以上，进尺稳定后再以正常的进尺速度进行；在成孔过程中宜每10～30 min捞取一次渣样，并对土质情况进行判定，如若与计划偏差，要及时调整冲程与高频；在土质变化的临界处要适当放慢进尺速度，待进入下一层地质并进尺稳定后，再以正常的进尺速度进行施工。

当进尺将至预期持力层深度时，加快打捞样渣的频率，打捞出的样渣为设计持力层岩样时，通知监理至施工现场见证定岩，并对岩样进行捞取封存，测量定岩孔深；完成后继续进尺至设计进入持力层深度后停止成孔。

3.6 清 孔

在大直径冲孔灌注桩施工中，因直径大、渣量多，需要的清渣能力较大，一般采用反循环的方式清孔，大大提高效率的同时渣土能够清理得更干净，在清孔时可根据直径的大小选择不同规格型号及数量的清孔设备。

清孔时要严格保证桩底沉渣厚度满足要求，避免因沉渣过厚导致桩基施工完成后发生沉降；一般要求为：端承桩桩底沉渣不大于50 mm，摩擦桩桩底沉渣不大于100 mm，抗拔桩、抗水平力桩桩底沉渣不大于200 mm；同时要保证泥浆的比重降低至1.2以下，砂率5%以下才可浇筑混凝土。

3.7 验 收

在清孔完成后进行终孔验收，对孔深、孔径、垂直度、桩底沉渣、泥浆比重进行验收，并填写隐蔽验收记录，合格后下放钢筋笼。

3.8 钢筋笼

在大直径冲孔灌注桩施工中，钢筋笼直径大、钢筋数量多、质量大，一般都采用分段制作、分段下放的施工方式；在钢筋笼下放前，要根据钢筋笼的设计情况进行制作并通过验收，分类堆放于半成品料场，设置好起吊点，吊点不得少于2个；待钢筋笼下放时，吊起钢筋笼，放置孔口上方，待静置后在人工配合下下放，下放过程中不得碰撞孔壁；待下放至顶部时使用牢固的支垫方式支垫稳定后，再吊下一节钢筋笼至孔顶，采用单面焊或双面焊的形式进行连接，其焊接长度要满足要求，待钢筋笼完全下放后进行二次清孔。

3.9 二次清孔

二次清孔宜继续选用反循环的清孔方式进行，保证在短时间内将沉渣清理干净，满足相关要求后，尽快进行混凝土浇筑；在二次清孔完成后，应在3 h内开始浇筑混凝土，如无法达到时，在下放导管后再次进行二次清孔，或将二次清孔调整至导管下方后再进行。

3.10 下放导管

施工前对导管规格进行选择，首先导管直径应根据桩径的大小选用，保证混凝土浇筑速率，同时要保证其密闭性能；满足规范要求底管长度不得小于4 m；选用合适的标准节，一般为2～3 m一节。

在导管使用前，应按规定进行密闭试验，规定在1.3倍的导管外水压力下15 min内不出现漏水情况为合格，其试验压力可按下式进行计算：

Pmax=1.3(YcHcmax-YwHW)=1.2 MPa

(1)

式中,Pmax为闭水试验压力kPa；Yc为混凝土容重；Hcmax为导管内混凝土高度；Yw为孔内泥浆容重；HW为孔内水深度。

在试验合格后，下放导管至孔底以上0.3～0.5 m。

3.11 混凝土浇筑

混凝土浇筑前应对首盘混凝土进行计算，确保首盘混凝土浇筑完成后，混凝土埋管深度≥0.8 m；计算方式可按下式进行计算：

(2)

式中，V为首盘混凝土浇筑量；D为桩身直径，应根据充盈系数进行计算；H1为导管距离孔底高度；H2为首盘混凝土埋管深度；d为导管直径，本工程为；h1为为导管内混凝土与导管外泥浆达到平衡压力时所需高度

(3)

在首盘混凝土计算完成后，根据其方量选择合适的料斗；然后准备混凝土浇筑，冲孔灌注桩一般采用水下混凝土，坍落度在180～220；在混凝土浇筑过程中要保持埋管深度在2～6 m，一次拔管深度不得大于6 m，保证在混凝土浇筑过程中一直将最顶部的混凝土往上顶，直至达到设计桩顶标高以上，同时超灌高度应符合设计要求。

3.12 桩基检测

在桩基达到设计强度时应按现行规范《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106—2014)对单桩承载力与桩身完整性进行检测。

4 重难点控制

4.1 定位测量

测量放样是一个十分重要的工序，桩的位置与其使用功能相关，在施工前将桩位控制好，保证桩的正常使用功能；常用的控制方法为二级精度控制网控制方法，这是一个能够减小测量误差的好方法，同时在测量的过程中，在完成测量放样后，必须按规定进行复核。

4.2 成 孔

成孔是冲孔灌注桩施工的重点与难点，其孔径、垂直度等在成孔完成后将很难改变；孔径过大会造成混凝土浪费；为防止此类情况，在施工时要根据地质情况选用合适的泥浆比重与黏度，及时调整冲程与频率，避免冲锤在同一个部位长时间冲击，造成孔径过大，同时选用合适的冲程进尺，保证成孔均匀稳定，避免塌孔，每成孔5 m左右对成孔垂直度进行检查，如果出现偏差，使用黏土与片石回填夯实，重新成孔。

4.3 混凝土浇筑

在混凝土浇筑之前必须清孔到位，降低泥浆比重与含砂率，避免泥浆比重过大与混凝土发生混合，影响混凝土质量；同时清理桩底沉渣，保证在允许范围内，避免因沉渣过厚导致桩身出现较大沉降。

在浇筑混凝土时，严格控制混凝土原材料质量；在施工前对首盘混凝土进行计算，确保首盘混凝土埋管深度≥0.8 m，在浇筑过程中严格控制埋管深度在2～6 m，确保将与泥浆混合的混凝土顶至桩顶标高以上。

5 结 语

冲孔灌注桩应用广泛，施工工艺复杂，重难点较多，在施工前要做好充足的准备，精确测量桩位，选择合适的星锤，在成孔过程中紧密配制泥浆，及时调整合适的冲程与频率，定岩准确，进入持力层深度足够，在终孔后清孔彻底，严格保证桩底沉渣厚度与泥浆比重，下放钢筋笼时钢筋连接可靠，混凝土浇筑时严格控制埋管深度与超灌高度。

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