中国建筑第八工程局有限公司广西分公司 广西壮族自治区南宁市 530028
摘要：冲孔灌注桩出现于上世纪60年代，引入我国为上世纪70年代，由于冲孔灌注桩具备冲击包括岩层在内的各种土层，产生噪声及对相邻建筑产生影响较小等优点，至今仍广泛应用。但冲孔灌注桩在各土层所要求的制浆密度、冲锤大小、过程回填等都有特殊要求，使其施工工艺极其复杂，非经验丰富施工人员，很容易造成质量事故。本人认为各土层施工过程最为复杂的当属淤泥质软弱地基对成孔造成的影响，本文便以此为主线，并结合项目成功应用实例进行叙述。
关键词：淤泥层；缩孔；塌孔；泥浆密度；长护筒；振动锤；经济性
一、工程概述
2017年3月，我司承建了肇庆新区湿地景观商务酒店及配套设施工程，本工程有2处基础为灌注桩基础，分别为酒店塔楼基础及景观塔核心筒基础，其中景观塔灌注桩直径为1.8米；根据进度安排，我司自2017年5月中旬开始进行景观塔基础灌注桩施工，采用钢丝绳式冲孔工艺。根据地质勘查报告及前期超前钻资料，景观塔地下土层主要分为四层，分别为约4米厚的素填土层、约10米厚的淤泥质土层、约8米厚的粉质粘土层、微风化岩持力层，其中微风化岩持力层基本都存在溶洞，溶洞有半填充、无填充和黏土填充等。
二、常规工艺简述
1、桩锤选择
根据装直径选择桩锤，一般情况，直径每扩大100mm，桩锤直径相应增加本工程桩直径为1.8m，本工程地质相对复杂，为保证成孔速度和质量本工程所选桩锤为3.5t。配套选择钢丝绳后进行桩机组装，进场验收，对场地地表进行处理后，根据事先放好的桩位就位桩机。
2、护筒埋设
首先是护筒选择，规范（JGJ94-2008）给出了黏土层、砂土层的埋置深度，分别为不小于1.0米和不小于1.5米，且要求下端要用黏土培实，第6.3.5条最后还简单提出应穿过不透水层，这样描述并不严谨，假如上层为粗砂土，厚度超过5米，水位深度在5米以上，那么每根桩开挖5米以上的深度其实在现代施工中已经非常不现实。本工程护筒长度至少选择2.5米，买入土层2.2米左右，露出地面约0.3米，以用来溢浆。
根据每根桩超前钻资料会比选方案，可能会出现超长护筒（长度约10米~13米），大体原因是为了避免淤泥质土层产生的塌孔/缩孔现象，具体比选后文会进行具体分析。
3、泥浆制备
泥浆制备的好坏对整个施工过程会产生非常大的影响，粘度小无法在孔壁形成坚固泥皮，无法带走冲出碎渣，并极有可能产生塌孔和缩孔现象；泥浆比重过大将严重影响施工速度，因此在整个成孔过程中泥浆比重应随着冲进土层变化而变化。
4、冲击
不同土层冲击冲程不同，一般土层冲程会在1米至2米之间；遇到坚硬岩层冲程可达4米。但斜岩要回填碎石后以不超过1米冲程冲击，回填复冲的也不会超过1米冲程，目的就是减少对孔壁震动影响。
5、清孔
清孔的最终目的就是降低孔内泥浆密度、粘度和含砂率，一般情况为成孔后清孔和安放钢筋笼后清孔，具体方法为空压机向孔底压入空气，同时向孔底注入清水，通过气泡和泥浆本身粘性带走沉渣，通过清水不断置换降低上述数值。
6、浇筑混凝土
安放完钢筋笼并完成二次清孔后进行水下混凝土浇筑，为保证其密实，要保证首灌量在深度1米以上。始终保持埋入混凝土深度2米至6米之间，浇筑过程中导管不断抽插。
三、常见问题及解决方案
由于土层内存在淤泥质土，且下存在溶洞，我司在对景观塔灌注桩第一批冲孔过程中产生大量塌孔、缩孔等现象，造成了工期滞后，且浪费了一定的物资。我部过程不断总结经验，采取了下文措施，取得了比较显著成效。
1、遇淤泥质土层易缩孔/塌孔
根据地质勘查报告及实际称量，本工程淤泥质土层相对密度为1.50至1.65g/cm3之间，且为流塑性。
所配泥浆比重超过1.4就已经非常困难，且严重影响施工速度，在保持现有泥浆密度情况下过程基本都出现了缩孔、塌孔现象，且开始施工的2732号工程桩塌孔导致了埋钻现象，回填+复冲+捞钻浪费近一个月工期。
2、淤泥层下直接为岩层，冲击岩层产生振动造成的二次塌孔。
3、超前钻不能完全代表桩底土层情况，即使超前钻显示岩层不出现溶洞情况，实际桩很有可能就靠近溶洞的边缘，由于泥浆迅速下沉，首先淤泥层土会塌孔进而黏土层也会塌孔，也极有可能出现埋钻情况。
为解决上述问题一般有如下几种方式。
①进一步加大泥浆密度，并调稠泥浆粘度。
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加大泥浆后理论上可以让孔壁上的泥皮更加坚固，但同时也增加了桩锤冲击过程的阻力，冲击岩层时由于增加了冲锤的阻力，因此岩层难以冲碎，过程极为缓慢，对于赶工期不宜使用。而且由于冲击岩层会产生较大的振动，对于并不稳定的淤泥层护臂来说极易破裂导致二次塌孔，甚至出现问题描述的埋钻现象。
②水泥搅拌桩加固土层
在淤泥层中注入水泥浆可有效改善淤泥层物理特性，灌注桩成孔过程中采用一般泥浆护壁方法就完全可以满足要求。双轴搅拌桩平均单根成桩时间为1.5分钟/米，本工程单根桩径为1.8米，为满足冲孔过程成孔护壁要求，一般需要桩径以外1.5米范围都需要用水泥搅拌桩进行处理，推算后单根桩总计要打1000米的水泥搅拌桩，平均下来要增加1天工期。水泥搅拌桩平均每立方500元，计算下单根冲孔桩增加费用约10.7万元，该措施甚至比单根灌注桩造价都要高。
③超长护筒，振动锤。
本工程淤泥土层下既有黏土层又有直接进入岩层的情况，黏土层本身具有很强塑性，采用普通比重泥浆就可避免发生塌孔情况。进入岩层后具有溶洞情况，若溶洞内有黏土填充可基本能够顺利完成冲孔，若溶洞内无填充则肯定会导致护筒至岩层内的一段长度塌孔，抽出废浆后重新回填黏土基本也能完成冲孔，不会出现很大厚度的淤泥土层塌孔甚至埋钻现象。
因此选用超长护筒而不选用全护筒更加经济合理。
加工长约13米长护筒大约需用3万元，可周转使用。下护筒过程大约需用1.5小时，拔护筒大约需用1小时，采用50吨履带吊加振动锤压入或拔出设备台班费大约1000元。平均每根桩增加的措施成本约2000元，但是可以保证每根桩能在3~6天完成。
综上所述，对于超厚淤泥土层冲孔桩，选用超长护筒方式施工是比较合理选择。
四、超长护筒工艺简述
流程：放线定位→引孔→振动锤下护筒→冲孔（过程泥浆配合排渣）→钢筋笼制作、混凝土浇筑→振动锤拔护筒。
1、准备工作
提前对场地进行规划，本工程冲孔桩相对集中，采用振动锤下护筒和拔护筒需要使用履带吊，冲孔桩基附近应提前规划好停放履带吊位置，并做好线路和停放位置的地基处理或硬化工作。
2、引孔
对应平整后的场地一般是素填土或片石层，为保证下护筒不被片石阻挡和下护筒过程准确不发生偏位，需要用挖机挖透片石回填层，护筒就位后四周再填回素土、片石等。随后开始下护筒。
3、护筒加工
护筒壁厚采用10~12mm，可保证护筒加工和下护筒过程不发生卷边现象。由于使用长护筒，压入深度增加后，护筒所受阻力也会增加，为保证护筒能够顺利压入，需要对护筒端头加工成齿状。
4、下护筒
护筒引孔完成后，将振动锤放置在履带吊吊钩上，通电将护筒缓慢压入土中，由于桩直径较大，选取振动锤型号应加大，本工程选用6t/震冲力570KN振动锤，开始时应放慢点击转速，使振动锤震冲力不超200KN。当护筒下至3米时逐渐加大点击转速，加速护筒下沉。
由于振动锤只能夹住一侧筒壁，因此应注意每侧下放深度不宜超过500mm，对称方向来回交替振冲。
根据超前钻资料可大致推测地下土层情况。根据超前钻资料护筒下至黏土层或岩层上2米时减小转速到500转每分钟，震冲力减少至300KN，并保持该转速下护筒，当遇黏土层或岩层时刻明显观察护筒下沉速度变慢。若超前钻资料显示淤泥层下为黏土层时，继续进入黏土层不少于500mm，若为岩层，则以100mm为宜（以实际施工难度确定）。
5、冲孔
由于淤泥质土层已经被护筒阻隔在护壁以外，因此护筒内淤泥或护筒底以上黏土层可采用常规泥浆淤泥置换出孔外，护筒底黏土采用1.25比重泥浆基本也能将其置换出。进入岩层后应控制泥浆比重下降速度，待黏土层护壁坚实后开始放小泥浆比重，加大冲锤冲程，由于泥浆比重下降，很难再进行置换，所以采用抽渣筒法进行排渣。
6、其他工艺
冲孔完成后的清孔、下钢筋笼、二次清孔、混凝土浇筑与一般冲孔桩施工工艺无异，本文不在赘述。
五、结语
泥浆护壁灌注桩采用冲孔工艺成孔对岩层的冲击速度是其优势所在，但对于沿海、滩涂地区的淤泥地质对成孔来说比较困难。如果设计桩径较大、入岩深度较深、工程概算有限、尤其淤泥层厚度较厚时采用本文所述工艺是比较合理选择。
参考文献
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[4]曾义恩.冲孔灌注桩常见质量缺陷分析及其防治策略探析[J].中华民居.2011第11期
论文作者:黄海明,侯海涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/10
标签：冲孔论文; 土层论文; 泥浆论文; 淤泥论文; 岩层论文; 黏土论文; 缩孔论文; 《建筑学研究前沿》2017年第23期论文;