摘要：冲孔灌注桩是基础设计中常用的形式，施工技术经验已经很成熟。但由于施工单位水平参差不齐，如果对关健环节控制不严，在冲孔桩工程施工过程中可能会造成一些质量事故。笔者通过对某工程中桩基施工过程的研究，探讨冲孔灌注桩施工中的关键技术。
关键词：冲孔灌注桩 施工
Summary：Punching and pouring pile are commonly used in basic design.The construction experience is very mature.However，due to the uneven level of construction team，if the control of key links is not strict，some quality accidents may happen during the construction of punching pile.Through the research on the construction process of the pile foundation in a project，the author discusses the key technologies in the construction of punching and pouring pile.
Keywords：punching and pouring pile construction
1.工程概况
察隅县嘎巴二桥市政桥梁工程为下承式拱桥工程。桥梁跨度为1*60m，桥梁总长为70.62m的大桥，桥梁宽度为：（1.8m人行道+1.5m拱圈宽度+4.5 m机动车道）* 2=15.6m。
本工程项目地处察隅河边，河面常水位为2276.10，常年洪水位标高2277.50。桥台基础北南走向，共分为1#、2#两个桥台，每个桥台桩基12根，桩直径为1.5m，桩间距为4.5m，均为桩长35米的C30钢筋砼灌注桩。桩顶设置16.6*12*3m的C30钢筋砼承台作为桥台基础受力构件。
2.施工过程
2.1试桩
2.1.1试桩目的
由于本工程地质情况较为复杂，基础结构需要承受较大的荷载，根据设计及验收标准，在施工前需要对桩基进行工艺性试验，目的是进一步确定所选如机型、桩型、桩长等参数及施工工艺的可行性，用于指导后续施工，避免全面开工后发现施工参数、工艺不适合，此时再行修改就会延误工期且增加施工费用。试桩时应对打桩机械选型、桩型、桩长、进尺、二次清孔泥浆及清孔方法、成孔质量控制的措施（孔径、垂直度、中心偏位等）等取得具体指标。
2.1.2试桩的位置及机械选择等
本工程试验桩打设位置选在2#桥台1#和4#孔位。根据地质勘察报告得知，其地质构造以素填土、粉细沙、粗沙砾及卵石层为主，卵石层中夹有部分漂石。由于冲孔桩能破碎有裂缝的坚硬岩石、大粒径卵石和漂石、土体中的坚硬块体，对邻近建筑物及周围环境的有害影响小，单桩承载力大，而且设备构造简单，适用范围广，操作方便，所成孔壁较坚实、稳定、塌孔少，不受施工场地的限制，无振动和噪声影响等，结合在同类工程中的施工经验，初步决定采用冲击成孔施工机械。冲孔是用冲击钻机把带钻刃的重钻头（又称冲锤）提起，靠自由下落冲击力来削切岩层，排出碎渣成孔。冲击钻机有钻杆式和钢丝绳式两种，前者钻孔径较小，效率较低，应用较少，后者孔直径大，可根据桩径修改钻头的大小，锤重在3000kg-10000kg。结合本工程性质及特点，决定采用钢丝绳式冲击机作为桩孔施工机械。
现场计划试打2根试验桩，钢筋笼现场分段制作，再将钢筋笼从制作场运至孔口附近，然后小型吊运机械或起重机吊装安放，在孔口进行连接。砼采用水下导管法灌注。
2.2施工准备
2.2.1熟悉资料、测量定位
1）首先要熟悉掌握相关的设计图纸、地质勘察报告和施工规范等资料。
2）根据桩位建筑坐标、高程控制点标高，对桩中心位置进行准确放样，用木桩上钉小米钉标示各孔位中心固定，并测量地面高程，确定桩孔深度。
2.2.1桩机就位
桩机要用枕木垫放平稳，底部和顶部做到平整、稳固，确保工作时不发生倾斜和位移，并将冲击锥的钢丝绳校正于桩位中心。卷扬机应就近摆放。如距离过大，会影响操作人员视线，不易准确控制提锤的高度，容易发生打空锤事故，而且钢丝绳摆动剧烈，减小了锤头的冲击力。卷扬机的转筒要对准地滑轮槽口，以防止钢丝绳槽口绞断发生事故。
2.2.2埋设护筒
护筒内径应比冲击头直径大100㎜以上，其上部宜开设1～2个溢浆孔。护筒埋设一般采用挖埋法，即开挖至护筒底部土层后，将护筒放入其中。埋设应准确、水平、垂直、稳固，保证桩机沿着桩位垂直方向顺利工作。在一般的地质情况下，护筒外侧可用粘土回填夯实，以保证其垂直度。如在地下水丰富的地区如河边等，可在护筒外围底部垫厚约20cm的胶泥用脚踩实，然后交错叠放草袋一直到略低于护筒口为止。这样可防止地下水渗透并固定护筒。
本工程护筒用8mm的钢板制作，其内径为2m（比桩径大0.5m），高度为3m。为增加刚度防止变形，在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋。其底部埋置在地表下2.5m，护筒顶高出地面0.5m，其底脚高于地下水位以上1.5m，以保持孔内水位高于孔外水位或地面，使孔内水压力增加，利于保护孔壁不塌孔。
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2.3施工过程技术措施及质量控制
2.3.1冲孔
冲孔过程一般分为三种情况，即刚开孔、正常冲孔及冲击坚硬石头或岩层。
开孔：在开孔阶段即护筒底以下3～4米范围内控制进尺不宜太快，低锤密击，低冲程多次数，这样产生的冲击力小，利于加强孔壁，尽可能使孔壁受水平力的挤压而逐渐密实，不容易产生塌孔。
正常冲孔：经过开孔阶段之后，即开始正常冲孔，这个时候可以加快锤击速度，冲程也可逐渐增加。
冲击坚硬石头或岩层：坚硬石头岩层表面大多是凹凸不平或倾斜的。在刚冲孔进去时，最容易产生偏孔。遇到此情况时，通常可以在底部抛掷一些硬度相似的片石，将斜面和凹凸不平之处填平。然后再按照开孔时做法，低锤密击，把石头击碎挤入孔壁。孔底平整后受力均匀，不会产生偏孔。同时可降低泥浆浓度，减少阻力和粘锤。对已经偏斜的桩孔，降低锤击速度，上下往复扫孔进行纠偏。
冲孔最容易遇到的问题就是塌孔。施工时根据不同的地层情况，制作不同配比的泥浆。遇到回填土、松软层或流砂层时，要加强护壁，有条件的情况下，可以加长护筒高度。在地下水位过高时，应升高护筒，加大孔内水头，防止地下水由外而内渗透。
在本工程中，其中1#桥台1、5、9#孔地质从地表往下8米均为粉砂层。1#孔冲孔至10m时护筒周边开始塌孔，打入24根长4.5mφ28的钢筋进行保护，但未能解决塌孔；5#孔当冲孔进行至19m深度时，出现塌孔现象，及时采用加黄泥和片石填充无效，一直持续塌孔至护筒下8m，包括周围的地面也有塌陷现象，情况非常危险。经参建各方讨论，采用了如下方法处理：
1）采用机械挖开护筒周边土方，浇筑深度为2m，长宽为4×4m的C20混凝土，固定护筒，防止其掉落；
2）用片石加黄泥回填至地表高度，采用低冲程，慢进尺的方式进行冲孔，每进尺1m深度时，回填50cm的片石和黄泥及水泥5包，直至冲至10m深度以下时，方才正常冲孔。
实施以上方法处理共使用了300m3的黄泥、片石、卵石及18t的水泥。通过采取以上的处理措施，及时阻止了周围地面塌陷继续发展。随后通过反复冲孔、回填片石卵石黄泥等，加强桩孔护壁，同时也增强了桩孔周围地基承载力，最终顺利的完成桩基成孔施工。
2.3.2钢筋笼的制作及安放
钢筋笼制作完成后，注意防止其扭曲变形，应平卧堆放在平整的地面上，堆放层数不得超过二层。为了吊装方便，钢筋笼不宜太长，可根据桩孔深度及其总长度分节连接。钢筋笼入孔安装时要保持垂直，四周要设置砼垫块，确保钢筋保护层厚度。在起吊安放钢筋笼时速度要慢而且均匀，否则可能引起钢筋笼变形。放入孔内后，要吊直扶稳缓缓下放，防止钢筋笼在孔内晃动碰撞孔壁，引起塌孔。钢筋笼放入孔内时如受阻力，不得强行放入，必要时应拔起重新清孔，确保钢筋笼和桩孔的中心重合。
2.3.3导管安放及二次清孔
导管壁厚不宜小于3mm，直径宜为200~250mm；直径偏差不应超过2mm。导管的分节长度可视工艺要求确定，底管长度不宜小于4m，导管按照放至孔底0.3m左右确定总长度。导管安装前要检查密封性和圆整度，检查接头、密封圈等是否完好无缺，确保导管严密牢固。本工程导管每节长度为2.53m，接头采用22cm螺纹方扣快速接头。导管应提前试拼装和试压，试水压范围为0.6~1.0Mpa，确认无问题后按拼装顺序摆好。导管使用后要对内外进行清洗，以便下次使用。
在钢筋笼、导管安放完毕，进行混凝土浇注之前，要进行第二次清孔。这是冲孔灌注桩施工中一项极为关键的工序，直接影响桩基的承载力。本工程二次清孔控制指标泥浆比重1.03～1.15，孔底沉渣厚度≤50mm，含砂率2%，相对粘度17～20s。不得使用加深冲孔深度的方法代替清孔。
2.3.4水下砼灌注施工
水下砼灌注是最终决定冲孔灌注桩质量的关键工艺，要高度重视。首先要保证砼的和易性、水灰比、塌落度及初凝时间达到设计要求。混凝土流动性不宜太大，其塌落度一般控制在18～20cm左右。水下砼灌注遇到的常见问题是钢筋笼上浮、桩身砼夹泥或断桩、桩头露筋或桩顶强度达不到要求。
1）钢筋笼上浮。砼开始进入钢筋笼后，砼上升速度不宜过快，导管埋入砼深度应取3～4m为宜，提升导管时防止导管钩住钢筋笼将其带上。
2）桩身砼夹泥或断桩。除前面提到的防止塌孔、二次清孔、严格控制孔底沉渣厚度之外，还要注意砼浇注过程中导管提升要缓慢，严格控制导管埋深，导管应始终埋入砼内1米以上。拔导管时，必须进行计算控制拔导管后砼的埋深，不得凭经验拔管，防止导管脱离砼面，导致断桩。但导管也不能埋设太深，否则提管比较困难，容易发生问题。
3）桩头露筋或桩顶强度达不到要求。严格控制砼的超灌量，当砼灌至设计桩顶标高时，应当继续向上超灌，超灌量以超过设计桩顶标高0.8～1m为宜。超灌部分直径也要加大，保证凿除泛浆高度后暴露的桩顶混凝土强度达到设计要求。
3.结束语
根据《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004）第3.1.3规定，本工程在全部桩基施工结束后，对其进行了超声波检测及高应变检测。超声波检测目的是判定桩身完整性，检测范围是全部24根桩。检测结果是23根桩桩身完整，为Ⅰ类桩（占试桩数95.8 %），1根桩桩身存在轻微缺陷，为Ⅱ类桩（占试桩数4.2%）。高应变检测目的是测定单桩轴向抗压极限承载力，检测范围是1#、2#桥台各选择1根桩。检测结果是2根桩单桩轴向受压容许极限值均不小于9875.1kN，满足设计要求。在实际的施工过程中，影响灌注桩成桩质量的因素很多，但只要充分准备，精心组织施工，做好施工过程控制，是可以保证成桩质量的。
论文作者:赖慧科1,魏兴增2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/18
标签：冲孔论文; 导管论文; 钢筋论文; 桥台论文; 桩基论文; 工程论文; 进尺论文; 《基层建设》2018年第24期论文;