巖溶地區(qū)沖孔灌注樁的施工技術(shù)

沈玉高

（核工業(yè)貴港工程勘察院 廣西 貴港 537100）

沖孔灌注樁具有穿透能力強(qiáng)、單樁承載力高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高層建筑物的基礎(chǔ)中，在廣西巖溶發(fā)育區(qū)，其應(yīng)用也越來越廣泛。在巖溶區(qū)進(jìn)行樁基施工，較其它基礎(chǔ)類型，其單樁承載力及完整性要求較高，對(duì)施工質(zhì)量控制較復(fù)雜。本文通過對(duì)賀州市XX工程的沖孔灌注樁施工，闡述沖孔灌注樁施工技術(shù)在巖溶地區(qū)的應(yīng)用及注意事項(xiàng)。

1 工程概況、場地地質(zhì)條件及特點(diǎn)

1.1 工程概況

擬建工程場地位于賀州市八步區(qū)靈峰廣場南側(cè)，緊鄰賀江東面，項(xiàng)目規(guī)劃總占地面積159468m2，以高層建筑為主（25～30層），少量多層建筑 （2～6層），設(shè)地下室一層 （基坑深度約4.5m），總建筑面積380576m2。基礎(chǔ)類型采用沖孔灌注樁，樁徑1000～2200mm，總樁數(shù)478根，其中樁徑1000mm的樁為抗拔樁，樁身混凝土強(qiáng)度C30，樁端持力層為中風(fēng)化石灰?guī)r，入巖不少于500mm。

1.2 場地地質(zhì)條件及特點(diǎn)

根據(jù)鉆探資料，場地工程地質(zhì)條件如下表：

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由上表可知，該工程有以下特點(diǎn)：下伏基巖巖面起伏大，石芽、溶洞、溶溝發(fā)育，施工難度大；場地粘土層造漿性能差，自穩(wěn)差，極易塌孔；場地含有卵石層、砂層，增加清孔難度。

2 沖孔灌注樁的施工工藝流程

場地平整→樁位放樣→樁機(jī)就位→埋設(shè)護(hù)筒，同時(shí)挖泥漿池，安裝泥漿泵→沖進(jìn)，同時(shí)制作鋼筋籠→清渣→沖進(jìn)、清渣循環(huán)作業(yè)至設(shè)計(jì)深度→吊放鋼筋籠→安放導(dǎo)管 （二次清渣）→澆灌樁身混凝土→成樁。

3 巖溶地區(qū)沖孔灌注樁施工難點(diǎn)

巖溶地區(qū)地質(zhì)形態(tài)異常復(fù)雜，現(xiàn)有地勘手段無法完全摸清。從實(shí)際已完工程項(xiàng)目的施工情況，結(jié)合本次工程施工完成情況來看，巖溶地區(qū)成孔有以下幾大難關(guān)。

3.1 成孔過程中漏水、漏漿現(xiàn)象普遍

由于溶洞的大小、分布、走向等地質(zhì)資料反映不可能十分準(zhǔn)確，施工過程中往往出現(xiàn)一些意外情況，在沖進(jìn)過程中因突然漏水、漏漿導(dǎo)致孔內(nèi)水頭迅速下降，導(dǎo)致護(hù)筒擠壓變形或塌孔、埋鉆，甚至地面大范圍沉降等重大安全事故。

3.2 成孔事故較多

由于巖溶地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，在施工過程中可能會(huì)遇到大溶洞、多層溶洞或孔內(nèi)有石筍、溶溝、孤石、巖面斜面、陡坎、異形等復(fù)雜情況，在成孔過程中塌孔、埋鉆、卡鉆、掉鉆、樁孔偏斜、移位、彎孔、梅花孔等事故均有發(fā)生；更為甚者，因漏漿嚴(yán)重導(dǎo)致地面大范圍塌陷引起樁機(jī)側(cè)翻或危及周邊建筑物的安全。

3.3 清孔難度大

沖孔灌注樁施工采用沖擊成孔工藝，會(huì)產(chǎn)生很多的泥渣、巖渣，怎樣清孔，使沉渣厚度及泥漿性能同時(shí)滿足規(guī)范要求，是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。特別是大直徑樁，因樁徑較大，增加了清孔的難度。有時(shí)換漿達(dá)到規(guī)范要求時(shí)，由于泥漿比重降低，粘度下降，又會(huì)重新發(fā)生滲漏、塌孔事故。

3.4 混凝土灌注難度大

由于樁徑大、樁長較長且?guī)r溶地區(qū)充盈系數(shù)較大，混凝土方量大、灌注時(shí)間長，所以樁身混凝土質(zhì)量控制難度很大。而且通過溶洞地段時(shí)，還易發(fā)生混凝土壓力過大引起孔壁坍塌造成混凝土流失而斷樁或縮徑。

4 沖孔灌注樁施工注意事項(xiàng)

4.1 導(dǎo)管的構(gòu)造和使用

導(dǎo)管壁厚不宜小于3mm，直徑宜為200～250mm；直徑制作偏差不應(yīng)超過2mm，導(dǎo)管的分節(jié)長度可視工藝要求確定，底管長度不宜小于4m，其他每節(jié)長度為2.53m，接頭宜采用雙螺紋方扣快速接頭；導(dǎo)管使用前應(yīng)試拼裝、試壓，試水壓力可取為0.6～1.0MPa；每次灌注后應(yīng)對(duì)導(dǎo)管內(nèi)外進(jìn)行清洗。

4.2 水下灌注混凝土的要求

水下灌注混凝土宜摻外加劑，必須具備良好的和易性，配合比應(yīng)通過試驗(yàn)確定；坍落度宜為180～220mm；水泥用量不應(yīng)少于360kg/m3（當(dāng)摻入粉煤灰時(shí)水泥用量可不受此限）；含砂率宜為40%～50%，并宜選用中粗砂；粗骨料的最大粒徑應(yīng)小于40mm；并應(yīng)滿足，粗骨料可選用卵石或碎石，其骨料粒徑不得大于鋼筋間距最小凈距的1/3。

4.3 灌注水下混凝土的質(zhì)量控制

樁孔深度必須符合設(shè)計(jì)要求，沉渣厚度嚴(yán)禁大于50mm；開始灌注混凝土?xí)r，導(dǎo)管底部至孔底的距離宜為300～500mm（樁徑小的取大值，樁徑大的取小值）；料斗應(yīng)有足夠的混凝土儲(chǔ)備量，導(dǎo)管一次埋入混凝土灌注面以下不應(yīng)少于0.8m；導(dǎo)管埋入混凝土深度宜為2～6m，嚴(yán)禁將導(dǎo)管提出混凝土灌注面，并應(yīng)控制提拔導(dǎo)管速度，應(yīng)有專人測量導(dǎo)管埋深及管內(nèi)外混凝土灌注面的高差，填寫水下混凝土灌注記錄；灌注水下混凝土必須連續(xù)施工，每根樁的灌注時(shí)間應(yīng)按初盤混凝土的初凝時(shí)間控制，對(duì)灌注過程中的故障應(yīng)記錄備案；應(yīng)控制最后一次灌注量，超灌高度宜為0.8～1.0m，且鑿除泛漿高度后必須保證暴露的樁頂混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.4 清孔

清孔目的是除去孔底沉淀的巖渣和比重較大的泥漿，以保證樁底和灌注的混凝土很好的接觸，保證樁的承載力。成孔后，第一次清孔用測繩下掛0.5kg重鐵砣測量孔深，核對(duì)至設(shè)計(jì)位置后，進(jìn)行清孔。清孔時(shí)遵守以下原則：（1）清孔后泥漿比重控制在1.05～1.20之間，粘度<28s，含砂率≤8%；（2）及時(shí)補(bǔ)充足夠的泥漿或清水，始終保持樁孔中泥漿面穩(wěn)定；（3）清孔后檢查孔底沉渣是否符合沖孔灌注樁規(guī)范施工允許的范圍內(nèi)時(shí)（<50mm），立即安放鋼筋籠。當(dāng)鋼筋籠安放好、導(dǎo)管下好后，用導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔。第二次清孔時(shí)間不少于30分鐘，測定孔底沉渣小于規(guī)范要求后，停止清孔。清孔結(jié)束后，應(yīng)盡快灌注混凝土，其間隔時(shí)間不能大于30分鐘。若間隔時(shí)間大于30分鐘，需重新測定孔底沉渣厚度。

4.5 鋼筋籠

鋼筋籠的制作宜在樁孔開孔后下料，成孔前制作完成；每節(jié)的長度不宜超過9米（底籠的長度不宜超過12米），也不宜短于5米，因?yàn)檫^長則吊起時(shí)易彎曲變形，過短則增加焊接時(shí)間且增加搭接斷面，對(duì)成樁的質(zhì)量及樁身受力不利。

5 常見問題的處理

5.1 孔壁坍塌

孔壁坍塌多數(shù)是由于泥漿性能不符合要求、孔內(nèi)水頭未能保證、機(jī)具碰撞孔壁等原因造成。

發(fā)生塌孔后，應(yīng)查明塌孔的位置在進(jìn)行處理。塌孔位置較深且不是很嚴(yán)重時(shí)，采用粘土回填至塌孔位置2～3m，并采取加大泥漿比重、改善泥漿性能、加高水頭等措施，繼續(xù)慢慢沖進(jìn)；塌孔嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)立即將樁孔全部用粘土夾礫石回填，如果無礫石土?xí)r，可采用粘土摻入5%～8%的水泥進(jìn)行回填，待孔內(nèi)回填土穩(wěn)定后重新沖孔；塌孔位置不深時(shí)，可采用加深護(hù)筒的方法，將護(hù)筒內(nèi)的填土夯實(shí)，重新沖孔。

5.2 樁孔偏孔

造成偏孔的主要原因是：樁錘偏心過大或掉齒；沖進(jìn)過程中遇有探頭石或障礙物；樁施工現(xiàn)場地質(zhì)巖層走向的坡度很大，或孔底土質(zhì)不均，巖石強(qiáng)度不一；場地平整度和密實(shí)度差，沖樁機(jī)安裝不平整或沖進(jìn)過程發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致樁孔偏斜；沖進(jìn)遇軟硬土層交界面或傾斜巖面時(shí)，沖擠巖層時(shí)巖層受力不均，造成偏孔。

預(yù)防處理措施：開孔前應(yīng)將場地壓實(shí)，機(jī)臺(tái)墊平墊穩(wěn)；不使用偏心過大的錘；定時(shí)檢查樁錘，發(fā)現(xiàn)錘齒磨損嚴(yán)重時(shí)應(yīng)及時(shí)更換或修補(bǔ)；注意泥漿循環(huán)，泥漿比重適宜；施工過程中，機(jī)架要穩(wěn)固，防止機(jī)架在施工過程中移動(dòng)、傾斜。發(fā)生偏孔后，若偏斜較嚴(yán)重的可向樁孔內(nèi)回填塊石和粘土塊，然后用低錘密沖，反復(fù)矯正，可收到較理想的效果。

5.3 梅花孔

常發(fā)生在樁徑較大且沖進(jìn)到較堅(jiān)硬的巖層中。目前沖孔樁施工用的沖錘主要有十字錘、人字錘和梅花錘等幾種，當(dāng)施工進(jìn)入較堅(jiān)硬的巖層后，若使用的樁錘錘高過大，且樁錘頂?shù)霓D(zhuǎn)向環(huán)又不靈便時(shí)，就很容易使樁錘在沖進(jìn)過程中沿著錘齒部位所形成的“軌道”沖進(jìn)，這樣樁孔壁將有少許凸向樁孔，這樣的樁孔稱為梅花孔，這樣就會(huì)導(dǎo)致鋼筋籠很難放下，即使鋼筋籠勉強(qiáng)可以放致孔底，如果梅花孔不作處理就灌注混凝土，那么該段樁芯混凝土便存在局部縮徑的隱患，驗(yàn)樁時(shí)就會(huì)出現(xiàn)樁基缺陷問題。此外，出現(xiàn)梅花孔還容易發(fā)生卡錘的施工事故。因此，在沖孔樁施工過程中，若發(fā)現(xiàn)有梅花孔，應(yīng)引起注意及時(shí)處理。

梅花孔的常用處理方法有兩種：重新修整樁錘；向樁孔內(nèi)回填塊石至梅花孔位置以上2m，檢查樁錘的轉(zhuǎn)向環(huán)是否靈活，然后低錘密沖，反復(fù)修孔。

5.3 鋼筋籠上浮

在灌注混凝土過程中隨著混凝土進(jìn)入樁孔內(nèi)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鋼筋籠上浮現(xiàn)象，造成鋼筋籠頂面超出設(shè)計(jì)標(biāo)高，而底面未達(dá)到設(shè)計(jì)深度，嚴(yán)重影響樁身質(zhì)量。造成鋼筋籠上浮的主要原因有：導(dǎo)管偏斜或法蘭盤不圓順，在上提導(dǎo)管時(shí)將鋼筋籠帶起上??；混凝土灌注過程逐漸趨于初凝，表面形成硬殼，混凝土上升會(huì)托起鋼筋籠上??；由于灌注漏斗過高或?qū)Ч艿锥司鄻兜走^大等原因，促使混凝土灌注下行速度過快，在混凝土面接近鋼筋籠底時(shí)，混凝土的沖擊力造成鋼筋籠上浮。

預(yù)防處理措施：下放鋼筋籠位置要居中，平穩(wěn)下放，防止卡掛鋼筋籠，在導(dǎo)管法蘭盤處加焊護(hù)罩處理，防止法蘭盤掛住鋼筋籠；在鋼筋籠頂端均勻選取四點(diǎn)，用鋼管一端插入鋼筋籠錨固筋內(nèi)，另一端引伸至孔口點(diǎn)焊在護(hù)筒或樁機(jī)上，以便鋼筋籠上浮時(shí)內(nèi)壓住鋼筋籠及通過引伸鋼管可判定鋼筋籠是否上??；控制好導(dǎo)管埋入混凝土的深度，最大不超過6m，最小不宜小于1.5m；控制混凝土灌注速度，灌注速度應(yīng)結(jié)合場地工程地質(zhì)條件而定，一般控制在30m3/h之內(nèi)。

［1］建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB5007-2008[S].

［2］建筑樁基技術(shù)規(guī)范.JGJ08-2008[S].

［3］陳躍慶.地基與基礎(chǔ)工程施工技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社[M].