上海宝冶集团有限公司 200941
摘要：冲孔灌注桩对各种地质条件适应性好、操作简单，已成为最广泛应用的桩型之一。由于灌注桩施工大部分在地下进行，隐蔽性较强，施工过程无法用肉眼直接观察，较容易出现质量问题。本文结合工程实例，分析了含泥中砂地质中冲孔灌注桩成孔质量控制的重点和难点，确保成桩质量得到有效控制。
关键词：冲孔灌注桩；含泥中砂；成孔质量；预防措施
1.工程概况
福州高新区海西高新技术产业园创新园三期D、E楼工程位于福州市高新区高新产业园内，总建筑面积145753㎡，占地面积22655㎡，共用一个地下室，单体数量2个，均为高层研发办公楼，为框架-核心筒结构。其中D楼主楼地上23层，地下2层，建筑高度99.9m，总建筑面积72256㎡；E楼主楼地上30层，地下2层，建筑高度130m，总建筑面积77706㎡。本工程根据勘测院提供的岩土勘察报告，结合工艺要求故采用泥浆护壁冲孔灌注桩。
2.冲孔灌注桩
2.1含义
灌注桩包括冲孔、钻孔、沉管、人工挖孔、爆扩等成桩方式，冲孔灌注桩是灌注桩的一种，冲孔是用在施工现场桩位上，冲击钻机把带钻刃的重钻头（又称冲锤）提高，靠自由下落的冲击力来削切岩层，排出碎渣成孔，本工程采用钢丝绳式冲击钻机，钻头的大小根据设计桩径选择，根据设计图纸桩径为1000mm，根据设计桩径来选择钻头大小，锤重一般在3000kg-10000kg，本工程采用的锤重为3500kg。灌注桩是成孔后下放钢筋笼灌注水下混凝土而成。冲孔灌注桩具有对周边环境及构筑物影响较小、桩长及桩径可根据设计自由变化、单桩承载力较大、可适应地质条件多等优点。但同样具有工作效率较低、成孔工艺较复杂、易产生质量事故等缺点。
2.2质量控制的重点与难点
冲孔灌注桩施工工序多，影响质量因素多，由于本工程场地为冲淤积平原地貌，含泥中砂层较厚，普遍达到24米，最厚处达32m。当桩孔深度较大时，在冲孔过程中孔内泥浆的含砂率较大，泥浆粘性较差，使得护壁效果降低，容易诱发塌孔等事故，对成孔成桩质量影响极大。
2.3冲孔灌注桩主要施工工序
2.3.1护筒埋没
泥浆护壁施工是在静水压力下进行冲孔作业的，为保护孔口防止坍塌，形成孔内水头并保证定位准确。本工程选用整体式钢制护筒，壁厚15mm，高度2m，内径为1200mm，同时为增加护筒的刚度，防止周转使用中的变形，护筒顶端设15cm宽的钢板条加劲箍和吊环。护筒上部设置2个溢浆孔，用略大直径的锤头开孔，锤至约2m后，用冲孔钻机的吊机将护筒吊起慢慢放入孔内，由于福州地区短时强降雨较多，故其顶端高出地面35cm，底部及周围用粘性土回填，并夯实以防漏水。控制护筒埋设保持垂直，护筒中心与桩位中心应重合，偏差小于50mm，护筒倾斜率小于1%。
2.3.2泥浆制备
冲孔灌注桩成孔主要靠泥浆的静压力平衡桩孔周围土体对孔壁的侧压力。在施工中泥浆的护壁效果直接影响成桩质量。在测定泥浆材料性能的基础上，应试配泥浆的最佳配合比。新制备的泥浆必须进行一次测试，开孔使用前进行一次测试，钻孔过程中测试一次，钻孔结束后在孔底以上500mm处取泥浆样品测试一次，回收泥浆处理后必须进行测试；施工期间护筒内的泥浆面应高出地下水位1.0m以上；混凝土浇筑前，必须按照规范进行清孔，确保孔底500mm以内的泥浆比重小于1.25，确保含砂率≤5%、粘度≤18～22s。
2.3.3钻机就位冲孔
桩机就位前，对桩位周围的原地面进行整平，为桩机提供稳定、坚实的支承面，通过自移动系统，把桩机移至桩位，调整桩机导向架位置，使冲锤垂直于原地面，保证桩身垂直度。为防止产生梅花孔，在钻孔锥顶和提升钢丝绳之间设置保证钻头自动转向的装置。开孔时，应低锤密击，反复冲击造壁，孔内泥浆面应保持稳定。排渣采用正循环泥浆循环方法，泥浆泵启动后，应待形成循环泥浆正常，再下放冲击锤至孔底。冲击钻进中认真细心观察进尺情况和排水出碴情况，持力层鉴定以及在持力层中每钻进100～500mm应清孔取样一次，以备终孔验收。冲孔达到要求孔深停钻后，冲击锤提离孔底50～80mm，保证正常循环清孔，直到符合清孔标准为止。
清孔完毕后应尽快进行终孔验收、吊放钢筋笼、下放导管等工作，下放导管后要进行二次清孔，从清孔停止至混凝土浇灌，时间应控制在2h内，否则应重新清孔。
2.3.4混凝土浇筑
混凝土应采用水下混凝土，混凝土灌注必须连贯不得中断，以防止砼流动性变差，混凝土浇灌过程中，应始终保持导管位置垂直居中，不得碰撞钢筋笼，提升导管时需专人指挥，不得使钢筋笼倾斜、位移或者上升，若发现钢筋笼上升，应立即停止提升砼导管，操作人员摇动导管使之与钢筋笼脱开；混凝土浇筑至桩孔上部4.0m时，不再提升导管，待砼浇筑至设计标高后再拔出。灌注至桩顶设计标高后通常多浇筑一倍桩径长度，具体根据设计而定，确保凿去桩顶浮浆后，桩顶混凝土的强度可以达到设计强度。
3.含泥中砂地质影响成桩质量因素分析
结合本工程实际案例，分析现场施工产生的质量问题，结合相关资料，忽略时间及人为因素在施工中的影响，在含泥中砂地质中影响成桩质量主要有以下因素：（1）钢筋笼整体刚度差；（2）造浆材料不符合要求；（3）泥浆比重不符合要求。
4.预防及控制措施
4.1钢筋笼整体刚度差
钢筋笼整体刚度差，易导致钢筋笼吊放时，笼体变形，碰撞孔壁，形成塌孔。在实际工程中，针对此类问题一般有两种方式解决，一是加大钢筋笼整体刚度；二是改变钢筋笼吊装方式。
（1）调整加劲箍间距，增加加劲箍数量
在实际施工作业中，因成本控制原因，基本无法增加箍筋直径，通常采用增加加劲箍的方式对钢筋笼刚度进行加强。本工程设计蓝图中，钢筋笼每隔2m设置一个φ16的加劲箍，但由于部分钢筋笼整体尺寸过长，导致钢筋笼受尺寸因素影响较大。因此联系设计院，修改钢筋笼加劲箍密度，对于桩长超过30m的桩的钢筋笼将原加劲箍密度由每隔2m设置一道改为每隔1.5m设置一道，桩长不超过30m的仍按照原设计设置。
（2）改变钢筋笼吊放方式
正常冲孔灌注桩施工时钢筋笼采用桩机直接吊运，桩机吊放钢筋笼对钢筋笼刚度要求高，导致钢筋笼下放时变形较大。为防止变形，将原先采用的桩机吊放钢筋笼改为吊车吊放钢筋笼，且控制钢筋笼下沉速率不超过0.5m/s，就可保证钢筋笼吊放过程中减少对孔壁的不正常碰撞。
4.2造浆材料不符合要求
在冲孔灌注桩施工过程中，每根桩在施工前都需要进行制造冲孔所需的护壁泥浆。因此泥浆的质量好坏将直接影响到冲孔灌注桩的成孔质量。部分桩机施工时，利用清水和原土造浆，导致浆液成浆速率较慢且浆液质量较差，对护壁效果影响较大。在实际施工中在泥浆中加入水泥或膨润土均可以有效提高泥浆的护壁性能，在开孔时成浆效果不好的孔位添加水泥，可有效提高泥浆的稠度，增强泥浆的护壁效果，保证泥皮的稳定性能。
4.3泥浆比重不符合要求
因本工程地下岩层分布情况存在差异，软弱土层较厚，特别是对泥浆比重影响较大的淤泥质土层等变化较大，设计桩端持力层为第九层中-微分化花岗岩，导致在成孔过程中泥浆比重难以控制。在施工中应多查阅地勘资料，了解每个桩位地下岩层分布情况，增加泥浆比重测量频次，发现泥浆比重突变及时进行调整，泥浆比重增加则加大清水掺入，比重减小则投入水泥/粘土。
结束语：
本文通过对冲孔灌注桩成桩缺陷的梳理，分析了影响含泥中砂地质中冲孔灌注桩成桩缺陷的几种因素，并提出了相应的应对措施。在分析冲孔灌注桩成桩缺陷及预防措施之余，我们还必须注意施工时人为因素的影响。预防各种类型成桩缺陷，必须着重提升桩基施工人员职业能力，完善质量管理水平，建立系统化、常态化的动态管理制度和方法，只有这样冲孔灌注桩的施工质量才能得到切实保证。
参考文献：
[1]袁和平.冲孔灌注桩成孔质量控制初探[J].福建建材，2015（2）：55-57.
[2]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.