张京佑1 陈俊杰2
1. 广东粤华发电有限责任公司 2.广东省电力工业燃料有限公司
一、概述
桩基础因其稳定性好、承载力高、沉降小等优点，是现代建（构）筑物中应用最广、最常见的基础结构形式之一，在全世界范围它都有着悠久的历史。在距今约12000年的智利文化遗迹中可见到桩的雏型；国内考古发现的最早的桩基础是在浙江余姚河姆渡遗址中发现的埋在地下的木桩，它们与木底架上的木梁、木板及上部屋架，构成了南方典型的干栏式建筑（架空式建筑物），距今约有7000年。而在我国宋代的经典建筑著作《营造法式》中的“壕寨功限”亦载有“筑临水基……每岸长五尺，钉桩一条。长一丈七尺，径五寸至六寸皆可用。……”的做法。随着经济的发展及科技的进步，现代桩基础已经因地制宜地发展出各类形式以满足不同的建筑需求。主要的划分有：按桩体所用材料可分成钢桩、砼桩、组合材料桩等；按施工机械及成桩工艺可分成长螺旋钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、潜水钻成孔关注桩、回旋钻成孔灌注桩、旋挖（含短螺旋）钻成孔灌注桩、冲击钻成孔灌注桩、沉管灌注桩、静压管桩、锤击管桩等；按受力状态可分成抗压桩、抗拔桩、水平受荷桩、复合受荷桩等。具体桩型与成桩工艺选取可参见《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中的附录A。
本文主要简述常用且具有代表性的采用简易冲孔桩机施工的混凝土灌注桩。
二、工程应用及一般施工流程
笔者曾参与过多个电力工程的建设，其中大部分工程的桩基础主要采用冲孔灌注桩。冲孔灌注桩拥有工艺成熟、打桩设备简单（常用简易冲孔桩机施工，俗称“手拉锤”）、施工费用经济、承载力高等优点，而且其对穿越不同地层的适应性较好，在淤泥层和砂层较厚的典型的淤积、冲积地质条件也可以使用，再者还能冲击穿越有旧基础、建筑垃圾回填区和大孤石等的场地，在改建、扩建工程中采用有优势。
冲孔灌注桩的一般施工流程为：桩位测量定位→埋设护筒及桩机就位→冲击成孔及泥浆循环→持力层判定及终孔判定→ 一次清孔→吊放钢筋笼及导管→二次清孔→水下灌注混凝土及逐节提升导管→拔出护筒→成桩养护→质量检测。
三、施工常见问题及应对措施
1、地质条件复杂，终孔判别困难
因冲孔灌注桩施工为地下隐蔽工程，在地质条件复杂的区域施工不容易判断是否达到持力层面或是否达到终孔条件。工程桩一般选用中风化岩层或微风化岩层作为持力层，为了更直观方便地进行岩面及终孔判别，常在打桩施工前进行施工勘察（超前钻），钻孔布置应参照前期已完成的工程详勘成果并结合经济性综合考虑，必要时可一桩一孔布置。对于嵌岩桩，应钻入持力层岩面之下3到5倍桩径，并应穿越夹层、溶洞、破碎带等，到达稳定地层，实际工作工常按照钻入持力层岩面不少于3m（大直径桩不少于5m）控制，并注意对大孤石的判别。结合工程详勘及超前钻成果，地质工代可更快速准确的确定岩面及判定终孔。
同时，有了钻孔的岩层数据，可借助各类的CAD软件、勘察专业软件或其他三维软件绘制三维的地质曲面图指导打桩施工。文中图2为某直径120m圆形煤场的三维地质曲面及桩图，笔者根据该工程的详勘及超前钻资料绘制而成。随着打桩施工的进行，持续地记录绘制每根桩图，可直观地为后续施工的相邻桩提供参照，并为查询各桩的深度、体积等信息提供了便利。
图2
2、掉锤
由于冲孔桩机的桩锤是循环往复地工作，主钢丝绳承受周期性的荷载，特别是钢丝绳绳卡处或桩锤转向装置吊环与钢丝绳接触处容易产生磨损、破坏，以致掉锤。为避免掉锤情况的发生，施工时应选用质优无断丝的钢丝绳，且其安全系数不应小于12，吊环与钢丝绳接触处应设置槽型护铁保护，施工过程中亦要定期检查钢丝绳、绳卡等易损部位，必要时进行更换。在桩锤上部应焊有打捞杠或打捞环，以备掉锤时可马上用打捞钩打捞桩锤。若发生掉锤事故且在地面采用打捞钩打捞失败，则只能由潜水员下孔进行打捞作业或废掉桩孔变更设计，这样或存在较大的安全风险，或增大费用耗费时间，所以施工时要尽量避免发生掉锤。
3、塌孔造成扩孔或颈缩
在淤泥、淤泥质土、砂层等软弱土层中冲击钻进，若无采取有效措施，桩孔易出现塌孔现像导致成桩扩大，在终孔后浇筑水下混凝土时发生塌孔则会导致桩身颈缩、夹泥或断桩。对于此类土层，应向桩孔投入黏土造浆，增加泥浆的相对密度至1.30~1.50，让桩孔孔壁形成较厚的稳定的泥皮护壁，防止塌孔，对不同的土层冲孔时泥浆相对密度要求可参考《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的表6.3.13；或者可根据具体的地质情况，有条件时选择合适长度的长护筒，让其范围穿越软弱土层，达到支护孔壁的目的。
4、成孔不垂直、偏孔
当土层（岩层）软硬不一、起伏较大时，冲击钻进过程中容易形成偏孔而影响成桩质量。桩锤落至孔底时若钢丝绳出现较大的摆幅则可判断孔底倾斜不平，可向桩孔内填入20~30cm大小的片石，填充孔底约30~50cm厚，并进行小冲程冲击修平孔底。
5、桩芯出现蜂窝孔洞、沟槽
冲孔灌注桩施工完成后，时有出现小应变及钻芯检测判定桩的完整性不合格，钻芯取出的混凝土芯样有蜂窝、沟槽甚至骨料松散、胶结差的现象，原因主要是施工过程中未有效地使桩身混凝土密实。为防止出现类似情况，应关注并做好下述几方面：
a.水下灌注混凝土坍落度应大于180mm，且混凝土应有较好的和易性；
b.混凝土灌注过程中应估算好桩孔内混凝土面及导管底部的高差，保证导管埋置在混凝土内2~6m，且应保证导管连接可靠、密封良好；
c.提升导管切忌过快，应保持慢速稳定提升，每次提管后应进行若干次回插，利用导管对混凝土进行插捣。
6、工程量争议
冲孔灌注桩施工为地下隐蔽工程，为减少工程结算的争议，甲乙双方一般采用单价合同，故准确地签证工程量十分关键。实际工程中，可能存在有各种原因造成计量不准，甚至可能会有打桩工人为多计工程量而造假数据，所以成桩后测量孔深应由建设方代表、监理人员、施工方代表共同见证计量，以确保工程造价受控。
另外，根据不同的桩基检测方案，需要预先考虑相应的检测配合工作，例如包括桩内埋置声测管、桩头开挖、桩帽制作、桩头破除（破除桩顶设计标高以上的泛浆层，并保护好桩顶锚筋）、桩顶打磨等等，此类工作涉及较大工程量，应明确在相应的工程承包合同中，避免漏项造成争议。
四、结语
冲孔灌注桩已经在国内应用了数十年，随着工程技术的发展，打桩设备亦在不断地改良和创新，就如在简易冲孔桩机上加装一套自动打桩配件则可有效提高打桩效率和降低劳动成本，又如旋挖钻机的普及更是令桩施工的效率及质量有了质的提升。但直至现时，使用简易冲孔桩机施工的灌注桩依然在各类工程中被广泛采用，对于多数的地质条件和场地环境，其仍具备优良的适用性和经济性。
参考文献：
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