冲孔桩施工相关问题研究

冲孔桩施工相关问题研究

谢明德

广西建工集团第二建筑工程有限责任公司

摘要：在工程中需使用冲孔桩技术进行施工成桩的好坏将会直接影响到主体建筑的承载力和安全使用功能，所以它的施工技术控制至关重要，其施工为整个工程提供质量保障。下面根据一个工程实例，分析了冲孔桩施工技术的控制要点。

关键词：冲孔桩；施工；问题研究

1.工程概况

1.1工程概况

工程位于贺州市，由12栋高层建筑26F及多层附属建筑组成，总建筑面积213434.66㎡，其中地下室建筑面积31200㎡，地上建筑面积182234.66㎡。

1.2分项工程概况

场地各岩土层由上及下依次为：耕土○11，厚度0.3m～0.7m，平均0.5m；红粘土○2，厚度1.6m～8.3m，平均4.69m；红粘土○3，厚度0.8m～15.9m，平均3.66m；红粘土○4，厚度1.4m～5.5m，平均3.45m；粉砂土○5，厚度1.6m～4m，平均2.8m；灰岩○6，厚度0.3m～10.2m，平均2.44m；灰岩○61，厚度1.9m～17m。

采用冲孔桩，根据设计图纸及勘察报告建议桩型。冲钻一般是针对地质条件不好的地方，如地下有孤石或基岩或其它用钻机无法钻进的地质情况，它的速度比较慢，但冲击功大，能将较坚硬的石头冲碎，从而达到成孔的目的。此工程土质有岩石层，并有其他不能进入，需要使用冲孔桩施工工艺。桩端持力层为微风化灰岩○6层，桩端承载力特征值qpa=7000KPa。桩端全断面进入完整岩的深度≥500。

护壁强度为壁用C20，护壁上口厚度150mm，下口厚度100mm；桩身混凝土强度等级为C30，桩身纵向钢筋的保护层为50mm。

2.施工方法

2.1冲孔桩施工工艺

1、施工工序

不论是哪种施工技术，都有其自身的工艺流程。冲孔桩施工工艺也有一定流程，如图1所示。

从图1可以看出，上述施工工艺都比较重要，本文将对以上几个重要环节进行简要分析。

2、测量放线

场地平整后放线定桩位，定位后要在每个桩位中心点打入一条800mm长钢筋做桩位标记，并用混凝土固定好。桩位放线后会同有关人员对轴线桩位进行复核。轴线桩位经复核无误后方可进行施工。

3、砼护壁应按下列规定设置

1）砼护壁的内模用护筒，护筒一般用4~8mm厚的钢板加工制成，高度为1.5~2m。冲孔桩的砼护壁内径应比钻头直径大200mm。砼护壁的顶部应开设1~2个溢浆口，并高出地面0.15~0.30m。

2）砼护壁有定位、保护孔口和维持水位高差等重要作用。护筒位置要根据设计桩位，按纵横轴线中心埋设。埋设护筒的坑不要太大。坑挖好后，将坑底整平，然后放入护筒，经检查位置正确，筒身竖直后，四周即用素混凝土C20浇捣，护壁厚度100mm，分层捣实，并随捣随观察，防止浇捣时护筒位置偏移。砼护壁浇捣好后应复核校正，砼护壁中心与桩位中心应重合，偏差不得大于50mm。

4、挖循环泥浆池

在桩位附近适当的位置挖一个1～2m、深约0.5～1m的泥浆池，此泥浆池仅作冲孔时，孔内泥浆循环使用。

5、冲孔机就位

护筒埋设结束后将冲孔机就位，冲孔机摆放平稳，冲孔机底座用钢管支垫，冲孔机摆放就位后对机具及机座稳固性等进行全面检查，用水平尺检查冲孔机摆放是否水平，吊线检查冲孔机摆放是否正确。

6、冲击成孔

通过卷扬机悬吊冲锤的冲击力把硬质或岩层破碎成孔，泥渣部分挤入孔壁，大部分采用泥浆循环的方法掏出。操作时，要先在孔口捣设砼护壁，然后冲孔机就位，使冲锤中心对准砼护壁中心，开始应低锤密击，锤高0.4~0.6m，并及时加片石、砂砾（或石子）和粘土泥浆护壁，使孔壁挤压密实，直至孔深达砼护壁底以下3~4米后，才可加快速度，将锤提高至1.5~2.0m以上转入正常冲击，并随时测定和控制泥浆比重。当在粘土和亚粘土层中冲击时，应采用中小冲程（0.5~1.0m）冲孔，并补充稀泥浆或清水，避免糊粘；如地下水位低，要加水补充，发现漏水及时补充，并应保持孔内水位高于地下水位1.5m左右，以防坍孔；遇岩层表面不平或倾斜，应抛入20~30cm厚块石，使孔底表面略平，然后低锤快击使成一紧密平台后，再进行正常冲击，同时泥浆比重可降到1.2左右，以减少粘锤阻力，但又不能过低，避免岩渣浮不上来，掏渣困难。

7、泥浆护壁与清孔

在钻进过程中，应随时补充泥浆，调整泥浆比重，泥浆作用：

1）泥浆夹带被钻头削碎的土颗粒不断从孔底溢出孔口，达到连续钻进连续排土。

2）加固保护孔壁，防止地下水渗入面造成坍孔。

在粘土中成孔时，可用水泵喷射清水，使清水和孔中钻头切削下来的土颗粒混成泥浆，称自造泥浆护壁，排渣泥浆的比重应控制在1.1~1.2；在易坍孔的砂土和粉砂中成孔中时，应设置循环泥浆池和泥浆泵，用比重为1.1~1.3的泥浆护壁；在穿过砂夹卵石层时，应提高泥浆比重至1.3~1.5。

冲孔达到设计要求深度后，应尽量把孔底沉渣捞清，以免影响桩的承载力。可吊入清孔导管，用水泵压入清水换浆；用清水换浆，如孔壁土质较好不易坍孔时，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5Mpa，使导管内形成强大高压气流向上涌，被搅动的泥渣随着高压气流上涌从喷口排出，直至孔口喷出清水为止。本法能使冲碎的卵石、石块由泥浆带出。冲孔入岩后，要取一次岩样，并妥善保管，以便终孔验证。施工时应采取保证桩身垂直性，冲孔成孔后，孔底沉渣厚度不应大于50mm。

清孔后应进行严格进行验孔，包括泥浆比重、含砂率、粘度。孔径、孔深标高、垂直度等，与监理业主设计单位确认岩层样本并保存，做好各种现场第一手资料并签字确认等，具体参考检验批验收记录表格。

施工应确保每个桩底下3倍直径及不小于5米深度范围内持力层完整，无溶洞、软弱夹层；超前钻深度不足时，须加深钻孔。确保桩全断面嵌岩和持力层厚度满足要求，满足要求后进行清孔验收。

2.2成品保护

1、混凝土灌注标高低于地面标高的桩孔，灌注混凝土完毕要立即回填砂石至地面标高。严禁用大石、砖墩等大件物件回填桩孔。

2、桩养护期间，严禁汽车、吊机、桩机等大型机械辗压桩位。严禁把桩体作锚固桩使用。

3、加工成型的钢筋或骨架运至现场，应分别按桩号编号和规等整齐堆放，保持钢筋表面清洁，防止被油渍、泥土污染或压弯变形；贮存期不宜过久，以免钢筋重遭锈蚀。

3成孔过程中常见质量问题成因及防治措施

3.1常见质量问题

1、缩孔

缩孔是指成孔后孔内局部段出现孔径小于设计孔径的现场。在下钢筋笼前可以用探孔器检查是否出现缩孔。缩孔主要与桩基处的土层性质和泥浆性能及孔内、外水头差有关，若在地层中含有遇水膨胀的塑性土或泥岩则易出现缩孔。另外，软弱土层在土压作用下想孔内变形也会产生缩孔，对于这种情况，施工过程中泥浆比重越大，孔内泥浆顶面标高与原地面标高的高差越大，出现缩孔的可能性就越小。若检查出有缩孔现象，可重新用冲击锤在缩孔处刷孔，同时提高孔内水头高度进行处理，处理后应尽快浇筑，防止在此出现缩孔。

2、塌孔

塌孔是指在成孔过程中或成孔后，孔壁坍落现象。若出现孔内水位突然上升溢出空外，随即骤降并冒出气泡，应该怀疑孔壁出现坍孔，可用探测仪探头或测深锤探测验证。

在沙性土层的冲孔过程坍孔问题几乎是不可避免的。出现坍孔的主要原因是孔内泥浆问题，若泥浆不能形成很好的泥皮，泥浆就没有良好的护壁作用，很容易出现坍孔现象，所以在沙性土层中冲孔，必须配制合格的泥浆，其稠度必须与土层性质相适应。另外若孔内泥浆的比重过小或孔内外水头差过小都容易出现坍孔现象。

对冲孔过程中的一般坍孔不需要进行特别的处理，若在下好钢筋笼后出现坍孔现象，则必须重新清孔，孔底沉渣厚度达到规范要求后再灌注混凝土，用混凝土填充坍孔的空隙。若出现严重的坍孔现象，坍孔造成的扩孔过大，可用优质粘性土回填至坍孔处以上不小于1m的高度，待其沉实后再重新冲孔。

3、成孔偏斜

成孔偏斜是指成孔后孔道不垂直，大于L/100，或孔道弯曲。在冲击锤自护筒向孔底的下沉过程中观察钢丝绳的位置变化可以判断是否成孔偏斜。

在钻孔成孔中容易出现成孔倾斜，冲孔成孔于是靠冲击锤的重力作用成孔，只是冲击锤的冲程合理，就不会出现孔道偏斜现象。有写作业人员为了提高进尺，在冲孔过程中不管实际地质情况如何都用大冲程，这样就容易造成孔道偏斜。若发生成孔偏斜，可以用冲击锤刷孔进行校正。

3.2预防及处理措施

1、缩径与坍孔的预防及处理措施：

减少桩孔周围作业振动，保持孔内水位高出地下水位2m以上；当出现缩径或坍孔时，加大泥浆比重，以稳定孔壁。在淤泥质粘土地层钻进时，容易产生缩径问题，钻进时应注意，每进尺一定深度后，上下提放钻头，重新扫孔，确保成孔直径；下放钢筋笼之前，先用验孔器进行验孔。放钢筋笼时应避免碰撞孔壁，使泥膜和孔壁破坏。

2、冲孔桩偏位的预防及处理措施：

冲孔桩成孔过程中，某些桩会出现偏孔现象，主要冲至地下岩层部分时，锤头冲击岩石过程中，摆动过大或岩层硬度不均匀所造成。预防措施：每天安排专人对桩位的垂直偏移度进行测量，发现稍有偏移时通过放慢冲击速率用锤头向偏离方向修补，通过局部扩大桩径来调整。若出现孔位有较大偏移时，须向孔内填充片石，将锤头调整至株桩位重新冲孔。

3.3冲孔桩的成本控制

在相同地质条件下，冲击成孔的施工成本低于其他成孔，其单价差也是较大。随着桩径的变大，单价差也在随之缩小。结合工效对比表可以看出，其他方式成孔相对于冲击成孔而言，其成孔工效为后者的3-5倍，而成孔费用平均为后者的1.24倍，其费用增速较缓但工效增速迅速。在增加费用的同时，其成孔工效大幅度提高，这对缓解工期压力、保证如期完工是极为有利的。

冲孔桩购机费用：1米桩径的桩机，每台大概11万左右，1.5米桩径的桩机，大概12万左右。价格相对低廉，设备购置费用较低。

维修费用、时长：需经常检查钢丝绳磨损情况、卡扣松紧程度、转向装置是否灵活，以免突然掉钻；冲击钻头磨损较快，每天均需检修补焊；遇地层不均匀，特别是岩溶地区容易出现卡锤、掉锤、斜孔等事故，维修耗时较长，但是维修成本较低。

材料成本：混凝土充盈系数约为1.2以上，混凝土用量远多于旋挖桩。

余泥排放：余泥量大约是理论方量的1.8倍左右，运输工程量增大且运输不便。

从上述成本费用可以看出，每个阶段的成本均需根据实际进行控制，使得其施工工艺得到质量保证。

4结束语

冲孔桩是一种桩孔和桩身均不可见的桩基形式。因此，与人工挖孔桩、锺击灌注桩或预制桩等桩孔或桩身可见相比，要确保冲孔桩的施工质量，将面对更多的困难。冲孔桩固然优势较大，但是也有不足，需要通过人工挖孔来弥补这一缺陷。需要在不断积累和总结施工经验的基础上，努力去探索和改进施工各环节检测手段，使施工质量有更好的保证。

参考文献：

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