樁基沖擊成孔的施工工藝分析

葉樣清 楊 詠

（江西省地礦局九一二大隊(duì)路橋公司，江西 鷹潭 335000）

1 前言

沖擊鉆成孔施工，利用樁機(jī)動(dòng)力裝置將具有一定重量的沖擊鉆頭，在一定的高度內(nèi)使鉆頭提升，然后突然使鉆頭自由降落，利用沖擊動(dòng)能沖擠土層或破碎巖層形成樁孔，再用掏渣筒或其他方法將鉆渣巖屑排出，每次沖擊之后，沖擊鉆頭在鋼絲繩轉(zhuǎn)向裝置帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，從而使樁孔得到規(guī)則的圓形斷面。本文對樁基沖擊成孔的施工工藝作一分析。

2 沖擊成孔的特點(diǎn)

巖土在沖擊錘的高速加載作用下，不易產(chǎn)生塑性變形，主要表現(xiàn)為脆性增加，瞬時(shí)產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，有利于巖土裂隙的擴(kuò)展，形成大體積破碎。樁基沖擊成孔具有如下幾個(gè)特點(diǎn)。

①施工時(shí)受地質(zhì)條件影響較小，能有效地鉆進(jìn)基巖和砂卵石地層，因此可根據(jù)設(shè)計(jì)承載力的大小調(diào)整進(jìn)入基巖深度滿足結(jié)構(gòu)荷載要求。②在含有較大卵礫石層、漂礫石層中施工成孔效率較高。③鉆進(jìn)時(shí)孔內(nèi)泥漿循環(huán)的作用，使得懸浮鉆渣循環(huán)至地面排除，并保持了孔壁穩(wěn)定，泥漿用量少。④設(shè)備簡單操作方便，鉆進(jìn)參數(shù)容易掌握，設(shè)備移動(dòng)方便，對鉆具磨損小并且易于維護(hù)和保養(yǎng)，機(jī)械故障少。⑤沖進(jìn)過程中，只有提升鉆具時(shí)才需要?jiǎng)恿Γ@具自由下落沖擊是不消耗動(dòng)力的，能耗小。和回轉(zhuǎn)鉆相比，當(dāng)設(shè)備功率相同時(shí)，沖擊鉆能施工較大直徑的樁孔。

該方法存在著成孔速度相對較慢和施工噪聲污染的缺點(diǎn)在一定程度上限制了該工藝的應(yīng)用范圍。

3 樁基沖擊成孔的施工工藝

3.1 測量放線、確定樁位

樁位放樣須經(jīng)有關(guān)部門驗(yàn)收合格后方能進(jìn)行開孔施工。根據(jù)甲方提供的水準(zhǔn)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀做好施工中的高程控制，確保各樁底標(biāo)高正確。

3.2 埋設(shè)護(hù)筒

鋼護(hù)筒內(nèi)徑應(yīng)比樁徑大200mm～400mm,采用挖埋法，護(hù)筒底部及四周用粘土填實(shí)，護(hù)筒的頂端高程，高出地下水位或孔外水位5m，同時(shí)滿足高出地面0.3m。護(hù)筒的底端埋里深度1m-1.5m，并在頂部焊加強(qiáng)筋和吊耳，開出漿口。鉆進(jìn)過程中要經(jīng)常檢查護(hù)筒是否發(fā)生偏移和下沉，并及時(shí)處理。

3.3 鉆機(jī)定位

在鉆機(jī)就位前，對埋設(shè)護(hù)筒的位置、深度和垂直度進(jìn)行復(fù)核，以確保樁位的準(zhǔn)確性；鉆機(jī)就位后，底座和頂端應(yīng)平穩(wěn)，不得產(chǎn)生位移和沉陷，對較軟土質(zhì)采用袋裝砂礫土填平，上鋪雙層枕木的方法。鉆機(jī)鉆錘中心和鋼護(hù)筒中心位置偏差不得大于2cm。

3.4 鉆孔

開始鉆孔時(shí)，加清水在護(hù)筒內(nèi)打漿采用小沖程，待泥漿均勻后方開始鉆進(jìn)。進(jìn)尺要適當(dāng)控制，對護(hù)筒底部要慢速鉆進(jìn)，使底腳處有堅(jiān)固的泥皮護(hù)壁。鉆至護(hù)筒底部1m后可按土質(zhì)情況以正常速度鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中注意土層變化，每進(jìn)尺2m或在土層變化處必須撈取清渣樣判斷土層，記入鉆孔記錄表并與地質(zhì)柱狀圖核對。

鉆孔過程中，始終保持孔內(nèi)水位高出地下水位或河中水位1.5m～2.0m。同時(shí)鉆孔的樁與新澆筑完的樁距離不小于5m且在樁距間5m內(nèi)的任何混凝土灌注樁完成后2小時(shí)后，才能開始鉆孔，以避免干擾鄰樁混凝土的凝固。沖程應(yīng)根據(jù)土層情況確定，在通過堅(jiān)硬密實(shí)的砂石時(shí)采用高沖程(4m～5m),粘土層圓礫石土層采用低沖程。在礫層或松散的卵石夾土層時(shí)采用小沖程 (1m～2m)，并相應(yīng)提高泥漿的粘度和相對密度。

換漿除渣或其他原因停止鉆時(shí)，鉆頭必須提出孔口外，再次開鉆時(shí)應(yīng)由低沖程逐漸加大到正常沖程以免卡鉆。須按時(shí)除渣，直到泥漿內(nèi)含渣量顯著減少，無粗顆粒為止。

3.5 清孔

成孔達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，孔底地質(zhì)情況符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求后，清除孔底沉渣，經(jīng)技術(shù)員自檢合格后及時(shí)通知現(xiàn)場監(jiān)理工程師及業(yè)主驗(yàn)收，報(bào)驗(yàn)合格后應(yīng)及時(shí)終孔。但是孔樁不能停止泥漿對孔內(nèi)的循環(huán)工作，否則將造成嚴(yán)重的孔內(nèi)坍塌，從而造成對清理工作結(jié)束后的孔樁進(jìn)行再次回填粘土、沖擊、調(diào)制泥漿進(jìn)行對孔內(nèi)循環(huán)。清孔處理的目的是使孔底厚度、循環(huán)液中含鉆渣量和孔壁泥垢厚度符合質(zhì)量要求或設(shè)計(jì)要求，也為灌注混凝土創(chuàng)造良好的條件。

3.6 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠吊裝時(shí)對準(zhǔn)孔位，盡量豎直輕放、慢放，遇障礙物可慢起慢落和正反旋轉(zhuǎn)使之下落，無效時(shí)立即停止下落，查明原因后再安裝。不允許高起猛落，強(qiáng)行下放，防止碰撞孔壁而引起坍塌。入孔后牢固定位，容許偏差不大于5cm，并使鋼筋籠處于懸吊狀態(tài)。鋼筋籠下至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，校正其中心位置，采取孔口固定措施，防止灌注混凝土過程中偏移。

3.7 驗(yàn)孔

灌注樁孔用泥漿循環(huán)清除孔底沉渣，鋼筋籠安裝后再次檢查孔底沉渣,采用灌注導(dǎo)管進(jìn)行二次清孔，直至符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求(孔底沉渣厚底≤50mm)，并經(jīng)甲方、地勘、設(shè)計(jì)、現(xiàn)場監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后及時(shí)進(jìn)行混凝土澆灌。

3.8 混凝土澆灌

樁孔采用導(dǎo)管法水下灌注，灌注的混凝土靠自重密實(shí)。灌注前須正確安裝導(dǎo)管，進(jìn)行二次清孔，且導(dǎo)管的平直度和密封性須符合要求；配制的混凝土坍落度18cm～22cm，和易性好；為確保初灌量，混凝土用泵送至大儲(chǔ)量漏斗進(jìn)行初灌，灌注過程中控制好埋管的深度，嚴(yán)禁導(dǎo)管拔離混凝土面；為保證樁體澆注質(zhì)量,砼填心量應(yīng)大于實(shí)際工作量，灌注預(yù)留浮漿厚度≥0.5m。

4 施工中常見問題及解決措施

采用沖擊成孔灌注樁進(jìn)行地基處理過程中，由于施工方法存在差異，往往會(huì)產(chǎn)生各種質(zhì)量事故。經(jīng)實(shí)踐總結(jié)，易發(fā)生的質(zhì)量事故主要有以下幾種情況。

4.1 斜孔、彎孔

在施工沖擊成孔灌注樁時(shí)，有時(shí)施工人員為加快施工進(jìn)度，加大沖擊速度，致使沖擊錘向巖土中軟弱方向滑移，形成斜孔。若在遇豎向型不規(guī)則洞隙的位置沖擊時(shí),易沿洞隙發(fā)育位置形成彎孔。

預(yù)防措施：在對基巖沖擊時(shí)，特別要注意場區(qū)各地段的基巖埋深，石芽、溶溝、溶槽、溶蝕裂隙、溶洞等發(fā)育特征；放慢沖擊速度，改變沖擊頻率，用低頻率低落距沖擊。

處理措施:對單個(gè)石芽或孤石，用預(yù)爆或者高低沖程交替沖擊，將石芽或孤石擊碎或擠入孔壁；對溶溝、溶槽，向樁孔內(nèi)拋填塊石、片石，填入的塊石、片石應(yīng)高于傾斜面0.5m以上，用低沖程沖擊，將塊石、片石擠入溶溝、溶槽內(nèi)，沖擊錘全斷面進(jìn)入巖體后，再進(jìn)行正常沖擊；如仍未能糾正斜孔、彎孔，用低標(biāo)號混凝土灌填，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行沖擊，直到孔位糾正為止。

4.2 塌孔

施工過程中，塌孔易使樁孔報(bào)廢，給施工帶來極大的困難。其產(chǎn)生原因主要是:在飽和粘性土及礫砂層中沖擊時(shí)，泥漿比重不夠，泥漿質(zhì)量達(dá)不到要求，不能保證孔壁穩(wěn)定性；孔內(nèi)水頭高度不夠或存在承壓水，形成靜水壓力；沖擊錘撞擊孔壁或鋼筋籠下放時(shí)撞擊孔壁；由于掏渣后未及時(shí)補(bǔ)充泥漿，孔內(nèi)水流失等而造成孔內(nèi)水頭高度不夠。

預(yù)防措施：根據(jù)不同地層，選配相應(yīng)的泥漿；嚴(yán)格按規(guī)范及相關(guān)工藝要求進(jìn)行施工，并經(jīng)常注意孔內(nèi)泥漿高度，并監(jiān)控泥漿質(zhì)量。

處理措施：在飽和粘性土及礫砂層中沖擊時(shí)，應(yīng)控制沖擊速度，選用較大比重、粘度、膠體率的泥漿。或投入粘土塊、塊石、卵石，低錘沖擊，使泥漿濃度增大，將塊石、片石擠入孔壁增強(qiáng)護(hù)壁強(qiáng)度；若孔口坍塌時(shí)，應(yīng)立即拆除護(hù)筒并回填樁孔，重新埋設(shè)；若發(fā)生孔內(nèi)坍塌，判明坍塌位置,回填砂和粘土到塌孔位置以上1m～2m，如果塌孔嚴(yán)重，應(yīng)全部回填至孔口，再重新沖擊；吊入鋼筋籠時(shí)應(yīng)對準(zhǔn)孔心豎直插入；清孔時(shí)應(yīng)保證孔內(nèi)水頭高度，并保證泥漿質(zhì)量，清孔完成后，應(yīng)立即進(jìn)行下道工序；嚴(yán)格控制沖程高度和清除孔內(nèi)石芽或孤石時(shí)的炸藥用量。

4.3 卡鉆

造成卡鉆的主要原因有：由于溶溝、溶槽巖面傾斜，頂板厚度不均，鉆孔時(shí)容易出現(xiàn)偏孔，需要頻繁糾偏，以致貫穿鉆孔全過程，糾偏過程最容易出現(xiàn)卡鉆；鉆頭轉(zhuǎn)向裝置不靈活而卡鉆；沖穿溶洞頂板過程太快或鉆頭轉(zhuǎn)向不靈活致使鉆孔不圓順，形成梅花孔，造成提鉆受阻卡鉆等。

卡鉆的預(yù)防與處理措施：經(jīng)常檢查鉆具、鋼絲繩及鉆頭的磨損程度，消除事故隱患；溶溝、溶槽巖面不規(guī)則，傾斜角度較大且已下護(hù)筒時(shí)，易發(fā)生護(hù)筒底部卡鉆現(xiàn)象，應(yīng)回填高出護(hù)筒底0.5m的小塊石后,采用“重錘輕打”法鉆進(jìn)，并適當(dāng)減緩鉆進(jìn)速度；卡鉆后若鉆頭可以上下活動(dòng)，利用鉆機(jī)上下提動(dòng)鉆頭，并用撬棍撥動(dòng)大繩使鉆頭旋轉(zhuǎn)，反復(fù)多次，一般可提出鉆頭。

5 結(jié)束語

沖擊成孔技術(shù)在橋梁樁基礎(chǔ)施工中已被廣泛應(yīng)用，尤其在地質(zhì)復(fù)雜，嵌巖深度較深的樁基中，優(yōu)勢明顯。當(dāng)在具體施工時(shí)，應(yīng)注意處理好鉆碴過厚，影響鉆進(jìn)；水上平臺的穩(wěn)定性，減小擴(kuò)孔率；沖擊振動(dòng)對周邊樁基的影響或造成坍孔等問題。

[1]李世京，等.鉆孔灌注樁施工技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，1990.