沖孔灌注樁在孤石區內施工技術探討

文｜廣東省第四建筑工程公司 曾欽生

沖孔灌注樁因適用地質條件廣、施工簡單易操作且設備投入一般不大，得以廣泛應用于高層、超高層建筑的基礎。由于沖孔灌注樁的施工大部分是在水下進行的，在施工過程中常常會產生這樣那樣的施工難題，其中一個經常遇見且較難解決的問題就是遇孤石的處理。由于孤石的分布無規律、強度高、埋藏深度、數量、大小不一，按照目前常規的施工方法在有限的機械設備條件的基礎上，成功穿越孤石不是一件容易的事。本文結合親身體驗，對沖孔灌注樁在孤石地區施工出現的特殊現象和相應的處理技術作簡單的探討。

一、工程概況

廣東省內某綜合大樓設計共22層，總建筑面積25200m2。基礎設計采用沖孔灌注樁，總樁數155根，其中Φ800*97根，Φ1000*26根，Φ1200*22根，Φ1400*10根。持力層為中風化巖，樁端入巖1D（D為樁直徑），有效樁長24～36m。根據超前鉆資料顯示，分布超過3層以上孤石的樁位有43個，占總數的27.7%，其中11個樁位孤石分布超過5層，2個樁位孤石超過10層。孤石埋深變化大，從1.5～26米不等，厚度在0.3～5.2米之間。由此可見該工程地質情況非常復雜，施工過程中卡錘現象幾乎每隔3天就發生1次，掉錘累計發生7次，在動用專業潛水員協助打撈的情況下成功打撈6起，至今仍有1個錘埋在81＃樁21.5米處。

二、成孔中遇孤石時出現的特殊現象——卡錘、掉錘和偏孔

（一）卡錘

卡錘的原因和形式是多種多樣的，主要的形式有：

1、由于孤石硬度高，故在某斷面上不能很快形成圓形而形成與錘體類似的梅花形，錘體在升降過程中是自轉的，當錘體斷面跟樁孔梅花形斷面不吻合時，就會產生卡錘的現象。

2、當錘體一角下降過程中碰到某斷面中的凸起處時，猛然發生傾斜，錘體就會出現橫卡的現象。

3、沖孔過程中發生塌孔或松動石塊掉下造成卡錘。

4、樁錘在成孔過程中磨損嚴重，使錘頭形成“大蒜頭”，這也是卡錘不可忽視的原因。

（二）掉錘

1、鋼絲繩磨損嚴重，正常沖擊過程中被拉斷造成掉錘；

2、由于樁錘突然沖穿孤石，錘體出現懸空，此時瞬間拉力非常大，鋼絲繩被拉斷造成掉錘；

3、卡錘時急于拉起，用力過大拉斷鋼絲繩導致掉錘。

掉錘造成的損失是巨大的，一般來說打撈掉錘的可能性只有50%，丟失一個樁錘不僅僅是損失樁錘的成本（直徑1.2米樁錘市場價約1.8萬元）、延誤工期，而且常常需要補樁，給建設單位造成工期與投資的雙重損失（本工程81＃樁在21.5米處掉錘無法撈起需補樁，增加工程投資2.1萬元）。

（三）偏孔

1、孤石面常常是弧形的，成孔時樁錘總是在孤石表面發生傾斜導致偏孔，如孤石面弧度過大還常常會伴隨卡錘的發生；

2、由于成孔時遇見探頭石，因而所在的斷面位置一半堅硬、一半軟弱，樁錘總是往軟弱的一側傾斜，造成偏孔。

三、孤石處理的技術措施

（一）沖擊法

沖擊法是采用沖孔灌注樁成孔的方法來沖擊孤石，即將樁錘提升一定高度以后自由落下的沖擊力來沖碎孤石，然后利用泥漿循環或抽渣的方式來排除碎塊。樁錘可以采用加重錘（Φ1000樁徑樁錘可加大到3.2T），錘芽部分可焊接合金鋼或鋼軌，以提高破碎石的能力。

1、探頭石的處理

“探頭石”是指孤石未能覆蓋大部分樁孔。在成孔中遇見探頭石，鋼絲繩會明顯偏向一邊并左右晃動，如不加處理，將出現偏孔或卡錘現象。本工程采用的方法是先向孔內回填高強度片石，回填厚度高出偏孔段50cm左右。回填片石后先采用低沖程沖擊（沖程控制在1m之內），觀察沖繩無偏向后改用中沖程沖擊（沖程2～3m）。如繼續出現偏孔，則重復上述方法直至沖破孤石為止。

2、非探頭石的處理

非探頭石是指孤石絕大部分或全部覆蓋樁孔，其施工方法與入巖時類似，可采用高沖程（沖程4～5m）或高、低沖程結合的辦法施工。為了提高沖擊效率，本工程采用了添加粘土塊造漿保證泥漿比重在1.33～1.4之間，以增加泥漿排渣的能力，并且適時采用抽渣桶抽渣，保證被擊碎的石塊盡快排出。實踐證明，在采用上述措施后可保持12～15cm/小時的進尺。由于孤石面常常是弧形的，如發現鋼絲繩會明顯偏向一邊并左右晃動，就要防止出現偏孔，采取的糾偏措施參見探頭石的處理方法。施工過程中要注意經常檢查鋼絲繩與卷揚機、樁錘之間的連接是否牢固、鋼絲繩自身的磨損情況，并且將樁錘提升至孔口進行檢查錘芽磨損情況，有無“蒜頭錘”和錘身開裂等現象出現。如有不良情況出現需及時予以糾正，以免出現卡錘、掉錘現象。

3、特大樁徑施工中處理孤石的施工技術

本工程有一樁直徑達2.2m，是由于113＃樁沖孔至17.8m后發生偏孔，經采取多項糾偏措施仍無法糾正。后經設計院同意將同一承臺內113＃和114＃兩根Φ1200合并而成。對于特大沖孔灌注樁遇孤石時，根據相關工程施工經驗宜采用二次成孔的方法，先用小錘成孔至一定深度，再改用大錘成孔。本樁0～17.8m部分利用了113＃樁原Φ1200沖孔，回填泥漿后改用大錘重新沖進，施工期間做好泥漿比重的控制，并采用兩臺泥漿泵（對稱設置，離樁邊50cm）。實踐證明，在采用上述措施后可保持12～15cm/小時的進尺。

總之，采取沖擊法具有利用現成機械設備和成熟的施工方法的優勢，工人易于操作，進尺也比較理想。當孤石厚度不超過4m時，宜優先采用沖擊法施工。

（二）開挖法和爆破法

開挖法適用于孤石埋深小于3m的孤石，此方法比較簡單，在此不作詳述。

爆破法分為干作業爆破和濕作業爆破。目前成功申請爆破作業非常困難，采用干、濕作業爆破已經比較少見，但鑒于此方案具有一定的優勢，因而在此作簡單論述。

干作業爆破在以前最為常見，在人工挖孔樁施工中遇孤石時，往往在孔內進行爆破，而在沖孔灌注樁施工中遇孤石時也可以改用人工挖孔樁清除孤石。

濕作業爆破是在沒有條件進行干作業爆破，或因地質或其它原因不能使用挖孔樁，或因樁徑不大孤石埋藏深，改用挖孔樁成本高、難度大，或受工期限制的情況下采取的另一種方案。

當地質資料或超前鉆顯示孤石厚度大，常規方法無法克服時，需要及時停止繼續沖進，待孔內孤石進行爆破后再沖進。根據相關工程經驗，先用地質勘察鉆機在孤石中鉆2～3個鉆孔，每個鉆孔約2/3孤石厚度，將防水炸藥沿鉆桿芯放至鉆孔處，每孔放一筒炸藥，然后提出鉆桿，用電雷管引火裝置引爆，經爆炸后再改用沖擊法施工，進尺效果明顯加快，一般可提高3～5倍。

四、處理卡錘、掉錘及偏孔的技術措施

（一）卡錘的處理

1、在鋼絲繩完好無損和卡錘、卷揚機相互之間連接牢固的前提下，增大提錘靜力；

2、放松鋼絲繩，換小錘（細長型）沖擊卡錘處，注意控制沖程以免沖爛樁錘；

3、在卡錘處用防水炸藥爆破松動；

4、如卡錘不深（3～5m），可取出護筒抽出泥漿，人工下孔處理；

5、如卡錘位置深，采用其它方法無法解決，可采取聘請專業潛水員（俗稱蛙人）潛下孔處理。

（二）掉錘的處理

1、采用打撈鉤打撈；

2、掉錘不深（3～5m），可取出護筒抽出泥漿，人工下孔處理；

3、掉錘深度大，打撈鉤無法打撈，可聘請專業潛水員（俗稱蛙人）下孔打撈。本工程144＃和150＃樁分別在19.5m、24.7m掉錘，采用常規打撈方法無法解決，最后采取蛙人潛水處理的方案成功打撈起掉錘。目前打撈掉錘采取的潛水方式一般是頭盔—供氣潛水，又稱風式潛水，即從水面通過管道向潛水者所戴的頭盔內輸送供呼吸的新鮮氣體，頭盔內呼出的氣體經另外的途徑排除。頭盔-供氣管潛水裝具的穩定性好，水面供氣可源源不斷，從水面對潛水者作監護較方便等特點，適應于各種環境下樁錘的打撈。

采取潛水打撈的方案要求做好以下五個方面的工作：①聘請具有相應資質的單位和持上崗證的專業潛水員，防止出現無資質或冒名頂替的現象；②將現場條件、施工情況向潛水員作詳細交底，共同制定完善的打撈技術方案和應急措施；③檢查潛水設備的情況，配合做好下潛前的各項準備工作；④泥漿比重控制在1.10～1.15之間；⑤水面保護人員嚴守崗位，密切觀察潛水員在水下的活動，經常詢問潛水員感覺，發現異常及時采取應對措施。

卡錘、掉錘以預防為主，從機械設備質量（鋼絲繩、樁錘、各構件連接是否牢固）、施工技術（處理各類型孤石方案、沖程控制）等全方位考慮避免發生卡錘、掉錘事件。

（三）偏孔的處理

處理偏孔最經濟有效的方法是用樁錘修孔，修孔時注意控制沖程（1～2m之間），并檢查轉向裝置是否正常，錘底邊緣和錘芽是否完整（防止出現大蒜頭），避免發生卡錘。如采取修孔不能糾正，則采取向孔內回填高強度片石高出偏孔段50cm左右，重新采用低、中沖程沖擊。

五、結語

沖孔灌注樁在孤石區內施工所涉及不確定因素很多，處理卡錘、掉錘、偏孔、孤石也有多種措施。例如在處理孤石中，宜優先采用沖擊法，條件允許的情況下，可以采用干、濕作業爆破。當然，選擇最經濟、高效的施工方案需要結合具體工程情況確定。