巖溶地區沖孔灌注樁混凝土超灌問題防治措施

【摘 要】桂林山水甲天下，屬典型的喀斯特地貌（又稱巖溶地貌）。這種巖溶地貌地下富含大量溶洞、溶溝、溶槽，地基基礎處理復雜。由于沖孔灌注樁具有穿透能力強、單樁承載力高的特點，因此，桂林地區高層建筑大多采用沖孔灌注樁基礎處理形式。在巖溶地區，由于其進行沖孔灌注樁施工時，對單樁承載力以及完整性有著較高的要求，因此，具有更大的施工難度，在施工過程中往往會出現一系列問題，其中較為突出的便是沖孔灌注樁超灌問題。本文就針對巖溶地區沖孔灌注樁混凝土超灌問題防治措施進行研究與分析。

【關鍵詞】巖溶地區；沖孔灌注樁；超灌；防治措施

1. 沖孔灌注樁的特點

沖孔灌注樁是灌注樁的一種，采用沖擊鉆機或卷揚機懸吊沖擊鉆頭（又稱沖錘）到一定高度，然后上下反復沖擊，依靠沖擊鉆頭自由下落產生的強大沖擊力將土層或巖石層破碎而成樁孔，部分碎渣和泥漿擠入孔壁中，大部分成為泥渣，利用泥漿循環原理將泥渣排出孔內，最后在孔內安裝鋼筋籠并采取水下灌注方式澆注混凝土。其優點主要為樁長和直徑可按設計要求變化自如、樁端可進入持力層或嵌入巖層、單樁承載力大、施工采用水下作業以及能穿透任何復雜的巖層等。因此巖溶地區建高層建筑特別適合采用沖孔灌注樁基礎處理形式。然而，它也存在著一定程度上的弊端，主要有：灌注樁成孔工藝較復雜，操作要求較嚴，易發生質量事故，造價較高，工期長及易對環境造成污染等，其次其所產生的泥漿還需尋找特別的填埋場。其中造價高最主要的原因就是沖孔樁混凝土的超灌問題。

2. 沖孔灌注樁混凝土超灌問題原因分析

一般情況下，造成沖孔灌注樁混凝土超灌問題的原因主要有如下三個方面：

①沖孔樁施工過程中未控制好樁徑，造成實際成孔樁徑遠大于設計樁徑，因此自然會產生超灌現象。主要原因一是樁機操作手打錘不夠熟練，垂直度控制不好。二是施工過程中遇半邊巖鉆錘不水平錘擊，未及時加片石回填予以糾正鉆錘，造成成孔樁徑過大。三是樁機就位不水平，在沖孔時水平擺動。四是樁機老化變形，樁塔及吊錘均不能調平。桂林地區在此種情況下充盈系數一般不超過2。

②因高層建筑均設有地下室及電梯井，在灌注樁混凝土澆注中一般都留有4米以上的空孔，施工規范規定樁頂超灌量一般為0.5M。但實際施工中要控制在這一標準之內，有很大的難度。這是因為澆注水下混凝土時， 第一斗混凝土在導管上部混凝土的強大壓力下被擠出導管底口并流向樁孔底四周， 與樁孔內未清理干凈的沉渣及泥漿相互摻合形成一定厚度的浮漿層。當導管埋入足夠深度時， 后續灌入的混凝土總是將已灌入混凝土往前或往上推動， 導致第一斗混凝土總是處在樁的最上層， 最終在樁頂凝固成浮漿、沉渣的混雜層。由于混雜層的混凝土強度低，達不到設計要求的混凝土標號， 施工時須完全鑿除，因此這屬于混凝土超灌部分。而混雜浮漿層的厚度應該取決于孔內清渣程度及導管埋置深度，清渣程度又受各種條件的制約，導管埋置深度卻與操作手的水平及責任感有關，因此混雜浮漿層的厚度在實際施工中不易把握。既要保證樁頭質量，又要預留混凝土防止遇溶洞往下塌陷的高度，所以要控制在理想超灌高度非常困難。目前混凝土超灌量一般在0.8M以上，多者甚至達4M以上，既浪費材料，又延誤工期。

③由于巖溶地區地下含有很多溶洞、溶溝、溶槽，而沖孔樁成孔是采用泥漿護壁，在灌注樁混凝土時由于混凝土的過大側壓力導致泥漿護壁塌陷，大量的混凝土流入溶洞、溶溝及溶槽中，造成十分嚴重的超灌現象。桂林地區在此種情況下充盈系數經常會超過5有時甚至達10，這明顯地增加了工程造價。

3. 巖溶地區沖孔灌注樁混凝土超灌問題防治措施

3.1 關于第一類超灌問題

主要是嚴格控制成孔質量。鉆孔灌注樁成孔質量的優劣會對樁的混凝土灌量造成影響，只有對成孔的質量進行有效的保證，才能夠促使混凝土澆注順利完成，最終提高灌量的精確性。針對這一問題，可以采取如下幾項措施：

①是對樁機操作手進行技能培訓。使其熟練掌握打錘的操作要領。施工中嚴格控制好垂直度。對于項目管理人來說，應當做好地質調查工作，對巖溶地區的地質特征進行充分的了解，并將具體技術細化，詳細地講解給樁機操作人員聽。要具體到什么時候采用輕錘，什么時候采用重錘等，這樣一來，相關的樁機操作人員在進行操作時就會有意識的去控制，從而提高成孔質量。

②是施工過程中遇半邊巖及時回填片石以糾正鉆錘。所回填片石密度要求大于或等于半邊巖的密度。

③是對樁機進行精確定位并墊平固定，保證沖孔時不產生水平方向擺動。

④是進場施工前對樁機進行嚴格檢查，對有老化變形、無出廠合格證等質量問題的拒絕進場，可以使用的樁機也要進行嚴格的調試，將樁機系統誤差減至最小。

3.2 關于第二種超灌問題

首先是混凝土澆灌前將孔底沉渣清除干凈，項目技術人員及監理人員需親自參加驗孔，確保干凈后才允許澆灌混凝土。其次就是控制好第一斗混凝土澆灌量及導管埋深等指標，這樣形成的樁身質量必然好， 樁頂的混雜浮漿層會很薄。再就是實際施工中若樁頂較高即空孔較小時， 采用竹桿或木枋等直接測定混凝土面標高， 應該說是比較直觀地控制最后一次灌入量。若樁頂較低即空孔較大時， 可以用帶特制鐵塊的繩子測量。從桂林某高檔小區的12棟高層住宅樓工程證實，采用上述方法測定混凝土面標高來控制最后一次灌入量， 能收到較好的經濟效益。另外關于預留混凝土防止遇溶洞往下塌陷的問題如果采用后續包不銹鋼網方法，完全可以不用考慮，因此在此不再贅述。

3.3 關于第三種超灌問題

①對超前鉆勘察資料及沖孔記錄進行認真分析，確定該樁混凝土灌注是否會存在嚴重超灌風險。如存在風險有兩種方案可選：一是采取變更樁基形式。如樁長小于10米的樁可改成人工挖孔樁處理。人工挖孔柱不僅施工工期短，質量可靠，造價低，而且不產生超灌現象。缺點是如果樁過長、地下水位過高且地下水特別豐富則只能采用沖孔灌注柱施工。二是如果不能變更樁基形式則采用下面要提到的措施進行處理。為了提高分析結果的準確性，建議在進行超前鉆勘察時，如樁徑超過1.2米，每樁鉆2孔勘察；超過1.6米， ，每樁鉆3孔勘察，并保證每樁鉆孔深度一致。

②適當延長混凝土澆灌時間間隔，兩泵車混凝土澆注時間間距可調整至40-120分鐘之間，以保證澆注后混凝土能適當硬化，減少混凝土注入溶洞的量。同時調整混凝土的坍落度，正常情況下沖孔灌注樁的混凝土坍落度為180mm，當發現混凝土超灌較多時，調整其坍落度至150mm左右，減緩混凝土注入溶洞的速度。此乃混凝土超灌最常用的措施之一。

③加設鋼護壁。由于泥漿護壁強度不高，混凝土澆注時產生很大的側壓力，導致溶洞部位護壁塌陷。采用鋼護壁，可防止這種情況發生，有效控制混凝土超灌現象。但鋼護壁施工工期長，施工工藝復雜，成本高。只有當樁長過長，溶洞過大且復雜的情況下，才會選用此做法。

④鋼筋籠外包不銹鋼絲網。具體做法如下：在原有鋼筋籠的基礎上外加一層Φ14鋼筋籠與原鋼筋籠連接，外籠直徑為原設計樁徑大小，其主筋數量為原鋼筋籠的1/2，外繞不銹鋼密目網2道，網孔3mm以內，每層搭接長度為300mm，上下兩層鋼絲網也應錯開半幅纏繞，宜自下而上環繞。搭接處采用14#鐵絲綁扎，不銹鋼絲網外采用Φ6螺旋箍筋固定，螺旋箍筋與不銹鋼絲網及主筋采用14#鐵絲綁扎牢固。沖孔樁徑也應比原設計增大200mm。具體做法詳圖。我們在桂林地區采用此種處理方法后，混凝土超灌現象得到有效控制，充盈系數基本上可以控制在2以內，大大節省了工程造價。根據我們事先預估，采用此種處理措施如果施工不當理論上會造成鋼筋籠內水泥漿流失，導致混凝土離析。因此在澆灌混凝土時暫停旁邊施工（如沖孔樁、人工挖孔樁施工、抽水機排水等），以免人為造成地下水流動。從樁抽芯檢查結果來看，混凝土成型質量完好，沒有混凝土離析現象發生，樁進行靜載檢測試驗也滿足設計要求。此種處理方法因為經濟合理，樁質量可靠，在桂林得到廣泛應用。

⑤、鋼筋籠外包鐵皮或鋁皮。具體做法與鋼筋籠外包不銹鋼絲網相同，也是先加工外籠，再進行包裹。但此種方法存在鐵皮或鋁皮與土層或巖石結合不好缺點，且灌注后的樁芯混凝土經抽芯檢查質量不能完全保證。另外其造價也比包不銹鋼絲網高，因此得不到推廣應用。

⑥、鋼筋籠外包密目安全網或彩條布。具體做法為直接在鋼筋籠外包裹，無須增加鋼筋外籠，只是在纏繞安全網或彩條布時，適當預留點長度，以保證灌注混凝土時主筋有足夠的保護層。其沖孔樁徑也不必加大。此種處理方法雖然操作簡單，造價較低，但因其質量得不到完全保證，故僅適用多層及小高層建筑。

4. 結束語

本文根據我們在桂林地區施工沖孔灌注樁多年的成功經驗，對混凝土超灌問題防治措施進行研究與分析。首先，對沖孔灌注樁進行了簡要的介紹，并在此基礎之上分析了造成超灌的原因，然后提出了相應的防治措施。希望我們的研究能夠給讀者提供參考并帶來幫助。

參考文獻：

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