沖孔灌注樁在孤石區(qū)內(nèi)施工技術(shù)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(zhì)條件廣、施工簡單易操作且設(shè)備投入一般不大，得以廣泛應(yīng)用于高層、超高層建筑的基礎(chǔ)。由于沖孔灌注樁的施工大部分是在水下進(jìn)行的，在施工過程中常常會產(chǎn)生這樣那樣的施工難題，其中一個(gè)經(jīng)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(guī)律、強(qiáng)度高、埋藏深度、數(shù)量、大小不一，按照目前常規(guī)的施工方法在有限的機(jī)械設(shè)備條件的基礎(chǔ)上，成功穿越孤石不是一件容易的事。本文結(jié)合親身體驗(yàn)，對沖孔灌注樁在孤石地區(qū)施工出現(xiàn)的特殊現(xiàn)象和相應(yīng)的處理技術(shù)作簡單的探討。

一、工程概況

廣東省內(nèi)某綜合大樓設(shè)計(jì)共22層，總建筑面積25200m2。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用沖孔灌注樁，總樁數(shù)155根，其中Φ800*97根，Φ1000*26根，Φ1200*22根，Φ1400*10根。持力層為中風(fēng)化巖，樁端入巖1D（D為樁直徑），有效樁長24～36m。根據(jù)超前鉆資料顯示，分布超過3層以上孤石的樁位有43個(gè)，占總數(shù)的27.7%，其中11個(gè)樁位孤石分布超過5層，2個(gè)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(zhì)情況非常復(fù)雜，施工過程中卡錘現(xiàn)象幾乎每隔3天就發(fā)生1次，掉錘累計(jì)發(fā)生7次，在動(dòng)用專業(yè)潛水員協(xié)助打撈的情況下成功打撈6起，至今仍有1個(gè)錘埋在81＃樁21.5米處。

二、成孔中遇孤石時(shí)出現(xiàn)的特殊現(xiàn)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(zhuǎn)的，當(dāng)錘體斷面跟樁孔梅花形斷面不吻合時(shí)，就會產(chǎn)生卡錘的現(xiàn)象。

2、當(dāng)錘體一角下降過程中碰到某斷面中的凸起處時(shí)，猛然發(fā)生傾斜，錘體就會出現(xiàn)橫卡的現(xiàn)象。

3、沖孔過程中發(fā)生塌孔或松動(dòng)石塊掉下造成卡錘。

4、樁錘在成孔過程中磨損嚴(yán)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(yán)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(xiàn)懸空，此時(shí)瞬間拉力非常大，鋼絲繩被拉斷造成掉錘；

3、卡錘時(shí)急于拉起，用力過大拉斷鋼絲繩導(dǎo)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(gè)樁錘不僅僅是損失樁錘的成本（直徑1.2米樁錘市場價(jià)約1.8萬元）、延誤工期，而且常常需要補(bǔ)樁，給建設(shè)單位造成工期與投資的雙重?fù)p失（本工程81＃樁在21.5米處掉錘無法撈起需補(bǔ)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(shí)樁錘總是在孤石表面發(fā)生傾斜導(dǎo)致偏孔，如孤石面弧度過大還常常會伴隨卡錘的發(fā)生；

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

三、孤石處理的技術(shù)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(huán)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(dòng)，如不加處理，將出現(xiàn)偏孔或卡錘現(xiàn)象。本工程采用的方法是先向孔內(nèi)回填高強(qiáng)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(nèi)），觀察沖繩無偏向后改用中沖程沖擊（沖程2～3m）。如繼續(xù)出現(xiàn)偏孔，則重復(fù)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(shí)類似，可采用高沖程（沖程4～5m）或高、低沖程結(jié)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(shí)采用抽渣桶抽渣，保證被擊碎的石塊盡快排出。實(shí)踐證明，在采用上述措施后可保持12～15cm/小時(shí)的進(jìn)尺。由于孤石面常常是弧形的，如發(fā)現(xiàn)鋼絲繩會明顯偏向一邊并左右晃動(dòng)，就要防止出現(xiàn)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(jīng)常檢查鋼絲繩與卷揚(yáng)機(jī)、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(jìn)行檢查錘芽磨損情況，有無“蒜頭錘”和錘身開裂等現(xiàn)象出現(xiàn)。如有不良情況出現(xiàn)需及時(shí)予以糾正，以免出現(xiàn)卡錘、掉錘現(xiàn)象。

3、特大樁徑施工中處理孤石的施工技術(shù)

本工程有一樁直徑達(dá)2.2m，是由于113＃樁沖孔至17.8m后發(fā)生偏孔，經(jīng)采取多項(xiàng)糾偏措施仍無法糾正。后經(jīng)設(shè)計(jì)院同意將同一承臺內(nèi)113＃和114＃兩根Φ1200合并而成。對于特大沖孔灌注樁遇孤石時(shí)，根據(jù)相關(guān)工程施工經(jīng)驗(yàn)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(jìn)，施工期間做好泥漿比重的控制，并采用兩臺泥漿泵（對稱設(shè)置，離樁邊50cm）。實(shí)踐證明，在采用上述措施后可保持12～15cm/小時(shí)的進(jìn)尺。

總之，采取沖擊法具有利用現(xiàn)成機(jī)械設(shè)備和成熟的施工方法的優(yōu)勢，工人易于操作，進(jìn)尺也比較理想。當(dāng)孤石厚度不超過4m時(shí)，宜優(yōu)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(yè)爆破和濕作業(yè)爆破。目前成功申請爆破作業(yè)非常困難，采用干、濕作業(yè)爆破已經(jīng)比較少見，但鑒于此方案具有一定的優(yōu)勢，因而在此作簡單論述。

干作業(yè)爆破在以前最為常見，在人工挖孔樁施工中遇孤石時(shí)，往往在孔內(nèi)進(jìn)行爆破，而在沖孔灌注樁施工中遇孤石時(shí)也可以改用人工挖孔樁清除孤石。

濕作業(yè)爆破是在沒有條件進(jìn)行干作業(yè)爆破，或因地質(zhì)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(dāng)?shù)刭|(zhì)資料或超前鉆顯示孤石厚度大，常規(guī)方法無法克服時(shí)，需要及時(shí)停止繼續(xù)沖進(jìn)，待孔內(nèi)孤石進(jìn)行爆破后再沖進(jìn)。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，先用地質(zhì)勘察鉆機(jī)在孤石中鉆2～3個(gè)鉆孔，每個(gè)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(jīng)爆炸后再改用沖擊法施工，進(jìn)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(shù)措施

（一）卡錘的處理

1、在鋼絲繩完好無損和卡錘、卷揚(yáng)機(jī)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(xì)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(dòng)；

4、如卡錘不深（3～5m），可取出護(hù)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(yè)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(hù)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(yè)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(guī)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(fēng)式潛水，即從水面通過管道向潛水者所戴的頭盔內(nèi)輸送供呼吸的新鮮氣體，頭盔內(nèi)呼出的氣體經(jīng)另外的途徑排除。頭盔-供氣管潛水裝具的穩(wěn)定性好，水面供氣可源源不斷，從水面對潛水者作監(jiān)護(hù)較方便等特點(diǎn)，適應(yīng)于各種環(huán)境下樁錘的打撈。

采取潛水打撈的方案要求做好以下五個(gè)方面的工作：①聘請具有相應(yīng)資質(zhì)的單位和持上崗證的專業(yè)潛水員，防止出現(xiàn)無資質(zhì)或冒名頂替的現(xiàn)象；②將現(xiàn)場條件、施工情況向潛水員作詳細(xì)交底，共同制定完善的打撈技術(shù)方案和應(yīng)急措施；③檢查潛水設(shè)備的情況，配合做好下潛前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；④泥漿比重控制在1.10～1.15之間；⑤水面保護(hù)人員嚴(yán)守崗位，密切觀察潛水員在水下的活動(dòng)，經(jīng)常詢問潛水員感覺，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取應(yīng)對措施。

卡錘、掉錘以預(yù)防為主，從機(jī)械設(shè)備質(zhì)量（鋼絲繩、樁錘、各構(gòu)件連接是否牢固）、施工技術(shù)（處理各類型孤石方案、沖程控制）等全方位考慮避免發(fā)生卡錘、掉錘事件。

（三）偏孔的處理

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

五、結(jié)語

沖孔灌注樁在孤石區(qū)內(nèi)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(yōu)先采用沖擊法，條件允許的情況下，可以采用干、濕作業(yè)爆破。當(dāng)然，選擇最經(jīng)濟(jì)、高效的施工方案需要結(jié)合具體工程情況確定。