基坑支護(hù)沖孔灌注樁施工技術(shù)

劉亞臣

中國機(jī)械工業(yè)建設(shè)集團(tuán)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510663

1 沖孔灌注樁原理與優(yōu)缺點(diǎn)

沖孔灌注樁是一種常見的樁基建造形式，可作為地基的受力樁基承受垂向荷載，也可作為排樁起到支護(hù)基坑的作用。其基本工作原理：控制沖擊鉆機(jī)做功懸吊沖擊錘上下反復(fù)運(yùn)動，沖擊錘頭在其自重的作用下沖擊硬質(zhì)土或巖層，致使其破碎，再利用泥漿循環(huán)液將孔內(nèi)沉渣排出形成一口鉆孔，最后下入導(dǎo)管，并灌注混凝土形成一個灌注樁。沖孔灌注樁廣泛應(yīng)用于淤泥、填土、粉黏土、砂土、卵礫石、碎石土等多類型地層，其具有設(shè)備簡單、操作便捷、成孔孔壁穩(wěn)固、能耗小、單樁承載力大、對環(huán)境友好等特點(diǎn)，并且較容易控制成孔孔徑和孔深，孔徑通常為600 ～2500mm，孔深大于300m，因此被廣泛應(yīng)用于基坑支護(hù)。但是，沖孔灌注樁也存在一些缺點(diǎn)，如成孔工藝較復(fù)雜、對施工操作要求較高、技術(shù)間隔時間較長、冬季施工較困難等。

2 沖孔灌注樁施工工序

基坑支護(hù)沖孔灌注樁施工工序主要包括沖擊成孔、清孔、檢測、混凝土灌注等。沖孔灌注樁施工流程見圖1。其中，沖擊成孔、鋼筋籠吊裝、導(dǎo)管安放、水下混凝土灌注等是施工技術(shù)質(zhì)量控制的要點(diǎn)。例如，在沖擊成孔中，如未控制好成孔位置、樁孔直徑、成孔形狀、孔壁穩(wěn)定等，都將導(dǎo)致沖孔灌注樁質(zhì)量不合格，甚至出現(xiàn)廢孔。

圖1 沖孔灌注樁施工流程圖

3 沖孔灌注樁施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

首先，確定樁基位，平整樁位周邊場地，挖設(shè)泥漿沉淀池，布設(shè)圍護(hù)欄桿。其中，泥漿池容積應(yīng)大于鉆孔體積的2 倍。其次，樁位測量人員根據(jù)施工圖準(zhǔn)確進(jìn)行樁位放樣，技術(shù)人員對樁位進(jìn)行復(fù)核查驗，施工人員利用6mm 左右的鋼板卷、焊、拼制內(nèi)徑較沖擊頭大100mm 左右的鋼護(hù)筒，并在護(hù)筒上部制作一個溢漿孔。最后，在樁位坐標(biāo)無誤后，施工人員埋設(shè)與樁同軸的護(hù)筒，護(hù)筒埋深應(yīng)大于200mm，頂端較地面高100mm左右，護(hù)筒與地面間空隙用黏土填充密實。護(hù)壁泥漿可采用原土自然造漿方式，也可人工造漿，但如果原土砂質(zhì)含量過高，應(yīng)人工添加黏土、泥漿處理劑。

3.2 沖擊成孔

沖擊成孔是沖孔灌注樁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，應(yīng)重點(diǎn)控制好重錘質(zhì)量、沖擊高度、砂石泵流量等參數(shù)及成孔工藝。（1）沖擊高度依據(jù)樁位巖土層性質(zhì)而定，對于黏土、淤泥質(zhì)土等質(zhì)松軟地層一般選擇0.6m，但對于砂礫石層巖、泥巖等硬質(zhì)地層宜增大至1m。（2）懸距依據(jù)樁位巖土層性質(zhì)、孔深而定，對于黏土、淤泥質(zhì)土等質(zhì)松軟地層一般小于10mm，但對于砂礫石層巖、泥巖等硬質(zhì)地層宜增大至30mm。（3）砂石泵流量以保證能夠及時排出孔內(nèi)巖渣為原則確定。過大的砂石泵流量會造成孔內(nèi)水位下降，引發(fā)泥漿壓力不穩(wěn)定、孔壁坍塌等問題。（4）樁機(jī)進(jìn)場前對樁位處場地鋪墊枕木以保障樁機(jī)的穩(wěn)定性，枕木應(yīng)與鋼護(hù)筒保持合理間距以防被擠壓而發(fā)生變形、偏移。（5）控制沖錘中心、滑輪緣、孔中心在垂向?qū)R，橫向偏差應(yīng)不大于20mm。（6）開孔時應(yīng)選擇小沖程、低錘、密擊，注意控制泥漿液面穩(wěn)定、孔與樁位中心對齊，防止鉆機(jī)發(fā)生位移。（7）沖擊成孔至3m 時，盡可能不撈渣。（8）進(jìn)入基巖后改用大沖程、高錘、低頻率錘擊，每鉆進(jìn)0.5m 進(jìn)行一次撈渣。但對于進(jìn)尺小于0.15m/h 的松散地層以及進(jìn)尺小于0.05m/h 的卵石層，撈渣間距應(yīng)小于0.5m。（9）對于沖擊速度較慢的硬巖可通過高低錘交替沖擊的方法來破碎孔內(nèi)巖層。（10）一般采用泥漿循環(huán)的方式排渣，但也可采用抽渣筒等方式進(jìn)行排渣，但該方法應(yīng)注意防范排渣過程因排出泥漿而導(dǎo)致孔壁坍塌的發(fā)生，即排渣過程應(yīng)及時補(bǔ)給泥漿、保持孔內(nèi)液位穩(wěn)定。

3.3 清孔與沉渣檢測

沖擊孔深達(dá)到設(shè)計深度應(yīng)采用泥漿循環(huán)法對孔內(nèi)土渣進(jìn)行清理，但對于較為穩(wěn)定的樁位巖土層也可選擇空氣吸泥清孔法。清孔過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，防止孔壁坍塌等現(xiàn)象的發(fā)生，還應(yīng)控制孔內(nèi)泥漿液面較地下水位高約2.0m。清孔過程應(yīng)實時檢測孔底沉渣厚度、循環(huán)液密度與含渣量。檢測孔底沉渣厚度常采用測繩法、電容法聲波法、電阻率法等方法，循環(huán)液密度與含渣量等數(shù)據(jù)通過對泥漿池或泥漿溝的泥漿利用密度計測量、沉渣厚度直接測量等方法獲取。其中，測繩法僅需測錘與標(biāo)準(zhǔn)水紋測繩兩種工具，測量時直接將它們放入孔內(nèi)，計算沖擊成孔深度與當(dāng)前孔深之差便可得到沉渣厚度，具有直觀、方便等特點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛，但測量過程應(yīng)安排專人使用同一套重錘進(jìn)行測量以減少人為誤差。只有當(dāng)測量結(jié)果符合如下要求時方可停止清孔：（1）孔底沉渣允許厚度小于200mm；（2）沖洗液含渣量小于4%；（3）泥漿相對密度為1.2；（4）泥漿黏度小于28s。

3.4 鋼筋籠制作與吊裝

鋼筋籠是抵抗基坑側(cè)向壓力的重要受力桿件，其質(zhì)量直接影響樁身質(zhì)量。鋼筋籠制作、吊裝過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守設(shè)計圖紙，采用檢查出廠合格證、進(jìn)場復(fù)驗單的方式對鋼筋和焊條的品種、規(guī)格和質(zhì)量進(jìn)行檢驗；采用小接輕敲、放大鏡觀察的方式檢查鋼筋裂紋、燒傷、漏點(diǎn)和夾渣等焊接質(zhì)量；采用直接觀察法檢查鋼筋表面是否有油污、老銹的問題存在；采用尺量法、統(tǒng)計計算法檢查主筋間距與數(shù)量、箍筋間距、同一截面主筋接頭配置、鋼筋籠直徑、鋼筋籠長度、鋼筋籠安裝深度。

鋼筋籠制作場地應(yīng)就近選擇在樁孔施工位置周邊，并保證鋼筋堆放、加工、已制作鋼筋籠存放等需求。對于場地狹窄無法滿足要求需場外制作時，應(yīng)考慮運(yùn)輸變形問題。鋼筋籠制作方法較為簡單，一般是按照設(shè)計要求將箍筋加工成設(shè)計直徑的圓形，然后在鋼筋籠綁扎支架上等間距布設(shè)主筋、設(shè)計間距布設(shè)箍筋，然后將主筋、箍筋依次綁扎成整體。

鋼筋籠制作完成后平穩(wěn)安放在孔內(nèi)并進(jìn)行混凝土良好灌注才能實現(xiàn)其抵抗基坑水平荷載的作用，因此吊裝過程的施工操作具有較高的要求，各步驟均需嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行。（1）吊機(jī)就位后應(yīng)對主副吊鉤、鋼絲繩、索具安裝狀況進(jìn)行檢查以保證施工安全，主副吊鉤起吊過程應(yīng)做到同時、慢速、平穩(wěn)、均衡，以降低起吊作用對鋼筋籠的沖擊力，確保鋼筋籠穩(wěn)定不變形。并在鋼筋籠吊離地面0.5m時，應(yīng)暫停起吊并對鋼筋籠的變形情況進(jìn)行檢查，如存在問題需立即整改并重新起吊。（2）檢查鋼筋籠合格后，緩慢放松副吊鉤并促使鋼筋籠停擺垂直于地面。（3）在鋼筋籠上捆根牽引繩并卸下副吊鉤，操作主吊鉤并通過牽引繩人工輔助對中后將鋼筋籠下入孔內(nèi)，下放過程應(yīng)緩慢、平穩(wěn)，避免鋼筋籠與孔壁發(fā)生碰撞。當(dāng)遇到鋼筋籠下放受阻時，切勿強(qiáng)行下放，應(yīng)重新吊起鋼筋籠并檢查清理后再緩慢下放。（4）鋼筋籠對中技術(shù)是鋼筋籠下放的重點(diǎn)，一般采用錨固筋法、耳筋法、水漂法、空心錘掃孔法等。（5）對于孔深較大需要分段吊裝情況，應(yīng)先將下段鋼筋籠懸吊在由枕木、型鋼、千斤頂?shù)冉M成的孔口支撐上，然后對其上段鋼筋籠同孔內(nèi)鋼筋籠同軸、主筋對齊再進(jìn)行安裝（見圖2）。（6）鋼筋籠下放至設(shè)計標(biāo)高后將鋼筋籠固定在孔口支撐上。

3.5 混凝土灌注

混凝土灌注前首先需要確定混凝土配合比。混凝土由水泥、粗骨料、細(xì)骨料構(gòu)成，其中，粗骨料應(yīng)選用礫徑20 ～40mm 的堅硬卵石，含泥量應(yīng)小于1.5%，針片狀顆粒含量應(yīng)小于15%。細(xì)骨料應(yīng)選用潔凈、堅硬的中粗河沙，含泥量小于3%。各成分的配置應(yīng)按照設(shè)計要求進(jìn)行配置：水泥和干燥狀態(tài)的外摻劑的重量偏差小于2%；砂、石料的重量偏差小于5%；含外摻劑的水溶液重量偏差小于2%，水灰比偏差小于1%，重點(diǎn)控制坍落度為180 ～220mm；水泥用量大于360kg/m3，含砂率為40%～50%。

混凝土配置完成后下放導(dǎo)管，過程中應(yīng)注意通過左右晃動預(yù)防被鋼筋籠掛住，導(dǎo)管埋深一般為3m，導(dǎo)管的提升與拆除應(yīng)保證導(dǎo)管底端不露出混凝土。混凝土灌注過程中，應(yīng)注意：（1）混凝土上升至距離鋼筋籠底部約1m 時，應(yīng)改為慢速灌注，以防混凝土浮起鋼筋籠。（2）灌注混凝土過程中，隨著混凝土液面的上升，逐步提升并拆除導(dǎo)管，確保導(dǎo)管埋深不小于2m，促使混凝土處于流動狀態(tài)。（3）混凝土液面上升至距離樁頂約4m 后，可不再提升導(dǎo)管而直接一次性灌注，見圖3。（4）灌注混凝土應(yīng)超過樁頂約1m，以保證樁頂混凝土強(qiáng)度。

圖2 型鋼孔口支撐

圖3 混凝土灌注

4 結(jié)束語

沖孔灌注樁具有設(shè)備簡單、操作便捷、成孔孔壁穩(wěn)固、對環(huán)境友好、適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，在樁基工程和深基坑支護(hù)工程中應(yīng)用極為廣泛。但也存在成孔工藝復(fù)雜、對施工操作要求較高、技術(shù)間隔時間較長等缺點(diǎn)，施工單位在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范及設(shè)計要求執(zhí)行，選擇合理的施工工藝，確保基坑支護(hù)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。