大直徑沖孔灌注樁施工技術

周山脈

(中冶建設高新工程技術有限責任公司，北京 100065)

0 前 言

在樁基礎當中，沖孔灌注樁一直處于主流，因其較多的優點被廣泛地應用于土木工程領域；隨著現代社會的發展，大型建筑、超重構件越來越多，對樁的承載能力要求也越來越高，從而導致樁徑急劇增加，現階段樁徑已經突破了4 m，樁長突破了100 m，相應的，直徑及樁長的增加，促使施工工藝變得更加復雜，施工更加困難；且現有的大直徑沖孔灌注樁施工技術還不夠完善，施工質量較容易出現偏差，本文針對此現象，經研究分析后，提出控制要點。

1 優缺點分析

沖孔灌注樁是采用具備一定重量的沖錘，依靠自由下落的沖擊力沖擊成孔再澆筑混凝土的施工方式；通過選用不同直徑的沖錘沖擊成不同直徑的樁孔；通過控制沖錘自由下落的高度，使沖錘具備相應的沖擊力，在不同的土質、巖層等都具備施工能力，適應能力極強。

同時沖孔灌注樁是通過自由下落，再提升，再下落的循環作業方式，循環時消耗較多的時間，所以就施工進度而言相對于鉆孔樁較慢。

2 在土木工程中的應用

大直徑沖孔灌注樁，在土木工程領域最開始在橋梁工程中應用最為廣泛，其中“湖南省湘潭湘江二大橋樁徑達3.5 m、南昌八一大橋與銅陵長江大橋最大樁徑4.0 m，湖南省常德石龜山澧水大橋樁徑更是達到5 m之最”，同時隨著世界經濟的迅猛發展，大直徑沖孔灌注樁在港口工程、水利工程、大型房屋建筑中也開始慢慢變多，樁徑已經突破了3 m。

3 施工工藝分析

3.1 施工工藝流程(見圖1)

3.2 施工準備

技術準備：①充分熟知設計文件，了解設計意圖，對沖孔灌注樁的設計情況了然于心；②將樁基設計平面圖與地勘平面圖對比分析，得出每個樁的地質情況，并進行記錄，在成孔時使用；③選擇沖孔樁機的功率與星錘的形式及重量。

人員準備：①制定質量管理體系，保證施工過程中質量得以把控；②由具備豐富經驗的操作人員進行樁基施工；③在施工前項目技術負責人對管理人員進行交底，由管理人員對施工班組進行交底，由班組對每個工人交底。

作業前準備：①在施工前對整個施工現場進行施工布置，規劃臨時道路、臨時用水、臨時用電，設置合理的加工場、料場，確保在施工過程中通水、通電、通路，材料供應及時；②對在施工過程中使用的材料“泥漿配制材料、鋼筋、導管、料斗、混凝土”等進行準備，計劃進場時間；③提前準備施工機械、測量儀器等，并對機械、儀器進行檢驗，由具備相應資質的檢測單位出具檢測報告，合格后投入使用。

3.3 測量定位

測量定位應采用二級精度控制網進行測量放樣；在施工前根據建設單位給定的原始坐標點，在施工場地四周建立閉合的測量控制點，作為整個工程施工的一級控制網，依據一級控制網在施工場地內建立二級控制網，根據二級控制網測量放樣出樁中心坐標，并設置十字樁控制樁，大直徑沖孔灌注樁，十字控制樁宜沿護筒的切線設置成正方形，因為大直徑沖孔灌注樁樁徑大，護筒尺寸大、質量大，在埋設時不便于調整，將十字樁這樣設置時可更好地作為埋設護筒時的定位依據，同時在復核樁中心位置時也更加精準。如圖2所示。

圖2 十字控制樁示意圖

測量完成后必須進行樁位復核，復核的方式可采用反向復核及重新復測的方式復核，測量時要保證誤差在±1 cm以內。

3.4 埋設護筒

沖孔灌注樁護筒直徑一般比樁徑大20 cm，根據樁徑大小的不同選用不同壁厚的鋼板制作，護筒要能夠承受周邊土體及施工時給護筒帶來的擠壓力，一般情況下2 m及以下樁徑采用6 mm鋼板制作，2～3 m采用8 mm鋼板制作，3～4 m采用12 mm鋼板制作，4～5 m采用15 mm鋼板制作。

護筒埋設時位置要精準，垂直度偏差不得大于1%；埋入土體深度不得小于2 m，外露長度不得小于30 cm，根據直徑大小留置不同數量及尺寸的溢漿孔，保證在施工過程中泥漿流溢順暢。

埋設護筒時要根據十字樁確定護筒平面定位，開挖時，在直徑較小時可采用鉆頭開挖，當直徑過大無適宜的鉆頭時，可采用挖機開挖，在開挖過程中要保護定位樁不受損壞；在孔洞處理完成后放入護筒，調整好標高與平面定位，使用黏土回填夯實。

移動樁機，將沖錘與護筒中心對中，并通過十字樁拉線復核平面定位，無誤后將樁機使用牢靠的固定措施固定，避免移動。

3.5 沖 孔

在沖孔前將泥漿配制完成，在一般情況下，泥漿配制采用膨潤土、黏土、CMC等配制而成，并根據地質情況配制不同的比重與黏度，同時在沖孔灌注樁施工過程中，泥漿的配制是至關重要的一項，它在作為泥漿保護壁的同時，也起著一定的清渣作用，所以在不同的地質情況下，要配以不同比重與黏度的泥漿，在黏土、淤泥質土中比重為1.1～1.3最為合適，在沙土中比重為1.2～1.3最為合適，在卵石及易坍塌的巖層比重為1.4～1.5最為合適，沖孔前對泥漿循環方式進行研究，選定合適的循環方式；正循環有利于成孔但清渣效率低，反循環有利于清渣但不利于成孔，易踏孔；在大直徑沖孔灌注樁施工中一般選用正循環的方式成孔，反循環的方式進行清孔。

在沖孔前，根據施工準備時記錄的地質情況，采用合適的沖程與頻率；一般情況下在黏土、淤泥質土、砂土中宜采用小沖程高頻率成孔，在卵石、巖層等需要較大砍巖能力與進尺能力時，采用大沖程低頻率的成孔方式；在開始成孔時要放慢進尺速度，待進尺3 m以上，進尺穩定后再以正常的進尺速度進行；在成孔過程中宜每10～30 min撈取一次渣樣，并對土質情況進行判定，如若與計劃偏差，要及時調整沖程與高頻；在土質變化的臨界處要適當放慢進尺速度，待進入下一層地質并進尺穩定后，再以正常的進尺速度進行施工。

當進尺將至預期持力層深度時，加快打撈樣渣的頻率，打撈出的樣渣為設計持力層巖樣時，通知監理至施工現場見證定巖，并對巖樣進行撈取封存，測量定巖孔深；完成后繼續進尺至設計進入持力層深度后停止成孔。

3.6 清 孔

在大直徑沖孔灌注樁施工中，因直徑大、渣量多，需要的清渣能力較大，一般采用反循環的方式清孔，大大提高效率的同時渣土能夠清理得更干凈，在清孔時可根據直徑的大小選擇不同規格型號及數量的清孔設備。

清孔時要嚴格保證樁底沉渣厚度滿足要求，避免因沉渣過厚導致樁基施工完成后發生沉降；一般要求為：端承樁樁底沉渣不大于50 mm，摩擦樁樁底沉渣不大于100 mm，抗拔樁、抗水平力樁樁底沉渣不大于200 mm；同時要保證泥漿的比重降低至1.2以下，砂率5%以下才可澆筑混凝土。

3.7 驗 收

在清孔完成后進行終孔驗收，對孔深、孔徑、垂直度、樁底沉渣、泥漿比重進行驗收，并填寫隱蔽驗收記錄，合格后下放鋼筋籠。

3.8 鋼筋籠

在大直徑沖孔灌注樁施工中，鋼筋籠直徑大、鋼筋數量多、質量大，一般都采用分段制作、分段下放的施工方式；在鋼筋籠下放前，要根據鋼筋籠的設計情況進行制作并通過驗收，分類堆放于半成品料場，設置好起吊點，吊點不得少于2個；待鋼筋籠下放時，吊起鋼筋籠，放置孔口上方，待靜置后在人工配合下下放，下放過程中不得碰撞孔壁；待下放至頂部時使用牢固的支墊方式支墊穩定后，再吊下一節鋼筋籠至孔頂，采用單面焊或雙面焊的形式進行連接，其焊接長度要滿足要求，待鋼筋籠完全下放后進行二次清孔。

3.9 二次清孔

二次清孔宜繼續選用反循環的清孔方式進行，保證在短時間內將沉渣清理干凈，滿足相關要求后，盡快進行混凝土澆筑；在二次清孔完成后，應在3 h內開始澆筑混凝土，如無法達到時，在下放導管后再次進行二次清孔，或將二次清孔調整至導管下方后再進行。

3.10 下放導管

施工前對導管規格進行選擇，首先導管直徑應根據樁徑的大小選用，保證混凝土澆筑速率，同時要保證其密閉性能；滿足規范要求底管長度不得小于4 m；選用合適的標準節，一般為2～3 m一節。

在導管使用前，應按規定進行密閉試驗，規定在1.3倍的導管外水壓力下15 min內不出現漏水情況為合格，其試驗壓力可按下式進行計算：

Pmax=1.3(YcHcmax-YwHW)=1.2 MPa

(1)

式中,Pmax為閉水試驗壓力kPa；Yc為混凝土容重；Hcmax為導管內混凝土高度；Yw為孔內泥漿容重；HW為孔內水深度。

在試驗合格后，下放導管至孔底以上0.3～0.5 m。

3.11 混凝土澆筑

混凝土澆筑前應對首盤混凝土進行計算，確保首盤混凝土澆筑完成后，混凝土埋管深度≥0.8 m；計算方式可按下式進行計算：

(2)

式中，V為首盤混凝土澆筑量；D為樁身直徑，應根據充盈系數進行計算；H1為導管距離孔底高度；H2為首盤混凝土埋管深度；d為導管直徑，本工程為；h1為為導管內混凝土與導管外泥漿達到平衡壓力時所需高度

(3)

在首盤混凝土計算完成后，根據其方量選擇合適的料斗；然后準備混凝土澆筑，沖孔灌注樁一般采用水下混凝土，坍落度在180～220；在混凝土澆筑過程中要保持埋管深度在2～6 m，一次拔管深度不得大于6 m，保證在混凝土澆筑過程中一直將最頂部的混凝土往上頂，直至達到設計樁頂標高以上，同時超灌高度應符合設計要求。

3.12 樁基檢測

在樁基達到設計強度時應按現行規范《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ106—2014)對單樁承載力與樁身完整性進行檢測。

4 重難點控制

4.1 定位測量

測量放樣是一個十分重要的工序，樁的位置與其使用功能相關，在施工前將樁位控制好，保證樁的正常使用功能；常用的控制方法為二級精度控制網控制方法，這是一個能夠減小測量誤差的好方法，同時在測量的過程中，在完成測量放樣后，必須按規定進行復核。

4.2 成 孔

成孔是沖孔灌注樁施工的重點與難點，其孔徑、垂直度等在成孔完成后將很難改變；孔徑過大會造成混凝土浪費；為防止此類情況，在施工時要根據地質情況選用合適的泥漿比重與黏度，及時調整沖程與頻率，避免沖錘在同一個部位長時間沖擊，造成孔徑過大，同時選用合適的沖程進尺，保證成孔均勻穩定，避免塌孔，每成孔5 m左右對成孔垂直度進行檢查，如果出現偏差，使用黏土與片石回填夯實，重新成孔。

4.3 混凝土澆筑

在混凝土澆筑之前必須清孔到位，降低泥漿比重與含砂率，避免泥漿比重過大與混凝土發生混合，影響混凝土質量；同時清理樁底沉渣，保證在允許范圍內，避免因沉渣過厚導致樁身出現較大沉降。

在澆筑混凝土時，嚴格控制混凝土原材料質量；在施工前對首盤混凝土進行計算，確保首盤混凝土埋管深度≥0.8 m，在澆筑過程中嚴格控制埋管深度在2～6 m，確保將與泥漿混合的混凝土頂至樁頂標高以上。

5 結 語

沖孔灌注樁應用廣泛，施工工藝復雜，重難點較多，在施工前要做好充足的準備，精確測量樁位，選擇合適的星錘，在成孔過程中緊密配制泥漿，及時調整合適的沖程與頻率，定巖準確，進入持力層深度足夠，在終孔后清孔徹底，嚴格保證樁底沉渣厚度與泥漿比重，下放鋼筋籠時鋼筋連接可靠，混凝土澆筑時嚴格控制埋管深度與超灌高度。

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