浅谈冲孔灌注桩施工中质量的控制及常见事故预防

　　摘要：冲孔灌注桩因其自身优点广泛应用于桥梁、水工和房屋建筑工程．本文结合工程实际，浅议冲孔灌注桩的施工质量控制要点和孔内事故预防及其处理。
　　关键词：冲孔灌注桩，施工质量，控制要点，事故预防
　　1、概述
　　冲孔灌注桩具有设备简单，操作方便，适用范围广，能穿越地下水位上下的各类复杂地层，能形成较大的单桩承载力，适应各种地质条件和不同规模的建筑物的优点，在桥梁、水工和房屋建筑工程中得到广泛应用。
　　2、工程概况及前期预控
　　2．1工程概况
　　某大厦设计为地下2层、地上26层的框筒结构，总建筑面积为33220㎡。本工程桩基设计为冲孔灌注桩灌注桩，总桩数为108根，桩径有900mm、1100mm、1300mm三种，单桩承载力设计值分别R(900)=6360kN、R(1100)=10050kN、R(1300)=14360kN，以微风化花岗岩为持力层，桩基安全等级为一级。
　　2．2前期预控
　　在施工前期阶段，一定要熟悉设计图纸文件、仔细阅读地质勘察报告。据地质勘察报告中显示：拟建场地在54.50m深度范围内的土层按其成因分为以下四层：人工填土层、第四系冲洪积层、第四系残积粘土层及燕山期花岗岩层，地下稳定水位埋深为2.8～5.1m。另据地质资料显示，拟建场地为低山缓坡和冲洪积洼地之间的过渡地带，场地内有一定数量的孤石分布，相对标高介于3.5～8.9m。在通过对地质勘察报告研究的基础上，分析在中砂层和含砂量较大的强风化层可能出现尺进缓慢；在遇孤石时可能出现偏孔、坍孔、卡锤甚至掉锤。针对以上情况，均要做到心中有数，考虑切实可行的对策及处理方案，做好材料、机具方面的准备工作。
　　3、施工过程中质量控制要点
　　冲孔灌注桩的施工工艺虽然很成熟，但其工序复杂，从测设桩位开始冲孔到水下浇筑桩身混凝土的全过程中，稍有不慎或把关不严。就会造成孔径、垂直度偏差，.冲孔过程偏孔、扩径、坍孔。水下混凝土灌注时出现堵管、缩颈、断桩、桩身混凝土强度不足、桩顶混凝土不密实或强度不足以及钢筋笼上浮等质量事故。经验教训屡见不鲜，影响的因素也是多方面的，如地质勘察资料的局限性，地质情况的不可预见性、施工工艺标准控制不严、施工管理不善、施工经验不足以及材料方面的问题，所以，在施工过程中，应全面考虑以上各种可能的影响因素，细致地做好事前、事中的控制工作，把质量隐患消除在萌芽状态。
　　3．1施工机具的选择
　　施工机具的好坏对能否保证施工质量起着至关重要的作用，选择好合适的施工机具是实现质量控制的前提。综合考虑本工程的场地地质条件限制，确定采用6台CZ-5型冲孔桩机，依桩径不同而配备不同直径的冲锤若干，按要求配备泥浆泵、钢护筒、导管、储料料斗、16t吊车和泥浆比重测试仪等设备。
　　3．2桩机就位的控制
　　桩机就位首先要保证工程桩位的准确无误，为此，除全面测设工程桩位外，还应在桩机就位时复测工程桩位，并采取不同的测站进行复核，在可能的情况下，应用钢尺对前后左右相邻桩位进行相互校验。在灌注桩施工中的桩位控制必须引起高度重视，一旦发生错误将难以弥补。
　　桩机就位的基本要求是平面位置准确，桩机机台水平、稳固，安装就位后要用水平尺和测锤校验，由于在冲孔过程中振动较大，常因桩机机台未垫实而发生倾斜、偏位，因此，在冲孔过程中尚应定时或不定时的复核钢丝绳是否与桩位中心重合，这样桩的垂直度和桩位才有保证。另外需要注意的是，冲孔灌注桩属部分挤土成孔法，应实行跳打原则，防止因桩机荷载和冲孔所产生的应力释放而影响到刚浇筑完混凝土的邻桩的质量，当无法调整避开时，应至少待混凝土浇筑完成72h后方可进行邻桩施工。在本工程中，核心筒部分设计3O根1300mm的群桩，桩间净距为3.3m，对这部分桩的施工要严格遵循跳打原则，确保工程桩质量不受影响。
　　3．3泥浆的制备
　　冲孔灌注桩是靠泥浆护壁，防止坍孔，运用泥浆循环清孔掏渣，泥浆比重和粘度是两项最直观、最重要的指标，泥浆比重太小则难以护壁。容易坍孔；泥浆比重太大则会影响冲孔进度且壁膜太厚，因此，正确控制泥浆比重是成孔施工顺利及保证质量的一个重要环节。在本工程冲孔灌注桩施工过程中，泥浆比重依土层不同而采用不同数值如表I所示，获得了较好的冲孔进度且未出现扩孔、坍孔的情况，从而保证了工程质量。
　　
　　
　　3．4冲孔过程
　　开始冲孔前要检查机械性能及桩锤锤径、锤牙、钢丝绳是否符合要求。刚开孔时，应低锤密击，当孔位已形成稳定时，再适当提高冲锤落距，以获得较快的进尺。在本工程中，冲锤落距依土层不同而采用不同数值如表l所示。冲孔过程中，泥浆循环量应根据地层和进尺速度加以调整，若进尺速度快而循环量小，泥浆必定粘稠而泥块沉渣多，影响成孔质量；在松软地层若循环量大，则会造成扩径甚至坍孔。终孔时，需对桩孔的孔深、孔径和是否到达持力层进行检查，符合设计及规范要求方可终孔。
　　3．5终孔嵌岩措施：
　　(1)由于地质报告中体现的岩层较为均匀，未有孤岩出现，所以根据地质报告绘制出各种桩底基岩走向图，初步确定各桩长度参考值；
　　(2)首先选不定期有地质钻探技术孔位置的2根桩进行冲孔，然后分层对比、记录进尺深度，至中一微风花岩面后进尺明显缓慢，并对照地质报告，确定深度；
　　(3)根据冲孔泥浆中的沉渣与地质钻探的岩心相比；此残渣成为5mm上的不规划立方体或有25mm以上的片状残渣，颜色与岩心一致；
　　(4)实践证明，当锤重为3吨时，采用高冲程冲击，每小时进尺约为50mm；
　　(5)双控确定终孔；当孔深达到地质报告中要求的参考值时，而锤击又符合第4点时，可认为达到岩面，并测量深度后，继续施工至设计深度。
　　3．6沉渣控制及清孔
　　3．6．1沉渣控制
　　桩孔底沉渣是冲孔桩的一项极为重要的质量控制指标，尤其是嵌岩桩，它直接影响房屋的安全，沉渣未控制好，直接影响基础的承载力，造成建筑物不均匀下沉，所以沉渣必须有效控制。本工程设计要求沉渣不大于50mm，一般的施工方法难以达到设计要求，我们采用了改进施工机械和泥浆技术，从根本上解决了这一难题，使沉渣得到良好控制，达到设计要求。[!--empirenews.page--]
　　(1)泥浆技术
　　选用海边百分之百的粉末状优质淤泥，做为泥浆添加剂。由于本工程残积粘土层中砾砂石比重大，在冲孔自体造浆过程会带回大量的砾砂石进入泥浆池，又经泥浆再进入桩孔内，造成砾、砂石循环，形成了沉渣。为此，我们在泥浆回流至泥浆池时用S弯道，并在泥浆池前再设一个小的过滤池，用细铁丝网做成筐状放在过滤池内，并专人负责，捞取S弯道上累积的砾、砂石和及时清量铁丝网筐沉渣砾砂，从而极大地杜绝了冲孔过程自体造浆中携带的砾砂石，以便使沉渣得到控制。
　　(2)改革施工机械，不间断清洗冲孔
　　要使泥浆内砾、砂百分之百清除，在施工中是难以做到。目前，传统采用清渣工艺是在利用导管、清渣干净后，装上漏斗，并装上足够的初灌砼量，再剪球冲注砼。按常规施工、其清孔干净至停泵到剪球冲注砼，间歇时间不少于2O一3O分钟。在间歇时间，循环泥浆停止，使砾砂石再次沉淀，形成沉渣，受泥浆比重及泥浆中含砾砂石量的比重影响，而使沉渣的厚度各不相同，加上因施工时间歇因素影响，所以造成二次沉渣的可能性大增，为此留下严重的施工隐患。在本工程中我们进行了施工机械小改革，即在冲孔干净后卸下导管，装漏斗之前，先装上一个三通，然后将泥浆导管接在三通口上，在上面继续安装漏斗和初灌砼量。此时，泥浆泵又开始工作，使循环泥浆又开始清孔，不间断。在三通上方用钢片拦住泥浆不往漏斗上冒浆，桩底经过不问断清洗，从而使沉渣无二次形成的机会，至剪球时停止泥浆泵工作，抽掉钢片，实现清孔泥浆停止与剪球初灌砼之间工序转换不大于二分钟，使沉渣得到良好控制。
　　(3)采用大初灌量(本工程初灌量为3m)，理论上直径800的桩孔可以达6m，考虑桩砼的充盈系数及泥头和导管内砼的压力比，使导管埋初灌量砼中约3.5m。在剪球后初灌量砼塌落度较大，物能转化为快速冲击势能，冲开可能残余的少许沉渣，使沉渣得到有效控制，确保工程质量。
　　3．6．2清孔
　　通常运用二次清孔来达到混凝土灌注前对泥浆的技术性能要求。第一次清孔是冲孔至持力层并进入持力层达到设计深度要求时进行的泥浆循环清孔工作。第一次清孔是能否达到技术要求的基础，不能因为有第二次清孔而忽视第一次清孔的重要性，因为第一次清孔吸力大，清孔能力强，可以把绝大部分沉渣吸出孔外。而第二次清孔是在下完钢筋笼和导管后，利用导管进行清孔，吸力要小得多，目的是清除在下钢筋笼和导管过程中沉淀到孔底或是被钢筋笼碰撞而掉下去的泥块沉渣。在清孔过程中必须保持孔内水头，防止坍孔，清孔完毕后孔底500mm以内的泥浆应达到以下技术性能要求：孔底沉渣厚度<50mm，泥浆比重≤1.25，含砂率≤8％，粘度≤28s。
　　3．6钢筋笼
　　冲孔灌注桩的钢筋笼制作一般使用热扎钢筋，钢材应具备材料合格证明文件并经现场复验合格，钢筋绑扎及焊接质量应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)中关于钢筋分项工程的相关要求。主要钢筋笼制作的技术要求：
　　(1)钢筋笼直径应符合设计尺寸。
　　(2)每节的长度不宜超过9m，也不宜短于5m，因为过长则吊起时易弯曲变形，过短则增加焊接时间，对成桩的质量不利。
　　(3)使用法兰接头导管时，加劲箍宜设在主筋外侧，主筋一般不设弯钩，根据工艺要求所设弯钩不得向内圆伸露，以防导管挂钩造成钢筋笼上浮。
　　(4)制作好的钢筋笼应平卧堆放在平整干净的场地，堆高不得超过两层。
　　(5)钢筋笼应逐节吊装，孔口焊接，钢筋笼主筋焊接方式为立焊，要求施焊人员具备相当高的焊接工艺水准，方能保证焊接质量。
　　(6)钢筋笼在下笼过程中应从速，一般桩孔应在2～4h内完成。
　　3．7水下混凝土的灌注
　　首先，混凝土的强度等级必须满足设计要求，此外，根据灌注桩的特点，水下混凝土还需控制：①初凝时间：这个指标对于灌注桩非常重要，一般要求所提供配比的初凝时间是实际浇灌时间的两倍，否则容易在浇灌过程中出现导管凝死等事故。⑦良好的和易性：含砂率宜为40％，并宜选用中粗砂，粗骨料最大粒径应小于40mm，有条件时可采用二级配，要求坍落度180～220mm之间，当坍落度小时，易堵塞导管，坍落度大时易发生离析。现在多用商品混凝土，以上技术要求应在混凝土供应合同中予以明确。
　　水下混凝土在灌注过程中应控制以下几个点：
　　(1)水下混凝土灌注前应检查桩底的沉渣厚度与泥浆技术性能指标，不符合要求则应再次清孔,并须达到符合要求后方可下道工序施工。
　　(2)开始浇筑混凝土时，为使隔水栓能顺利排出，导管底部至孔底的距离宜为300～500mm，并应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋入混凝土面以下标0.8m以上，当混凝土灌到孔口不再返出泥浆时，说明混凝土压力已等于或小于其在桩内顶升的阻力，此时应提升导管；若需提高0.5～1.0m以上才能灌入混凝土，则此时应拆除一些导管，减小导管在混凝土的埋深，使动力重新大于阻力。
　　(3)导管埋深宜为2～6m，导管的埋深太大或太小都是不利的，埋深太大容易发生砼凝住导管的断桩事故，埋深太浅容易冲翻孔内砼顶面而将沉渣泥浆卷入，造成夹泥至断桩，也容易发生将导管拔出砼的事故。因此，应做到勤提勤拆，不能出现一次拆十几米的情况。
　　(4)控制好最后一次的灌注量，桩顶不得偏低，必须保证凿除泛浆高度后的桩顶混凝土达到强度设计值。
　　(5)水下混凝土必须连续施工每桩浇筑时间按初盘混凝土的初凝时间控制，做好施工记录，对浇筑过程中的一切故障均要记录在案。
　　4、孔内事故预防及其处理
　　4.1钻孔偏斜事故预防及其处理
　　钻孔偏斜事故的原因分析：因本工程溶洞、溶沟(槽)等岩溶发育，基岩面起伏大，地质条件极其复杂，在成孔过程中容易发生钻孔偏斜事故。
　　钻孔偏斜事故的预防：(1)在基岩面起伏大，尤其是半边岩的钻孔。应当在基岩面处采取低锤轻打，降低冲锤行程，待钻孔进入较完整基岩后，方能采用正常施工技术参数进行成孔可有效地预防钻孔偏斜；(2)钻进过程中，经常检查钻机钢丝绳的摆动幅度是否在桩位中心及钢丝绳的垂直度。钻孔偏斜事故的处理：当发现钻孔偏斜时，应当及时采用回填片石，片石回填应该高于钻孔偏斜孔段1lm左右，进行钻孔纠斜，以确保钻孔的垂直度。[!--empirenews.page--]
　　4.2冲锤被卡、掉锤及崩刃事故预防及处理
　　冲锤被卡、掉锤及崩刃事故原因分析：因本工程溶洞、溶沟(槽)等复杂地质条件，在成孔过程中，曾发生冲锤被卡掉锤及崩刃事故。
　　冲锤被卡、掉锤及崩刃事故的预防：(1)每次冲击回转钻进前，应该检查冲锤刀刃与冲锤体的焊接是否牢固，可减少冲锤崩刃事故的发生；(2)每次冲击回转钻进前，应该检查冲锤与绳卡的连接是否牢固，可减少和预防冲锤脱落掉于孔内；(3)在冲击钻进过程中，应根据钻进情况确定冲击钻进速度，当钻孔内岩屑较多及泥浆比重较大时，应及时清除孔内岩屑、控制钻进速度，可减少因孔内岩屑多造成的卡锤、埋锤；(4)遇溶洞、溶沟(槽)的桩孔，应当合理控制冲锤的行程，采用“低锤轻打”，能有效预防因钻孔偏斜造成的卡锤事故的发生。
　　冲锤被卡、掉锤及崩刃事故的处理：(1)当发现冲锤崩刃时在冲锤底部加焊刀刃的同时，采取磁铁打捞，可提高冲击钻进成孔效率；(2)当发现冲锤脱落于孔内时，采取打捞钩进行打捞必要时可请潜水员进行水下打捞；(3)当发现冲锤被卡时，可采取增大孔内冲洗液的循环量，提高冲洗液的携带能力，及时排除孔内多余的岩屑；也可采取电雷管加小药量炸药进行爆炸的方式进行解卡。
　　4.3断桩及其防治措施
　　断桩的原因分析：(1)在桩身混凝土浇灌过程中，机械故障或外部停电、停水，长时间停灌造成的断桩；(2)钻机操作人员在提升灌浆导管时用力过猛，将灌浆导管提离砼面造成的断桩。
　　有效地防治断桩的主要措施：(1)在灌注桩身混凝土前。应充分检查钻机、搅拌机、发电机等施工机械设备及备用机械设备，确保在灌注过程中机械设备运行良好，并注意经常检查维护保养；(2)桩身混凝土浇灌，钻机操作应由经验丰富的机长或班长操作，严禁将灌浆导管提离砼面，造成人为因素的断桩。
　　断桩事故的处理：(1)发生断桩事故，应停止继续灌注。采用小于钢筋笼直径100mm的钻具扫孔，用泵吸反循环抽吸桩孔内的浮浆，并钻至粗骨料1～2m为宜，重新灌注桩身混凝土如工程质量要求高，可用冲击钻机重新成孔成桩；(2)采用原直径冲锤重新冲击钻进成孔，并钻进到原孔深以下20cm终孔，重新吊放钢筋笼、灌注水下混凝土。
　　4.4串浆事故
　　本工程在221#桩进行桩身混凝土浇灌过程时，发现该桩孔在灌注至lOm高混凝土桩柱，所灌入的混凝土从相距6.50m的208#桩孔返出(208#桩当时正进行桩孔冲击钻进)，当发现两孔串通后，立即停止了208#桩冲击钻进成孔施工，继续浇灌221#桩身混凝土，待221#桩身混凝土浇灌完成后，再进行208#冲击钻进成孔施工,并确保了桩基工程质量。
　　5、结束语
　　以上所述的是冲孔灌注桩施工中应引起足够重视的质量控制要点和孔内常见事故预防及其处理。在本工程的冲孔灌注桩施工过程中，由于我们加强管理，牢牢把握以上质量控制要点，桩基工程施工情况良好，静载及低应变试验均达到设计及规范要求，桩基子分部工程得到建设单位、设计单位、地质勘察单位、监理单位、静载及低应变试验检测单位及施工单位的共同认可，并达到优良。
　　【参考文献】
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　　［4］《江正荣．建筑施工工程师手册
　　［5］《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001
　　［6］《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002
　　［7］《建筑桩基技术规程》JGJ94-94

《浅谈冲孔灌注桩施工中质量的控制及常见事故预防》

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