论文部分内容阅读
【摘 要】 结合福建省肿瘤医院肿瘤诊疗中心大楼桩基施工实例，针对大孔径超深冲孔灌注桩的冲孔过程中，在第⑩层砂土状强风化花岗岩中下部遇進尺困难、成桩时间长等问题，通过采取相应措施并掌握试成孔穿越地层各项参数后，详细阐述了在软弱复杂土层上有效进行超深冲孔灌注桩施工工艺的操作和质量控制。
【关键词】 软土地基；超深冲孔灌注桩；施工；质量控制
1 引言
冲孔灌注桩是将冲锤提升到一定高度，利用冲锤自由下落冲击能量冲击打碎土层或岩石，并通过泥浆循环排出泥渣达到成孔目的。其具有入土深、穿透岩层能力强、刚度大、适应性强、承载力高、桩身变形小，易水下施工等优点，已被广泛应用。其施工虽日益完善，但由于其施工工艺复杂，成桩环节多，若管理不当则会造成各式质量问题，因此现场施工员须重视施工全过程质量控制。
2 工程概况及水文地质条件
福建省肿瘤医院肿瘤诊疗中心大楼建设工程位于福州市，属冲海积平原地貌，地处闽江古河道，总建筑面积7.8万m2，其中地下3层约1.8万m2，开挖深度约18m；主楼为框架剪力墙结构，26层约6万m2。地面整平标高以上建筑总高度99.9m。工程桩采用冲孔灌注方式，共418根，桩径分别为1.2 m 和0.8m，桩顶标高 - 16.8 m，桩底标高- 42 m～-74其中ZH1（196根桩）桩尖持力层进入中风化花岗岩⑩-4（进入持力层1m）；ZH2～4（222根桩）进入碎块状强风风化花岗岩⑩-3（进入持力层10m）。现场地质勘察和钻孔资料，详见表1：
设计要求：此工程为摩擦端承桩，桩孔成型后须清孔底沉渣。所下钢筋笼外侧需设混凝土垫块或其他有效措施，确保纵向主筋护层厚度并不至碰伤孔壁，其下放后需再次清渣，清孔后沉渣厚度≤50mm并应立即灌注水下混凝土，垂直度偏差<1.0%，施工过程应控制桩顶标高，按设计标高超浇 1.6m，混凝土强度等级为 C35，灌注时应由桩顶往桩头方向进行，须连续灌注不得中断，对桩头加强振捣。对工程有影响的地下水主要是潜水，补给源为大气降水，水位会随季节变化，稳定水位埋深为0.4～2.2m（高程4.7～6.1m）。确定地下水抗浮设防水位为7.5m（罗零高程）。
3 施工工艺流程及相应技术措施
冲孔灌注桩的主要施工工艺流程如下：测量放线→桩机就位→护筒埋设→冲击至设计深度→清孔→钢筋笼制作及安装→混凝土导管安装→二次清孔→水下混凝土浇灌。
3.1 测量放线。用经纬仪放样桩位后，于桩中心插一钢筋，由现场工程师组织人员进行复核校对无误后报监理和业主审批后方可开工。
3.2 桩机就位。桩机应放平放稳，机底应垫木，避免因机身倾斜而造成桩孔偏斜。
3.4 冲击成孔。冲孔灌注桩施工过程的重要环节，大部份质量事故通常出现在此环节。本工程主要出现以下几个质量问题：
3.4.1 坍孔。产生原因①由于场地上覆软弱土层厚易坍孔，局部砂层厚达2.9m②施工中采用杂填土层泥土就地造浆，泥浆粘度不够。部分坍孔程度较轻，施工人员难察觉，造成前期桩砼充盈系数过大（超1.15），经济效益不佳。防治措施：①在强风化以上土层采用小冲程冲孔，冲程不大于1.5m，同时加粘土块夹小片石反复冲击造壁②采用自造泥浆，冲孔前拌制好泥浆于泥浆循环池中，待冲孔时用泵抽入孔内使用。为提高泥浆粘度，在预拌泥浆中加入适量膨润土，泥浆比重控制在1.25-1.35。
3.4.2 斜孔。桩偏斜将对地下室施工产生阻碍，应严控桩垂直度，防止斜孔。如发现应立即停止冲孔，采用小片石、碎石回填至发生偏斜以上1m处重新冲孔并采用小冲程、高频率修孔。斜孔严重时，须整孔回填重新冲孔。
3.4.3 缩径。产生原因①清孔不彻底，泥浆中含泥块多，且终灌拔管过快，引起桩顶周边夹泥，导致保护层厚度不足②孔中水头下降，对孔壁静水压力减小，导致局部孔壁土层失稳坍落，造成砼桩身夹泥或缩颈。防治措施：控制泥浆比重，确保泥浆保持孔壁平衡。①根据地层变化配以不同泥浆。②成孔时重视清孔，且清渣不清泥，预防清孔后在浇筑砼时局部坍塌，导致缩径。
3.4.4 断桩 产生原因①砼拌和物发生离析使桩身中断②灌注中发生堵塞导管且处理不良，造成坍孔时使桩身夹泥，形成中断事故③灌注时间过长，首批砼已初凝，而后灌注砼冲破顶层与泥浆相混，会在两层砼中产生夹有泥浆渣土截面。防治主要措施 ①所用导管组拼后用球塞等试验；②严格控制导管埋深与拔管速度，导管不宜埋入砼过深、过浅，及时测量砼浇灌深度，严防导管拔空③常检测砼拌和物达到要求。
3.4.6 “烂桩头” 产生原因①清孔不彻底，桩顶浮浆过厚，影响水下砼灌注时测量桩顶位置精度②导管起拔过快，尤其桩头直径大时，如未经插捣直接起拔导管，桩头易现砼中间高、四周低的“烂桩头”③浇筑速度过快，导致孔壁局部坍塌，影响测量。防治措施①认真做好清孔，确保清孔后孔口无泥块返出；在空孔较长桩内测砼上升面时，应控制好测量重锤质量，质量控制在1kg-1.5 kg 左右（根据碎石砼大小调整）②砼终灌拔管前，使用导管适当插捣砼，把桩身存在气泡排出，以便精确测量砼面，同时摊平桩顶砼。
3.5 清孔（二次清孔） 冲孔结束至钢筋笼下放期间，应采用橡胶管进行一次清孔，其目的是降低泥浆比重，防止二次清孔因沉淤过厚而难以清理并保证钢筋笼下放顺利。依桩基技术规程要求，二次清孔利用浇砼导管进行并控制泥浆比重低于1.25、粘度≤28s、含砂率≤8%。
3.6 钢筋笼制作安装 根据设计预制，为保主筋保护层厚度，应在钢筋外侧每隔2m焊接70厚钢筋垫圈。为使起吊中钢筋垫圈不损坏，可在钢筋笼入孔时，边放边焊接。为保钢筋笼位置符合设计标高，可在钢筋笼顶部焊接两根一定长度吊筋，吊筋长度=护筒标高-钢筋笼设计标高。吊筋应确保固定在护筒上，以防止其下沉至孔底，或浇砼时上浮。 3.7 浇灌水下混凝土 若管理不善，易造成断桩、裹泥等质量事故。施工人员应严控整个浇灌过程。桩混凝土应具有良好和易性，坍落度控制在180-220mm之间。在进行第一斗混凝土灌注时，应计算料斗砼灌注量，确保第一斗混凝土灌注后，导管埋入砼中不少于1m。在浇灌过程中，应有专人负责测量砼面标高并计算拆管长度。导管埋深宜为2-6m，埋管过浅易使导管高出砼面，造成断桩等事故；埋管过深则易因混凝土浮力，使钢筋笼上浮。最后一次砼浇灌量，应高出桩顶设计标高1.6m以上。
4 工程難点分析以及采取措施
4.1 工程难点分析
4.1.1 地理位置特殊。本工程场地东侧为凤坂河道、南北两侧为居民住宅、西侧为办公大楼，其中北侧居民住宅楼与深基坑间距仅10米左右，周边环境复杂，场地用地狭窄，可供施工用地不多，对止水等方面提出较高要求。
4.1.2 地质条件差。项目建设场地地质复杂，原始地貌为福州湾与闽江古河道叠加地带，部分跨度10m左右区域，岩面落差达30m，场地内存大量不同规则、深度卵石层，且伴有孤石。场内淤泥层较厚，地质松软（即便碎块状强风化花岗岩⑩-3，因其竖向极限承载力的不足，仍无法作为持力层），且碎块状强风化与强风化岩样难以区分。
4.2 采取措施
4.2.1 泥浆粘度适当提高、孔深大的在成孔过程中适时进行捞渣，避免沉渣过多造成冲孔无力。
4.2.2 进行补勘，对碎块状强风化岩层承载力参数进行修正，中风化花岗岩⑩-4埋深较大的考虑采用碎块状强风化花岗岩⑩-3为持力层，并采用桩端（桩侧）注浆技术补强。
⑤当满足下列条件之一时可终止注浆：（1）注浆总量和注浆压力均达设计要求（2）注浆总量已达到设计值75%，且注浆压力超过设计要求。⑥当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间宜为30～60MIN，或调低浆液水灰比。⑦其他方面要求详JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》中的6.7节要求。
5 施工效果
冲孔灌注桩属隐蔽性工程，改进施工工艺后，有效缩短终孔时间，孔径、垂直度、孔深和桩身结构完整性等检测符合设计要求。
参考文献
[1] 《建筑桩基技术规程》JGJ94-94
[2] 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002
【关键词】 软土地基；超深冲孔灌注桩；施工；质量控制
1 引言
冲孔灌注桩是将冲锤提升到一定高度，利用冲锤自由下落冲击能量冲击打碎土层或岩石，并通过泥浆循环排出泥渣达到成孔目的。其具有入土深、穿透岩层能力强、刚度大、适应性强、承载力高、桩身变形小，易水下施工等优点，已被广泛应用。其施工虽日益完善，但由于其施工工艺复杂，成桩环节多，若管理不当则会造成各式质量问题，因此现场施工员须重视施工全过程质量控制。
2 工程概况及水文地质条件
福建省肿瘤医院肿瘤诊疗中心大楼建设工程位于福州市，属冲海积平原地貌，地处闽江古河道，总建筑面积7.8万m2，其中地下3层约1.8万m2，开挖深度约18m；主楼为框架剪力墙结构，26层约6万m2。地面整平标高以上建筑总高度99.9m。工程桩采用冲孔灌注方式，共418根，桩径分别为1.2 m 和0.8m，桩顶标高 - 16.8 m，桩底标高- 42 m～-74其中ZH1（196根桩）桩尖持力层进入中风化花岗岩⑩-4（进入持力层1m）；ZH2～4（222根桩）进入碎块状强风风化花岗岩⑩-3（进入持力层10m）。现场地质勘察和钻孔资料，详见表1：
设计要求：此工程为摩擦端承桩，桩孔成型后须清孔底沉渣。所下钢筋笼外侧需设混凝土垫块或其他有效措施，确保纵向主筋护层厚度并不至碰伤孔壁，其下放后需再次清渣，清孔后沉渣厚度≤50mm并应立即灌注水下混凝土，垂直度偏差<1.0%，施工过程应控制桩顶标高，按设计标高超浇 1.6m，混凝土强度等级为 C35，灌注时应由桩顶往桩头方向进行，须连续灌注不得中断，对桩头加强振捣。对工程有影响的地下水主要是潜水，补给源为大气降水，水位会随季节变化，稳定水位埋深为0.4～2.2m（高程4.7～6.1m）。确定地下水抗浮设防水位为7.5m（罗零高程）。
3 施工工艺流程及相应技术措施
冲孔灌注桩的主要施工工艺流程如下：测量放线→桩机就位→护筒埋设→冲击至设计深度→清孔→钢筋笼制作及安装→混凝土导管安装→二次清孔→水下混凝土浇灌。
3.1 测量放线。用经纬仪放样桩位后，于桩中心插一钢筋，由现场工程师组织人员进行复核校对无误后报监理和业主审批后方可开工。
3.2 桩机就位。桩机应放平放稳，机底应垫木，避免因机身倾斜而造成桩孔偏斜。
3.4 冲击成孔。冲孔灌注桩施工过程的重要环节，大部份质量事故通常出现在此环节。本工程主要出现以下几个质量问题：
3.4.1 坍孔。产生原因①由于场地上覆软弱土层厚易坍孔，局部砂层厚达2.9m②施工中采用杂填土层泥土就地造浆，泥浆粘度不够。部分坍孔程度较轻，施工人员难察觉，造成前期桩砼充盈系数过大（超1.15），经济效益不佳。防治措施：①在强风化以上土层采用小冲程冲孔，冲程不大于1.5m，同时加粘土块夹小片石反复冲击造壁②采用自造泥浆，冲孔前拌制好泥浆于泥浆循环池中，待冲孔时用泵抽入孔内使用。为提高泥浆粘度，在预拌泥浆中加入适量膨润土，泥浆比重控制在1.25-1.35。
3.4.2 斜孔。桩偏斜将对地下室施工产生阻碍，应严控桩垂直度，防止斜孔。如发现应立即停止冲孔，采用小片石、碎石回填至发生偏斜以上1m处重新冲孔并采用小冲程、高频率修孔。斜孔严重时，须整孔回填重新冲孔。
3.4.3 缩径。产生原因①清孔不彻底，泥浆中含泥块多，且终灌拔管过快，引起桩顶周边夹泥，导致保护层厚度不足②孔中水头下降，对孔壁静水压力减小，导致局部孔壁土层失稳坍落，造成砼桩身夹泥或缩颈。防治措施：控制泥浆比重，确保泥浆保持孔壁平衡。①根据地层变化配以不同泥浆。②成孔时重视清孔，且清渣不清泥，预防清孔后在浇筑砼时局部坍塌，导致缩径。
3.4.4 断桩 产生原因①砼拌和物发生离析使桩身中断②灌注中发生堵塞导管且处理不良，造成坍孔时使桩身夹泥，形成中断事故③灌注时间过长，首批砼已初凝，而后灌注砼冲破顶层与泥浆相混，会在两层砼中产生夹有泥浆渣土截面。防治主要措施 ①所用导管组拼后用球塞等试验；②严格控制导管埋深与拔管速度，导管不宜埋入砼过深、过浅，及时测量砼浇灌深度，严防导管拔空③常检测砼拌和物达到要求。
3.4.6 “烂桩头” 产生原因①清孔不彻底，桩顶浮浆过厚，影响水下砼灌注时测量桩顶位置精度②导管起拔过快，尤其桩头直径大时，如未经插捣直接起拔导管，桩头易现砼中间高、四周低的“烂桩头”③浇筑速度过快，导致孔壁局部坍塌，影响测量。防治措施①认真做好清孔，确保清孔后孔口无泥块返出；在空孔较长桩内测砼上升面时，应控制好测量重锤质量，质量控制在1kg-1.5 kg 左右（根据碎石砼大小调整）②砼终灌拔管前，使用导管适当插捣砼，把桩身存在气泡排出，以便精确测量砼面，同时摊平桩顶砼。
3.5 清孔（二次清孔） 冲孔结束至钢筋笼下放期间，应采用橡胶管进行一次清孔，其目的是降低泥浆比重，防止二次清孔因沉淤过厚而难以清理并保证钢筋笼下放顺利。依桩基技术规程要求，二次清孔利用浇砼导管进行并控制泥浆比重低于1.25、粘度≤28s、含砂率≤8%。
3.6 钢筋笼制作安装 根据设计预制，为保主筋保护层厚度，应在钢筋外侧每隔2m焊接70厚钢筋垫圈。为使起吊中钢筋垫圈不损坏，可在钢筋笼入孔时，边放边焊接。为保钢筋笼位置符合设计标高，可在钢筋笼顶部焊接两根一定长度吊筋，吊筋长度=护筒标高-钢筋笼设计标高。吊筋应确保固定在护筒上，以防止其下沉至孔底，或浇砼时上浮。 3.7 浇灌水下混凝土 若管理不善，易造成断桩、裹泥等质量事故。施工人员应严控整个浇灌过程。桩混凝土应具有良好和易性，坍落度控制在180-220mm之间。在进行第一斗混凝土灌注时，应计算料斗砼灌注量，确保第一斗混凝土灌注后，导管埋入砼中不少于1m。在浇灌过程中，应有专人负责测量砼面标高并计算拆管长度。导管埋深宜为2-6m，埋管过浅易使导管高出砼面，造成断桩等事故；埋管过深则易因混凝土浮力，使钢筋笼上浮。最后一次砼浇灌量，应高出桩顶设计标高1.6m以上。
4 工程難点分析以及采取措施
4.1 工程难点分析
4.1.1 地理位置特殊。本工程场地东侧为凤坂河道、南北两侧为居民住宅、西侧为办公大楼，其中北侧居民住宅楼与深基坑间距仅10米左右，周边环境复杂，场地用地狭窄，可供施工用地不多，对止水等方面提出较高要求。
4.1.2 地质条件差。项目建设场地地质复杂，原始地貌为福州湾与闽江古河道叠加地带，部分跨度10m左右区域，岩面落差达30m，场地内存大量不同规则、深度卵石层，且伴有孤石。场内淤泥层较厚，地质松软（即便碎块状强风化花岗岩⑩-3，因其竖向极限承载力的不足，仍无法作为持力层），且碎块状强风化与强风化岩样难以区分。
4.2 采取措施
4.2.1 泥浆粘度适当提高、孔深大的在成孔过程中适时进行捞渣，避免沉渣过多造成冲孔无力。
4.2.2 进行补勘，对碎块状强风化岩层承载力参数进行修正，中风化花岗岩⑩-4埋深较大的考虑采用碎块状强风化花岗岩⑩-3为持力层，并采用桩端（桩侧）注浆技术补强。
⑤当满足下列条件之一时可终止注浆：（1）注浆总量和注浆压力均达设计要求（2）注浆总量已达到设计值75%，且注浆压力超过设计要求。⑥当注浆压力长时间低于正常值或地面出现冒浆或周围桩孔串浆，应改为间歇注浆，间歇时间宜为30～60MIN，或调低浆液水灰比。⑦其他方面要求详JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》中的6.7节要求。
5 施工效果
冲孔灌注桩属隐蔽性工程，改进施工工艺后，有效缩短终孔时间，孔径、垂直度、孔深和桩身结构完整性等检测符合设计要求。
参考文献
[1] 《建筑桩基技术规程》JGJ94-94
[2] 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002