1、61建筑科技2023 年 第 3 期基于复杂地质条件的冲孔灌注桩施工质量控制措施Exploration of Quality Control Measures of Punching and Grouting Pile Construction Based on Complex Geological Conditions涂传尚（上海市地矿建设有限责任公司,上海 200080）摘要：复杂地质条件会对冲孔灌注桩的施工质量带来负面影响,由于地下施工存在诸多因素,导致成孔过程易出现各种问题,最终影响建筑施工的安全性。结合实例分析在复杂的地质条件下如何实现对冲孔灌注桩施工质量的控制,结合冲孔灌注桩的施工
2、工艺,探讨其形成的原因,介绍了冲孔灌注桩施工过程中的一些经验,为复杂地质条件下冲孔灌注桩的施工提供参考和借鉴。关键词：复杂地质;冲孔灌注桩;质量控制中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）03-0061-030引 言冲孔灌注桩凭借其对环境影响小、桩长和直径控制自由、承载力强等优势,成为灌注桩中最常用的种类。但是,冲孔灌注桩在施工过程中,对地质的要求及成孔时间的长短导致其在使用中容易引发安全隐患。尤其是复杂的地质条件下,更增加了冲孔灌注桩的使用难度。为了保证施工的安全性,须结合地质特点,有针对性地制定施工措施,才能降低质量事故发生的风险,加快施工进度。
3、1工程概况本项目位于泉州市丰泽区,场地的北侧为在建项目的售楼部,其余周边均为市政道路、红线30 m范围内无既有建筑。拟建项目为3栋高层建筑,地上层数在30层以上,地下2层。本项目的基坑工程位于软土地区,属中等复杂场地和地基。2地质条件本项目的场地原为滨海滩涂,经回填平整后地形相对平坦,但在北侧中段的局部还残留未回填到位、相对低洼的地段。场地及周边未见污染源,环境条件相对简单。整个项目的地理位置在大陆边缘坳陷变质带内,属于传统的长乐南澳深大断裂带和永安晋江大断裂带,构造区内的东北和西北向均呈断裂发育。场地上部地层以第4系人工堆积层、淤积及残积地层为主,下伏基岩主要为早燕山期侵入的花岗岩。场地内分
4、布的岩土层自上而下有10层,分别为杂填土/素填土（填砂）、淤泥质黏土、粉质黏土、含泥中粗砂、残积砂质黏性土、全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩和微风化花岗岩。杂填土的土质呈灰黄色、灰色等杂色,土壤湿度为稍湿和湿,松散状,以建筑垃圾混黏性土堆填为主,含大量的混凝土块、碎石、砖瓦等硬杂质,局部混少量泥块等杂质,土质均匀性较差,工程性能差。淤泥质黏土的土质呈深灰色,湿度饱和,流塑状,组成以黏粒、粉粒为主,含少量的贝壳和腐殖质,部分地段混少量石英砂粒或夹极薄层的粉细砂,含砂量为10%15%,局部地段相变为淤泥,该层为欠固结土,工程性能差。粉质黏土的土质呈灰色、浅灰色、灰
5、黄色和褐红色,湿度为湿,土质可塑、局部呈坚硬状,组成以黏粒、粉粒为主,含少量石英中粗砂粒,干强度高,无摇振反应。含泥中粗砂呈灰色、灰黄色,松散稍密状为主、局部中密状,组成以石英质中粗砂粒为主,含少量细砾石,分选性差,颗粒级配较好,具泥质胶结,砂粒棱角明显,工程性能较好。残积砂质黏性土呈青灰色、灰黄色、浅肉红色,花岗岩原地风化残留形成,原岩风化彻底,组织结构全部破坏,原岩矿物成分均已风化或变质成土状,主要成分有石英、长石62建筑科技2023 年 第 3 期风化物及少量云母,多见铁质浸染,部分地段含少量强风化碎块,工程性能较好且由上至下渐好。全风化花岗岩呈青灰色、灰黄色,岩石风化剧烈,组织结构基本
6、破坏,矿物成分大部分风化变质,石坚硬程度为极软岩,岩体完整程度为极破碎。砂土状强风化花岗岩呈青灰色、灰黄色、褐黄色,砂土状构造,中粗粒结构,岩石风化强烈,组织结构大部分风化破坏但仍清晰可辨,矿物成分大部分风化变质。碎块状强风化花岗岩呈灰黄色、褐黄色,碎块状构造,中粗粒结构,岩石风化较强烈,组织结构部分破坏,矿物成分部分风化变质。部分地段受区域构造挤压,叶腊石化及硅化现象明显,裂隙面常见绿泥石风化现象,局部矿物晶形不完整,有构造变质或热液蚀变作用。中风化花岗岩呈灰色、浅灰黄色,块状构造,中粗粒结构,主要矿物成分有石英、长石及少量云母,裂隙面可见少量褐黄色铁质浸染。岩芯以短柱状为主,锤击声较脆,局
7、部地段受构造影响,节理发育,硅化现象明显,岩芯呈块状或碎块状,裂隙面可见绿泥石化,局部矿物晶形不完整。微风化花岗岩呈灰色,块状构造,中粗粒结构,主要矿物成分有石英、长石及少量云母,岩芯以长柱状为主,锤击声清脆,裂隙节理一般发育。另外部分勘探孔的残积砂质黏性土、砂土状强风化岩和碎块状强风化岩中有碎块状强风化残留体和中风化孤石,由于花岗岩的差异风化特性,不排除在勘探孔间存在风化硬层残留体或孤石的可能。3施工改进策略3.1泥浆制备因为该工程的地质条件过于复杂,在项目场地的土层以及成孔中存留有岩屑和砂粒等杂质,因此在冲孔灌注桩施工中必须要保证泥浆的护壁和携渣能力。理想的泥浆是聚丙烯酰胺泥浆,该泥浆属于
8、膨润土泥浆,具有良好的护壁和携渣能力。在制备时适当加入聚丙烯酰胺和纯碱,有助于泥浆生成致密的吸附膜,吸附膜的形成可以实现对孔壁和孔隙的充分密闭,同时泥浆良好的携渣能力也能将包括岩屑在内的杂质带出孔外。膨润土泥浆还具有絮凝作用,能够将石英砂粒、粉细砂或者岩粉在泥浆池中顺利分离,并以沉淀的方式清理出来1。泥浆的制备要在施工之前,制备人员须在项目场地现场对聚丙烯酰胺进行水解,并按照10701.15的比例在搅拌桶中加入聚丙烯酰胺、自来水以及氢氧化钠,掺入3种物质后进行搅拌,最终得到用于制备的聚丙烯酰胺水溶液。此时,再往泥浆中倒入聚丙烯酰胺水溶液进行均匀搅拌,考虑本工程复杂的地质条件,聚丙烯酰胺泥浆中的
9、聚丙烯酰胺掺入量控制在28 kg/m3,泥浆的黏度控制在3035 mPas,以满足施工要求。3.2孤石处理该地层中存在大量的孤石,根据孤石厚度H给予不同的处置措施,厚度界限设置为1.5 m,处理方法有重锤快打法和水下爆破法2种。3.2.1重锤快打法针对H1.5 m的孤石均采用此法,施工组在进行冲孔灌注桩施工的前期为每台桩机预备5 t的桩锤,所有预备桩锤的直径标准均要800 mm,同时在桩锤的锤底加焊钢牙数条,以此让桩锤的砍岩能力大幅度提高。根据勘探所得结果,在桩锤冲击时,使用常规3 t,等到冲击至孤石时更换为5 t,同时调大冲程,冲程的增加范围在34 m。冲击目的以将孤石击穿为主,完成击穿作业
10、后停止冲击。如果孔的孤石的宽度较小（低于1/3的桩径）,且岩面的倾斜度较高,此时在孤石面以上的2 m处向孔内投入片石和黏性土混合物。完成混合物投入后按照0.5 m的冲程继续冲击,之后岩面在冲击下形成比较完整的平面后再调整冲程,以4 m的冲程继续砍岩,在将孤石成功击穿后停止。如果孔内孤石宽度较大（约等于1/2的桩径或者超过1/2的桩径）,且不存在偏孔的现象,那么按照34 m的冲程直接对孤石进行砍岩,直到将孤石顺利击碎后结束。如果在冲击中发生了偏孔问题,向孔内投入片石和黏性土混合物,并按照对宽度过低的孤石采取的方法,先使用小冲程冲击岩面,直到将岩面冲击成平面后,再改用大冲程冲击,直到将孤石击碎后结
11、束2。3.2.2水下爆破法针对H1.5 m的孤石均采用此法,在具体的实施过程中根据孤石的宽度设置炮眼数量（通常为14个）。如果孤石的宽度在800 mm以下,炮眼设置12个即可,具体设置数量由孤石的形状和宽度决定。如果孤石的宽度达到800 mm及以上,那么炮眼数量需要增加到4个,其中3个炮眼需在桩心150 mm的圆周上按照3等分的形式设置,最后一个设置在桩心。为确保定位的精准性,在孔口位置增加定位架,定位架选择型钢材质以方便多次使用。设置定位架后,用定位架标记炮眼位置,定位标记完成后选择直径300 mm的钢导管下放,下放完成后固定。之后使用岩心钻机打眼,炮眼的直径要在100 mm左右,且形状必须
12、为圆形,打眼深度由钻探结果决定,即需要钻至孤石底端1 m左右的距离。在打眼的过程中需要跟管进行钻进,跟管选用PVC管,其直径标准为75 mm。施工人员钻进到一定的距离后,按照1 m的高度向钢导管中投入黏性土,投入时要避免孔内的泥砂混入管内。根据勘探得到的孤石岩质、强度、宽度以及炮眼的深度,确定每一个炮眼的实际装药量,桩心位置的炮眼最为重要,因63建筑科技2023 年 第 3 期此装药量最多。装药时将药量提高22%,周边的3个炮眼可以适当减少8%的装药量。爆破筒的直径设置为50 mm,乳化炸药装入后将雷管以串状体的形式和炸药绑好,再用密封盖进行密封。钻眼被装入炸药后,根据事先审批和敲定的方案在施
13、工场地的周围划出一片安全警戒区域。该场地的周边均为市政道路,因此要在所有靠近道路的地方设置防护脚手架,为了提高防护性,架体上还要绑扎竹篱笆片。完成警戒区设置后在孔口放置各种重物,如砂袋、双层钢筋网和废轮胎片等,防止在爆破时由于没能压实,石片从孔内飞出划伤旁人。此外,采用水下爆破法进行孤石破碎时,爆破会产生强烈的振动力,如果桩身的强度不足,在爆破时容易被振动力震碎。为了避免已灌注混凝土的桩在爆破过程中发生开裂,必须要将起爆点设置在龄期足够的灌注桩中间,起爆点5 m内不能有龄期不足的灌注桩。在准备起爆时,所有现场人员均要离开施工区域,完成水下爆破后,首先要进行安全检查,确保无问题后再重新回到场地施
14、工3。3.3偏差控制冲孔灌注桩施工中的主要偏差来自于轴线与垂直度,在完成桩位的测放后,施工人员需在周围设置约4个控制点,所有的控制点都呈“十”字交叉形式,桩位的轴线偏差不能超过50 mm。设置控制点是用于校准,施工人员埋设护筒和对准桩位时根据控制点进行复核工作,保证轴线的偏差值能控制在规范要求以内。线锤设置2个,其中1个设置在桩架上,第2个根据第1个的位置,在呈直角的地点设置。在检查和校正钢丝绳的垂直度时根据2个线锤的方向来判定,钢丝绳的垂直度偏差值需要控制在1%及以下4。该场地内分布的土层有杂填土、淤泥质黏土、粉质黏土等,这些土质在冲击中容易发生缩颈问题,因此在冲孔灌注桩的施工过程中必须进行
15、反复多次的扫孔。当发现垂直度的偏差已经超过规范要求,需立刻停止冲击,直到查明原因后将黏性土和片石混合物回填到孔内,然后再进行冲击。如果片石与黏性土回填到孔内依然无法实现有效纠偏,则改用水下灌注的方式灌注C30混凝土,直到软硬部分实现强度的平衡后,采用重锤将其击碎,让桩孔的垂直度偏差得到纠正并重新施工。3.4持力层入岩判定本场地的主要持力层存在层面起伏大的情况,局部的桩基可能选用不同的持力层,这对桩基的整体稳定性有影响。为保证桩基的稳定性,桩端需要全断面都进入到岩层之中,根据地面震感、孔底高程、渣样颜色和锤端可判定持力层。如果地面震感明显且进尺困难（1 h的进尺低于0.2 m）且孔底高程勘探时测
16、到的持力层高程,同时掏渣桶的渣样没有锈迹和杂质、颜色鲜亮时,可以大致判定成孔已至持力层。此时用测锤沿着孔底周围检查,若锤端有反弹现象说明成孔确实至持力层,此时再锤击下去约1.0 m确保至设计高程5。3.5清孔与注浆清孔时空压机的风压值控制在0.30.4 MPa,为防止孔壁扰动引发塌孔问题,在清孔中要时刻注浆。为保证孔壁安全,泥浆中的含砂率不能过高,完成泥浆排放后要进行砂粒分离,清孔后的桩底沉渣厚度必须小于50 mm才符合要求,最佳的沉渣厚度为23 mm。成桩约1 d的时间,施工人员用高压水泵开塞,以保证注浆管路中不存在杂物,整条管道畅通无阻。在成桩约7 d的时间,用高压泵向桩底注入水泥浆,注入的水泥浆要注意控制水灰比。注浆中依然要考虑水泥浆的搅拌和过滤,单桩注浆为1.5 t,注浆桩位和正在冲击成孔的桩位要保持8 m及以上的距离。如果注浆量在注浆压力超过3 MPa的情况下依然未达标,则要改变注浆方案,换用间歇注浆方式进行注浆,通过多次注浆保证注浆量符合规范要求。在成桩的28 d之后,对桩基采用静载、取芯以及超声波的方式进行检测,单桩的承载力达到5 500 kN。4结语复杂地质条件下的成桩