1、1岩溶地区冲孔灌注桩混凝土超灌问题防治措施【摘 要】桂林山水甲天下，属典型的喀斯特地貌（又称岩溶地貌） 。这种岩溶地貌地下富含大量溶洞、溶沟、溶槽，地基基础处理复杂。由于冲孔灌注桩具有穿透能力强、单桩承载力高的特点，因此，桂林地区高层建筑大多采用冲孔灌注桩基础处理形式。在岩溶地区，由于其进行冲孔灌注桩施工时，对单桩承载力以及完整性有着较高的要求，因此，具有更大的施工难度，在施工过程中往往会出现一系列问题，其中较为突出的便是冲孔灌注桩超灌问题。本文就针对岩溶地区冲孔灌注桩混凝土超灌问题防治措施进行研究与分析。 【关键词】岩溶地区； 冲孔灌注桩； 超灌； 防治措施 1、冲孔灌注桩的特点 冲孔灌注桩
2、是灌注桩的一种，采用冲击钻机或卷扬机悬吊冲击钻头（又称冲锤）到一定高度，然后上下反复冲击，依靠冲击钻头自由下落产生的强大冲击力将土层或岩石层破碎而成桩孔，部分碎渣和泥浆挤入孔壁中，大部分成为泥渣，利用泥浆循环原理将泥渣排出孔内，最后在孔内安装钢筋笼并采取水下灌注方式浇注混凝土。其优点主要为桩长和直径可按设计要求变化自如、桩端可进入持力层或嵌入岩层、单桩承载力大、施工采用水下作业以及能穿透任何复杂的岩层等。因此岩溶地区建高层建筑特别适合采用冲孔灌注桩基础处理形式。然而，它也存在着一定程度上的弊端，主要有：灌注桩成孔工艺较复杂，操作要求较严，2易发生质量事故，造价较高，工期长及易对环境造成污染等，
3、其次其所产生的泥浆还需寻找特别的填埋场。其中造价高最主要的原因就是冲孔桩混凝土的超灌问题。 2、冲孔灌注桩混凝土超灌问题原因分析 一般情况下，造成冲孔灌注桩混凝土超灌问题的原因主要有如下三个方面： 冲孔桩施工过程中未控制好桩径，造成实际成孔桩径远大于设计桩径，因此自然会产生超灌现象。主要原因一是桩机操作手打锤不够熟练，垂直度控制不好。二是施工过程中遇半边岩钻锤不水平锤击，未及时加片石回填予以纠正钻锤，造成成孔桩径过大。三是桩机就位不水平，在冲孔时水平摆动。四是桩机老化变形，桩塔及吊锤均不能调平。桂林地区在此种情况下充盈系数一般不超过 2。 因高层建筑均设有地下室及电梯井，在灌注桩混凝土浇注中一
4、般都留有 4 米以上的空孔，施工规范规定桩顶超灌量一般为 0.5M。但实际施工中要控制在这一标准之内，有很大的难度。这是因为浇注水下混凝土时， 第一斗混凝土在导管上部混凝土的强大压力下被挤出导管底口并流向桩孔底四周， 与桩孔内未清理干净的沉渣及泥浆相互掺合形成一定厚度的浮浆层。当导管埋入足够深度时， 后续灌入的混凝土总是将已灌入混凝土往前或往上推动， 导致第一斗混凝土总是处在桩的最上层， 最终在桩顶凝固成浮浆、沉渣的混杂层。由于混杂层的混凝土强度低，达不到设计要求的混凝土标号， 施工时须完全凿除，因此这属于混凝土超灌部分。而混杂浮浆层的厚度应该取决于孔内清渣程度及导管埋置深3度，清渣程度又受各
5、种条件的制约，导管埋置深度却与操作手的水平及责任感有关，因此混杂浮浆层的厚度在实际施工中不易把握。既要保证桩头质量，又要预留混凝土防止遇溶洞往下塌陷的高度，所以要控制在理想超灌高度非常困难。目前混凝土超灌量一般在 0.8M 以上，多者甚至达 4M 以上，既浪费材料，又延误工期。 由于岩溶地区地下含有很多溶洞、溶沟、溶槽，而冲孔桩成孔是采用泥浆护壁，在灌注桩混凝土时由于混凝土的过大侧压力导致泥浆护壁塌陷，大量的混凝土流入溶洞、溶沟及溶槽中，造成十分严重的超灌现象。桂林地区在此种情况下充盈系数经常会超过 5 有时甚至达 10，这明显地增加了工程造价。 3、岩溶地区冲孔灌注桩混凝土超灌问题防治措施
6、3.1 关于第一类超灌问题 主要是严格控制成孔质量。钻孔灌注桩成孔质量的优劣会对桩的混凝土灌量造成影响，只有对成孔的质量进行有效的保证，才能够促使混凝土浇注顺利完成，最终提高灌量的精确性。针对这一问题，可以采取如下几项措施： 是对桩机操作手进行技能培训。使其熟练掌握打锤的操作要领。施工中严格控制好垂直度。对于项目管理人来说，应当做好地质调查工作，对岩溶地区的地质特征进行充分的了解，并将具体技术细化，详细地讲解给桩机操作人员听。要具体到什么时候采用轻锤，什么时候采用重锤等，这样一来，相关的桩机操作人员在进行操作时就会有意识的去控制，从而提高成孔质量。 4是施工过程中遇半边岩及时回填片石以纠正钻锤
7、。所回填片石密度要求大于或等于半边岩的密度。 是对桩机进行精确定位并垫平固定，保证冲孔时不产生水平方向摆动。 是进场施工前对桩机进行严格检查，对有老化变形、无出厂合格证等质量问题的拒绝进场，可以使用的桩机也要进行严格的调试，将桩机系统误差减至最小。3.2 关于第二种超灌问题 首先是混凝土浇灌前将孔底沉渣清除干净，项目技术人员及监理人员需亲自参加验孔，确保干净后才允许浇灌混凝土。其次就是控制好第一斗混凝土浇灌量及导管埋深等指标，这样形成的桩身质量必然好， 桩顶的混杂浮浆层会很薄。再就是实际施工中若桩顶较高即空孔较小时， 采用竹杆或木枋等直接测定混凝土面标高， 应该说是比较直观地控制最后一次灌入量
8、。若桩顶较低即空孔较大时， 可以用带特制铁块的绳子测量。从桂林某高档小区的 12 栋高层住宅楼工程证实，采用上述方法测定混凝土面标高来控制最后一次灌入量， 能收到较好的经济效益。另外关于预留混凝土防止遇溶洞往下塌陷的问题如果采用后续包不锈钢网方法，完全可以不用考虑，因此在此不再赘述。 3.3 关于第三种超灌问题 对超前钻勘察资料及冲孔记录进行认真分析，确定该桩混凝土灌注是否会存在严重超灌风险。如存在风险有两种方案可选：一是采取变更桩基形式。如桩长小于 10 米的桩可改成人工挖孔桩处理。人工挖孔柱不仅施工工期短，质量可靠，造价低，而且不产生超灌现象。缺点是如5果桩过长、地下水位过高且地下水特别丰
9、富则只能采用冲孔灌注柱施工。二是如果不能变更桩基形式则采用下面要提到的措施进行处理。为了提高分析结果的准确性，建议在进行超前钻勘察时，如桩径超过 1.2 米，每桩钻 2 孔勘察；超过 1.6 米， ，每桩钻 3 孔勘察，并保证每桩钻孔深度一致。 适当延长混凝土浇灌时间间隔，两泵车混凝土浇注时间间距可调整至 40-120 分钟之间，以保证浇注后混凝土能适当硬化，减少混凝土注入溶洞的量。同时调整混凝土的坍落度，正常情况下冲孔灌注桩的混凝土坍落度为 180mm，当发现混凝土超灌较多时，调整其坍落度至 150mm 左右，减缓混凝土注入溶洞的速度。此乃混凝土超灌最常用的措施之一。 加设钢护壁。由于泥浆护
10、壁强度不高，混凝土浇注时产生很大的侧压力，导致溶洞部位护壁塌陷。采用钢护壁，可防止这种情况发生，有效控制混凝土超灌现象。但钢护壁施工工期长，施工工艺复杂，成本高。只有当桩长过长，溶洞过大且复杂的情况下，才会选用此做法。 钢筋笼外包不锈钢丝网。具体做法如下：在原有钢筋笼的基础上外加一层 14 钢筋笼与原钢筋笼连接，外笼直径为原设计桩径大小，其主筋数量为原钢筋笼的 1/2，外绕不锈钢密目网 2 道，网孔 3mm 以内，每层搭接长度为 300mm，上下两层钢丝网也应错开半幅缠绕，宜自下而上环绕。搭接处采用 14#铁丝绑扎，不锈钢丝网外采用 6 螺旋箍筋固定，螺旋箍筋与不锈钢丝网及主筋采用 14#铁丝
11、绑扎牢固。冲孔桩径也应比原设计增大 200mm。具体做法详图。我们在桂林地区采用此种处理方法后，混凝土超灌现象得到有效控制，充盈系数基本上可以控制在 2 以内，大大6节省了工程造价。根据我们事先预估，采用此种处理措施如果施工不当理论上会造成钢筋笼内水泥浆流失，导致混凝土离析。因此在浇灌混凝土时暂停旁边施工（如冲孔桩、人工挖孔桩施工、抽水机排水等） ，以免人为造成地下水流动。从桩抽芯检查结果来看，混凝土成型质量完好，没有混凝土离析现象发生，桩进行静载检测试验也满足设计要求。此种处理方法因为经济合理，桩质量可靠，在桂林得到广泛应用。 钢筋笼外包铁皮或铝皮。具体做法与钢筋笼外包不锈钢丝网相同，也是先
12、加工外笼，再进行包裹。但此种方法存在铁皮或铝皮与土层或岩石结合不好缺点，且灌注后的桩芯混凝土经抽芯检查质量不能完全保证。另外其造价也比包不锈钢丝网高，因此得不到推广应用。 钢筋笼外包密目安全网或彩条布。具体做法为直接在钢筋笼外包裹，无须增加钢筋外笼，只是在缠绕安全网或彩条布时，适当预留点长度，以保证灌注混凝土时主筋有足够的保护层。其冲孔桩径也不必加大。此种处理方法虽然操作简单，造价较低，但因其质量得不到完全保证，故仅适用多层及小高层建筑。 4、结束语 本文根据我们在桂林地区施工冲孔灌注桩多年的成功经验，对混凝土超灌问题防治措施进行研究与分析。首先，对冲孔灌注桩进行了简要的介绍，并在此基础之上分析了造成超灌的原因，然后提出了相应的防治措施。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。 参考文献： 1曾桂生，李得超. 岩溶地区冲孔灌注桩主要施工处理方法J. 7湖南水利水电. 2010（05） 2谢明鸣. 冲孔灌注桩施工常见质量问题的处理J. 广东建材. 2005（11） 3梁夕凤，谢俊卿. 灌注桩工程施工中的质量问题及监理要点J. 煤质技术. 2004（S1）
