冲孔灌注桩施工中质量控制及常见事故预防的探讨

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【摘 要】冲孔灌注桩因其自身优点广泛应用于房屋建筑工程，本文结合工程实际，介绍了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、工程概况及前期预控

1.1 工程概况

南和嘉园1-3#楼总建筑面积24555m2，地下1层、地上5-16层，框架、框剪结构，位于泉州市泉港区后龙镇祥云南路。桩基采用钢筋混凝土冲孔灌注桩，总桩数为143根，桩径有600mm、-1700mm九种， 单桩竖向承载力特征值分别为3400kN-19200kN， 以中等微风化花岗岩为持力层，桩基安全等级为一级。

1.2 前期预控

施工前，工程设计人员进行了图纸交底，与建设、施工、监理人员交流了当地冲孔灌注桩施工质量控制的经验，强调了施工现场质量管理体系建立健全的重要性，强调了参建人员应熟悉设计图纸文件和工程地质勘察报告。拟建场地在28.50m深度范围内的土层按其成因分为以下六层：人工填土层、耕土（厚度0.50～3.20m）、粉质粘土、淤泥质土（厚度0.90～3.20m）、中粗砂（厚度0.50～2.90m）、残积砂质粘性土（厚度1.50～11.10m）、强风化花岗岩（厚度0.40～5.70m）、中等风化花岗岩（厚度4.60～5.40m）。地下稳定水位埋深为0.75～1.80m。分析研究地质勘察报告，均要求施工要制定切实可行的施工方案，预防桩端沉渣过大、缩径、夹泥等施工质量而影响桩身承载力，做好材料、机具等方面的准备工作。

2、施工过程中质量控制要点

冲孔灌注桩的施工工艺虽然比较成熟，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、缩径、断桩、桩身混凝土强度不足、桩顶混凝土不密实或强度不足、钢筋笼上浮以及桩端沉渣过大等质量问题。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。

2.1 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。综合考虑场地地质条件，施工确定采用3台CZ-5型冲孔桩机，依桩径不同配备不同直径的冲锤若干，并按要求配备泥浆泵、钢护筒、导管、储料料斗、16t吊车和泥浆比重测试仪等设备。

2.2 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。因场地人工填土层、耕土承载力低，桩位标记会受泥浆及桩机行走的影响而产生位移，全部埋设钢护筒又不实际，为此，采用了桩机未进场时先放样后灌砼护筒，复测后用砂土回填空孔，从而确保了桩身的定位准确性。

2.3 泥浆的制备

冲孔灌注桩是靠泥浆护壁，防止坍孔，运用泥浆反循环清孔掏渣，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。

2.4 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、自行转向装置是否符合要求。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。

2.5 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。

2.6 钢筋笼

冲孔灌注桩的钢筋笼制作一般使用热轧钢筋，钢材应具备材料合格证明文件并经进场复验合格，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。

2.7 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，一般要求所提供配合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%～50%，并宜选用中粗砂，粗骨料最大粒径应小于40mm，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。

水下混凝土在灌注过程中应控制以下几点：

（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。

（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灌注面以下不少于0.8m， 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）导管埋入混凝土深度宜为2～6m，并控制好提拔导管速度，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，造成夹泥甚至断桩，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，超灌高度宜为0.8～1.0m，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。

3、孔内事故预防及其处理

3.1桩孔偏斜事故预防及其处理

桩孔偏斜事故的原因分析：因本工程基岩面起伏大，地质条件复杂，在成孔过程中容易发生桩孔偏斜事故。

桩孔偏斜事故的预防：（1）在基岩面起伏大，尤其是半边岩的冲孔，应当在基岩面处采取低锤轻打，降低冲锤行程 ，待桩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桩孔偏斜；（2）钻进过程中，经常检查桩机钢丝绳的摆动幅度是否在桩位中心及钢丝绳的垂直度。

桩孔偏斜事故的处理：当发现桩孔偏斜时，应当及时回填片石 ，片石回填应该高于桩孔偏斜孔段0.5～1.0m，冲平后再钻进，以确保桩孔的垂直度。

3.2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：因本工程基岩面起伏大等复杂地质条件，在成孔过程中，易发生冲锤被卡、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。

3.3断桩事故预防及处理

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。

有效地预防断桩的主要措施：（1）在灌注桩身混凝土前 ，应充分检查桩机、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，桩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、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，由于参建各方加强管理，牢牢把握以上质量控制要点，桩基工程施工顺利，静载及桩身完整性检测均符合设计及规范要求，桩基工程施工质量获得各方一致好评。