某工程沖孔灌注樁充盈系數(shù)偏高原因分析及對策

1、某工程沖孔灌注樁充盈系數(shù)偏高原因分析及對策黃奕芹（廣州市建筑工程職業(yè)學(xué)校 廣州 510403）摘 要：沖孔灌注樁近年在廣東等沿海地區(qū)高層建筑和橋梁基礎(chǔ)中應(yīng)用較廣泛，但施工過程中常會遇到因混凝土充盈系數(shù)偏高而導(dǎo)致工程成本增加、利潤降低的問題。 文中分析某基礎(chǔ)工程施工沖孔灌注樁混凝土充盈系數(shù)偏高的原因，探討其解決對 策，及其實(shí)施效果和經(jīng)濟(jì)、社會效益。關(guān)鍵詞：沖孔灌注樁； 充盈系數(shù)； 超前鉆； 問題對策； 塌孔； 效益； 承載力Cause Analysis and Countermeasures for the High of Punch Filling PileFilling Coefficien

2、t of the EngineeringHuang Yiqin（Guangzhou Construction Engineering Vocational School Guangzhou 510403，China）Abstract：The technology of punch filling piles has more widely used in Guangdong and other coastal areas of high-rise buildings andbridge foundation in recent years. But in the process of cons

3、truction often encountered due to concrete filling coefficient high and leading to increased costs，reduced profit problem. To solve this problem，in this paper，based on the analysis of the basic construction of punch filling piles in the course of concrete filling coefficient increases as the reason，

4、to explore solutions to this problem，and measures the re- sults achieved with the implementation of economic and social benefits.Keywords：punch filling piles； filling coefficient； ahead of the drill； problems and countermeasures； hole collapse； benefit； bearing capacity前言工程概況12泥漿護(hù)壁沖孔灌注樁簡稱沖孔灌注樁，是用沖擊鉆

5、機(jī)或卷揚(yáng)機(jī)懸吊沖擊鉆頭（又稱沖錘）到一定高 度，然后上下往復(fù)沖擊，靠自由下落的沖擊力將硬質(zhì) 土或巖層破碎成樁孔，部分碎渣和泥漿擠入孔壁中， 大部分成為泥渣，用淘渣筒掏出成孔，然后孔內(nèi)灌注 混凝土。 混凝土灌注是確保樁身質(zhì)量的關(guān)鍵工序，施 工中應(yīng)經(jīng)常測定混凝土面上升情況，將近結(jié)束時(shí)應(yīng)核 對混凝土灌入量，灌注后應(yīng)計(jì)算混凝土的充盈系數(shù)。 充盈系數(shù)是指一根樁實(shí)際灌注的混凝土方量與按樁管外徑計(jì)算的樁身體積之比，現(xiàn)行施工規(guī)范要求 樁身分孔段充盈系數(shù)不小于 1，而定額規(guī)定又限制充某工程位于石灰?guī)r地區(qū)，場區(qū)巖層較發(fā)育，地質(zhì)為第四系覆蓋土層和基巖。覆蓋層自上而下為雜填土、耕植土、沖擊粘性土、砂土及殘積粘性土，分

6、布于全區(qū)，但薄厚不一，隨基巖面起伏而變化，豎向上總體具有 2 個(gè)較明顯的沉積旋回。基巖為石炭系下統(tǒng)石磴子組石灰?guī)r，巖質(zhì)堅(jiān)硬，地質(zhì)鉆探時(shí)除少數(shù)鉆探孔層面巖芯較為破碎外，大多數(shù)較完整，基巖面起伏 大，巖面埋深 16.2m56.50m，一般為 20m30m。 根據(jù) 初步地質(zhì)勘察報(bào)告，場區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為溶洞 及土洞，且分布范圍較廣，地質(zhì)情況非常復(fù)雜。本工程沖孔灌注樁有 480 根，占總體工程造價(jià)的38%，混凝土灌注量采用總價(jià)包干。 前期地質(zhì)鉆探情 況顯示，本工程存在大量溶洞，會導(dǎo)致樁基在成孔施 工中貫穿溶洞，而依靠混凝土填充溶洞（甚至是特大 溶洞）將會增加施工成本風(fēng)險(xiǎn)，且成孔過程中會存在 由于發(fā)

7、生塌方而導(dǎo)致陷機(jī)等安全隱患；另外在混凝土 灌注過程中容易因溶洞孔壁貫穿造成灌注混凝土面 急速下降， 從而引發(fā)樁身夾泥或空樁等質(zhì)量事故。19盈系數(shù)不超過 1.25。如果充盈系數(shù)大則意味著混凝土的實(shí)際灌量較大，則工程的成本就會增加，另外也有文獻(xiàn)指出，充盈系數(shù)值過大的樁單樁承載力往往 更低，因此降低混凝土充盈系數(shù)對增加利潤、提高樁 基質(zhì)量都有積極意義。 本文將結(jié)合某工程項(xiàng)目完成 基礎(chǔ)工程的情況，探討如何通過降低沖孔灌注樁混凝 土充盈系數(shù)，解決工程成本增加、利潤降低的問題。2011 年 10 月 第 10 期黃奕芹： 某工程沖孔灌注樁充盈系數(shù)偏高原因分析及對策OCT 2011 No10本工程項(xiàng)目部在開

8、始大規(guī)模沖孔灌注樁施工前，先進(jìn)行了部分區(qū)域個(gè)別沖孔灌注樁的施工，結(jié)果發(fā)現(xiàn) 實(shí)際平均充盈系數(shù)為 1.34，與相類似工程相比，其混 凝土充盈系數(shù)有下浮空間。 在綜合考慮本工程地質(zhì) 情況，類似工程施工完成情況及本工程成本構(gòu)成等 因素后，制定了將本工程沖孔灌注樁的充盈系數(shù)控 制在 1.15 以下的目標(biāo)要求。灌注過程中供應(yīng)中斷最長時(shí)間為 49min，超出標(biāo)準(zhǔn)的30min，且出現(xiàn)的次數(shù)也較頻繁?？妆谔菔菍?dǎo)致充盈系數(shù)增大的直接原因，因此在沖孔灌注樁沖孔過程中應(yīng)采取有效措施避免這一情況的發(fā)生。3.3灌注過程中因混凝土側(cè)壓力造成溶洞貫穿。當(dāng)混凝土頂面突然下降較大時(shí)，很有可能是溶洞 部位填充的塊石、粘土及速凝水

9、泥混合物的強(qiáng)度無法 承受混凝土側(cè)壓力， 大量的混凝土?xí)糜谔畛淙芏矗?這也是造成充盈系數(shù)增大的原因。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，灌 注過程混凝土面應(yīng)穩(wěn)定上升，水下混凝土面平均上升充盈系數(shù)偏高原因分析3針對本工程沖孔灌注樁混凝土充盈系數(shù)偏高，超過目標(biāo)控制值的問題，經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)其原因主要包括以下 3 個(gè)方面：3.1未做單根樁的超前鉆，溶洞影響施工。超前鉆是指當(dāng)基樁挖到持力層時(shí)， 為查明基樁 持力層下不少于 5m 范圍內(nèi)有無軟弱夾層、空洞等不速度不應(yīng)小于過 1m 的現(xiàn)象。0.25m h，不得出現(xiàn)混凝土頂面驟降超根據(jù)本工程灌注記錄，個(gè)別出現(xiàn)溶洞的樁在灌注至溶洞部位以上高度時(shí)，出現(xiàn)混凝土灌注頂面驟降

10、的 情況且幅度較大，最大達(dá) 6.8m，遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)要求，這 也是導(dǎo)致本工程充盈系數(shù)偏高的主要原因。良地質(zhì)作用而進(jìn)行的勘探鉆孔勘察。采用超前鉆來探知樁基地質(zhì)情況、確定樁底標(biāo)高這一技術(shù)措施，能為工程帶來施工質(zhì)量保證、施工進(jìn)度加快和節(jié)約投 資等諸多好處。 按廣東省樁基質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)定 的要求，沖孔灌注樁超前鉆率應(yīng)為 100%。本工程只進(jìn)行了初步地質(zhì)勘察，其精度為 100m100m，范圍較大，對單根樁的施工根本無法起到可 行性的指導(dǎo)作用，對比已完成的部分區(qū)域個(gè)別沖孔灌對策實(shí)施4在科學(xué)細(xì)致分析導(dǎo)致本工程充盈系數(shù)偏高原因的基礎(chǔ)上， 根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合本工程實(shí)際情況，制定并實(shí)施了解決這一問題的若干對策。對

11、單根樁做超前鉆，制定溶洞處理對策。4.1由勘察單位對本工程的單根樁進(jìn)行地質(zhì)勘注樁施工過程中的地質(zhì)情況，與初步地質(zhì)勘察資料察，形成地質(zhì)勘察資料后交付項(xiàng)目部使用，然后再開始該樁基礎(chǔ)工程的施工作業(yè)。 收到勘察報(bào)告后，向項(xiàng)目部的施工班組及施工 技術(shù)人員進(jìn)行交底，確保所有施工技術(shù)人員熟悉并掌握 本工程地質(zhì)情況，施工前制定有針對性的應(yīng)對措施。出入較大，特別是在溶洞方面，按照地質(zhì)資料顯示的沒有溶洞的個(gè)別樁基卻出現(xiàn)了多層溶洞，對施工影 響很大，因此進(jìn)行單根樁的超前鉆是必不可少的。塌孔在施工過程中孔壁失衡坍塌的現(xiàn)象統(tǒng)稱為塌 孔，其原因包括工程地質(zhì)因素和技術(shù)因素（設(shè)備、工 藝、泥漿比重等），分析本工程出現(xiàn)塌孔的原

12、因主要 如下：當(dāng)沖孔灌注樁樁孔穿過多層不同的、薄厚不 一的土層時(shí)，沖孔過程應(yīng)選擇不同直徑的樁錘和落 錘高度，但先期施工沖孔樁的樁錘和落距是固定值；沖孔灌注樁若成孔后混凝土供料不及時(shí)，待灌時(shí) 間過長和灌注時(shí)間過長都會引起孔壁坍陷。 另外， 當(dāng)混凝土灌注過鋼筋籠且導(dǎo)管埋深較大時(shí)，其上層 混凝土因澆注時(shí)間較長， 已接近初凝， 表面形成硬 殼，混凝土與鋼筋籠有一定的握裹力，如大幅度抽拔3.2通過超前鉆資料提前了解該工程的樁基礎(chǔ)地下溶洞及砂層情況，根據(jù)溶洞布置及大小制定處理對策，并準(zhǔn)備好現(xiàn)場應(yīng)急材料如粘土、塊石、速凝水泥 等，對樁基有較厚砂層的情況，及時(shí)調(diào)整配制泥漿， 砂層較淺處于接近地面時(shí)采取鋼護(hù)筒護(hù)

13、壁措施。選擇合適的樁錘和落距，并盡量縮短澆灌時(shí)間，4.2避免孔壁坍陷。 經(jīng)分析和現(xiàn)場驗(yàn)證，得出在淺層填土層和軟 硬不均地層施工，為保證樁孔穩(wěn)定以防坍孔，應(yīng)低錘 密擊，進(jìn)入基巖后應(yīng)低錘沖擊或間斷沖擊，遇孤石時(shí) 可用高低沖程交替沖擊，將大孤石擊碎或擠入孔壁。 每次灌注混凝土前，由現(xiàn)場技術(shù)人員事先預(yù) 計(jì)灌注方量，將供料的方量及時(shí)間及時(shí)通知攪拌站并 要求攪拌站及時(shí)供應(yīng)混凝土；調(diào)整現(xiàn)場混凝土灌注開管則易造成混凝土體沖刷孔壁，導(dǎo)致孔壁下墜或塌孔，該現(xiàn)象在砂層厚的地方較易發(fā)生。 項(xiàng)目部對已完成的沖孔灌注樁的灌注記錄進(jìn)行檢查， 發(fā)現(xiàn)混凝土202011 年 10 月 第 10 期廣東土木與建筑OCT 2011

14、No10始時(shí)間，運(yùn)抵施工現(xiàn)場的混凝土方量在達(dá)到單根樁的灌注量的 50%才允許開倉，進(jìn)行混凝土灌注。 實(shí)施以 上措施后，檢查混凝土灌注記錄灌注過程供應(yīng)中斷 最長時(shí)間為 24min，未超出標(biāo)準(zhǔn)的 30min。4.3放緩灌注速度及調(diào)整混凝土坍落度，控制溶洞 貫穿的樁根數(shù)不超過出現(xiàn)溶洞樁的 10%。樁混凝土灌注充盈系數(shù)偏高的問題， 并實(shí)現(xiàn)了控制目標(biāo)值，同時(shí)還帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。經(jīng)濟(jì)效益由于項(xiàng)目部成功地將混凝土的灌注充盈系數(shù)降 低到 1.15 以內(nèi)，因而實(shí)現(xiàn)了其成本控制目標(biāo)，為本工 程的成功運(yùn)作奠定了良好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，取得的附加經(jīng) 濟(jì)效益超過 15 萬元。6.1對出現(xiàn)溶洞的樁在灌注混凝土到溶洞部位

15、頂面時(shí)，放緩混凝土灌注速度，待其已澆筑混凝土接近初凝時(shí)，再灌注下一批混凝土，使溶洞部位的塊石、粘土、速凝水泥混合物承受的混凝土側(cè)壓力減小。社會效益 樁基礎(chǔ)工程質(zhì)量得到了良好的保證，根據(jù)對 已完工的沖孔灌注樁進(jìn)行的小應(yīng)變、超聲波、抽芯檢 測結(jié)果，類樁占 96%，類樁占 4%，無不合格樁， 所有結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。 樁基子分部工程得到建設(shè)、設(shè)計(jì)、地質(zhì)勘察、監(jiān) 理及質(zhì)量監(jiān)督等各方的共同認(rèn)可，并達(dá)到優(yōu)良等級。6.2根據(jù)設(shè)計(jì)混凝土配合比，一般水下灌注混凝土的坍落度要求為 1822cm，但在灌注出現(xiàn)溶洞的樁時(shí)，通知攪拌站要求控制坍落度在 20cm 以下，使混凝土坍落度減小，增大混凝土的塑性，從而減小

16、混 凝土的側(cè)壓力。 對于溶洞高度在 3m 以上的樁基在成孔過程結(jié)語7中采用特制鋼護(hù)筒作為護(hù)壁進(jìn)行施工，從而確保溶洞部位的護(hù)壁效果，使灌注混凝土不流失。實(shí)踐證明，本工程為降低沖孔灌注樁混凝土充盈系數(shù)、降低工程施工成本所采取的對策措施，是科學(xué)、有效、可行的，并能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。造成沖孔灌注樁充盈系數(shù)偏大的原因很多，除 了上述分析的 3 種原因外，還有地質(zhì)條件、設(shè)備、操 作等方面的原因，工程的具體情況不同，降低充盈系 數(shù)采用的措施也不盡相同。效果檢查5在實(shí)施了上述措施后，對實(shí)際效果進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明， 在第 13 施工階段， 總灌注樁數(shù)分別為112,158,166 根

17、，單根樁超前鉆率為 100%，未出現(xiàn)混 凝土供料不及時(shí)情況， 溶洞貫穿比例僅分別為 5%、3%、2%，均未超過 10%，達(dá)到了對策目標(biāo)。在完成本工程所有沖孔灌注樁施工后，項(xiàng)目部 對材料采購臺帳數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 結(jié)果顯示本工程沖 孔灌注樁混凝土總量為 16283m3，而按設(shè)計(jì)的樁管外 徑計(jì)算的樁身體積為 14538m3，計(jì)算得出本工程沖孔 灌注樁平均充盈系數(shù)最終為 1.12， 比原先的 1.34 降參 考 文 獻(xiàn)1 GB 50300-2001 建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)S2 GB 50202-2002 建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范S3 JGJ 94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)程S4 DBJ 15-31-2003 廣東省地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范S5 JGJ 79-2002 J 220-2002 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范S6 楊澄宇，周和榮. 建筑施工技術(shù)與機(jī)械（第 2 版）M. 北 京：高等教育出版社，2009低了 0.22。這組數(shù)據(jù)有力地證明了沖孔