冲孔灌注桩施工技术初探
摘要:冲孔灌注桩具有穿透能力强、施工设备简单等优点，因此，该技术被广泛应用于桩基施工当中。

本文结合冲孔灌注桩应用实例，详细介绍了冲孔灌注桩施工技术，指出施工中的质量控制措施，保证了施工质量和进度，为类似工程提供施工指导。

关键词:冲孔灌注桩；参数选择；施工技术；成孔工艺
中图分类号：tu74文献标识码： a 文章编号：
冲孔灌注桩的特点十分明显，它能适用于不同的复杂地质条件，在施工过程中应用泥浆护壁，防止孔内局部塌方，成桩后能形成较高的竖向承载力，因此，冲孔灌注桩在桩基础施工中得到广泛应用。

但是，冲孔灌注桩也有一些缺点，施工进度比较慢。

在施工过程中，如果不谨慎控制好质量，容易产生断桩、桩身夹泥、缩孔、塌孔、冲孔偏斜、卡锤、埋锤等质量事故，因此，对冲孔灌注桩施工技术的要求较高，在施工过程中应重视施工的各个环节，严格控制好施工质量。

1 工程概况
某工业建筑工程，桩基设计为φ800端承砼灌注桩，设计要求入岩2m，单桩承载力4000kn。

场地工程地质条件：①杂填土：厚3m；②淤泥土：厚约25m；③砂和砂质粘土：厚约10m；④花岗片麻岩：厚约20m。

属于超厚软土层。

地下水位在地表下约1.5m处。

2 软土层特点
软土是淤泥、淤泥质土的统称，软土具有如下特性：
(1)含水量较高(w=36%～70%)，孔隙比大(e=1～2.0)。

(2)重度γ约在17～19kn/m3之间。

(3)抗剪强度很低(粘聚力c约为5～15kpa，内摩擦角φ为4～10°)。

(4)压缩性较高，变形大(压缩模量es在10～60mpa之间)。

(5)渗透性很小。

(6)具有明显的触变性。

受到外力扰动，强度显著降低，土体结构容易破坏。

(7)具有明显的流变性。

在荷载作用下，产生缓慢的剪切变形，抗剪强度衰减。

综上所述，一般情况下，在软土层中不宜施工冲孔灌注桩，否则容易发生塌孔、缩颈、桩底沉浆量大等重大质量问题。

3 孔壁受力分析
3.1 考虑因素
根据土力学理论得知，影响孔壁维持稳定的主要因素有：
(1)孔内泥浆(水)对孔壁的压力(压力大小和孔深h、泥浆重度γ泥有关)。

(2)孔壁土压力(压力大小和孔深h、土体重度γ土、内摩擦角φ有关)。

(3)成孔方式和成孔技术参数。

3.2 孔壁稳定性分析
冲孔灌注桩成孔施工中孔壁稳定性的主要问题是缩径问题和塌孔。

对于不同土层，情况有所不同。

(1)粘性土层
在粘性土层中缩径问题比较常见。

土质越差、孔半径越大或孔越深，缩径量越大。

提高泥浆相对密度能有效地减小缩径量。

(2)砂土层
对于砂土层来说，坍孔问题较常见。

孔壁土体产生一定的塑性区后，很容易发生破坏，同时这种破坏会向四周蔓延扩散，最终形成坍孔。

影响砂土层孔壁稳定性的主要因素是泥浆相对密度，为保证孔壁稳定，砂土层中最小泥浆相对密度应使得泥浆侧压力不小于土体静止侧压力。

(3)软土层
对于软土层来说，要综合考虑缩径问题和塌孔问题。

为提高孔壁稳定性，可采取的措施主要有：
(1)采用小直径冲孔灌注桩。

圆孔孔径越小，拱形稳定效应就越强，钻孔径缩量也越小。

同时，孔壁的破坏极限随着孔径的增大而降低，也就是说孔径越大，钻孔越容易失稳破坏。

所以采用小直径冲孔灌注桩，有利于提高孔壁稳定性。

(2)提高泥浆相对密度。

泥浆护壁主要是利用泥浆与地下水之间的压力差进行护壁，以确保护壁的稳定。

孔壁的切向力与k0γ土h-γ泥h有关，其中k0是土体的侧压力系数，它是内摩擦角的函
数。

对于淤泥和淤泥质土等软土来说，内摩擦角小，侧压力系数大，粘结力小。

要维持土体平衡，则孔壁切向力要小于土体的抗剪强度。

所以在一定范围内，泥浆的相对密度越大，越有利于孔壁稳定。

同时，泥浆护壁可在孔壁外形成泥皮，有利于提高孔壁稳定性。

(3)采用低频率、小冲程冲孔。

低频率、小冲程冲孔可有效避免土体扰动，同时有利于泥浆能及时形成均质、致密的泥皮，从而有利于孔壁稳定。

(4)采用合理的桩锤，减少桩锤对孔壁的扰动力。

3.3 施工参数选择
通过以上分析，本工程中冲孔灌注桩的施工参数确定如下：(1)孔径选择
孔径越大，钻孔越容易失稳破坏。

本工程设计灌注桩径φ800。

根据分析研究和以往的施工经验决定采用冲击钻成孔施工方法。

(2)采用大泥浆比重参数
大泥浆比重有利于维持孔壁内外压平衡，且可形成均匀致密的泥皮，从而提高孔壁稳定性。

但泥浆比重过大不利于排渣清孔。

综合考虑，泥浆比重γ泥取1.4～1.6为宜。

在不利土质条件下施工冲孔灌注桩，除了采用小直径孔壁和大比重泥浆外，在桩锤选择、冲程大小、施工顺序等方面也要统筹考虑，以维持孔壁稳定性。

4 施工技术
4.1 成孔方式选择
目前灌注桩成孔方式主要有冲击钻成孔、回转钻成孔、潜水钻成孔和旋挖成孔等方式。

本工程中采用冲击成孔法施工。

4.2 桩锤选择
桩锤主要特点分析如下：
(1)十字实心桩锤特点
①形状下大上小(图1)、长度＜2m；
②冲击力较大；
③运行稳定性较差；
④下落过程对孔壁的“负向吸力”大。

对孔壁扰动力较大。

图1 十字实心桩锤
(2)桩孔实心桩锤特点
①形状下大上小(图2)、长度＜2m；
②冲击力大；
③下落开始瞬间冲击力大，运行稳定性差；
④下落过程对孔壁的“负向吸力”大，对孔壁扰动力较大。

图2 桩孔实心桩锤
(3)长空心喇叭口桩锤特点
①桩身形状上下基本一致(图3)、喇叭口空心、长度＞2.5m；
②冲击力较大；
③下落开始瞬间冲击力较小，运行稳定性好；
④下落过程对孔壁“负向吸力”小，对孔壁扰动力小。

图3 长空心喇叭口桩锤
根据以往的施工经验和对桩锤的特点分析，本工程决定采用长空心喇叭口桩锤冲击成孔，避免对孔壁造成较大的扰动。

4.3 成孔工艺选择
冲击成孔灌注桩按施工工艺有正循环和反循环之分。

(1)正循环特点
①泥浆通过管道从上往下进入孔底，不形成“负压区”，钻渣随泥浆上升溢出；
②钻进速度较慢。

(2)反循环特点
①泥浆从泥浆池流入孔内，同钻渣混合，泥石泵将泥渣排出，在孔底形成“负压区”；②钻进速度较快。

通过以上分析，采用正循环成孔工艺以避免“负压区”的形成，有利于孔壁稳定。

正循环成孔工艺流程图见图4。

图4 正循环成孔工艺流程图
4.4 技术参数选择
在冲击成孔过程中，冲程大小、钻进速度和泥浆比重是最重要的影响因素。

(1)控制冲程大小。

冲程大，冲击力大，对孔壁的扰动力大，由
于软土的触变性，很容易因外力扰动而造成结构破坏，呈流塑状，造成孔壁坍塌。

因此，要用小冲程反复冲孔造壁。

冲程宜控制在0.5～1.0m范围。

(2)控制钻进速度。

钻进速度快，易造成塌孔。

钻进速度与冲击频率有关，较高的冲击频率会造成对孔壁软土持续的扰动，控制冲击频率，使软土的结构能在冲击间隙内恢复，可有效预防塌孔。

根据以往的施工经验，在软土地层内冲孔，冲击频率宜控制在20～30次/min范围内。

(3)控制泥浆比重。

泥浆比重是影响孔壁稳定的一个关键因素。

泥浆的作用是护壁、排渣和清孔。

在软土层冲击成孔，理论上泥浆比重愈大，对防止孔壁土体向孔内的膨胀作用愈显著，护壁效果越佳。

但泥浆比重并不是愈大愈好。

泥浆同时也影响着排渣和清孔。

综合考虑，泥浆比重控制在1.4～1.6范围内为宜。

4.5 施工顺序确定
(1)施工顺序安排
工程设计有地坪桩(φ500～600预应力管桩)，总体安排是先施工预应力管桩，后施工冲孔灌注桩。

(2)群桩施工顺序
根据《建筑桩基技术规范》的规定，为避免相邻桩基钻孔施工对刚灌注的桩基混凝土产生影响，相邻桩基最小中心距应符合表1规定(大于表中的距离规定，可认为桩基混凝土不受相邻桩基施工的影响)。

表1 桩孔最小中心距
5 结语
综上所述，冲孔灌注桩施工工序较多、技术要求较高，其成桩质量有可能受到多种因素的干扰和制约。

因此，施工中务必不可掉以轻心，应在工程施工过程中进行全方面的质量管理与质量控制，要注意成孔半径大小，合理选择桩锤，重点控制成孔参数，特别要控制泥浆比重。

只有这样才能保质、保量地完成冲孔灌注桩的施工。

参考文献
[1] 陈森韬.冲孔灌注桩施工过程中的质量控制[j].现代物业(上旬刊),2011年第07期
[2] 李晓东.浅谈冲孔灌注桩施工工艺[j].科技与企业,2011年07期。