喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法

由云南省第四建筑工程公司完成的工法喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法01形成原因操作原理材料设备工法特点泥浆护壁冲孔灌注桩施工质量控制目录030502040607安全措施效益分析荣誉表彰环保措施应用实例目录0901108010基本信息《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》是云南省第四建筑工程公司完成的建筑类施工工法，完成人是王自忠、孙培熙、杨庆。该工法适用于喀斯特地貌地区施工，特别是地下水位高、岩溶节理裂隙极为发育、地下石芽石笋林立、溶槽溶洞纵横、岩石风化破碎、软硬变化大、持力层埋藏较深、桩身须穿越成串珠型的多层溶洞或须穿越暗置多变的大孤石、半边岩、悬臂岩及大溶沟槽等障碍后才能进入到下卧层岩石厚度满足设计规范的地基。《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》主要的工法特点是：设备构造简单，操作方便，所成孔壁较坚实、稳定，塌孔少，不受施工场地限制，无噪声和振动影响，适用范围广。2008年1月31日，《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为2005-2006年度国家二级工法。形成原因形成原因喀斯特是云贵高原特有的地质形态，高层建筑设计因考虑建筑物不均匀沉降及基础承载力因素，普遍采用嵌岩灌注桩基础。由于喀斯特地质的特殊性和复杂性，它给施工带来困难和挑战；采用泥浆护壁冲孔灌注桩工艺，可有效解决地下水位高、岩溶节理裂隙极为发育，地下石芽、石笋林立，溶槽、溶沟、溶洞纵横，岩石风化破碎等喀斯特复杂地质条件下的灌注桩施工技术难题，在云贵高原内具有推广价值。结合我司施工的国家经贸委昆明培训中心工程、贵州六盘水凉都大酒店工程、金泰大厦工程施工成功经验，通过不断地提高和完善，形成《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》。

工法特点工法特点《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的工法特点是：1、设备构造简单，操作方便，所成孔壁较坚实、稳定，塌孔少，不受施工场地限制，无噪声和振动影响，适用范围广。2、采用“冲击成孔泥浆护壁导管法水下混凝土灌注”等施工工艺，可克服并解决了喀斯特地质中溶洞、裂隙、流泥、地下水及坍塌、偏孔、成孔不圆、坠锤和混凝土流失等施工技术难题。3、施工机械化程度高，劳动强度低，成孔直径可从600~1800毫米，施工桩长最大可达50米。4、采用导管法灌注水下混凝土具有能向水深处迅速灌注大量混凝土，不用排水，作业设备简单，操作安全性强，工程质量能较好控制。

操作原理适用范围施工工艺工艺原理操作原理适用范围《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的适用范围如下：1、适用于喀斯特地貌地区施工，特别是地下水位高、岩溶节理裂隙极为发育、地下石芽石笋林立、溶槽溶洞纵横、岩石风化破碎、软硬变化大、持力层埋藏较深、桩身须穿越成串珠型的多层溶洞或须穿越暗置多变的大孤石、半边岩、悬臂岩及大溶沟槽等障碍后才能进入到下卧层岩石厚度满足设计规范的地基。2、也适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层，对有流砂地层亦可克服。

工艺原理《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的工艺原理叙述如下：一、冲击成孔原理冲击成孔原理相似于滴水穿石的原理，所不同点主要在于冲击力的大小不同，冲锤的重量一般在3~8吨重，根据桩直径的大小不同来选择冲锤的重量，而冲锤的重量又随着冲锤的直径在变化。1、冲锤重量与冲锤直径的对应选择关系如下表。2、冲锤的形状分为十字形、五角形、米字形等形状，锤底形状又随锤身形状在变化，冲锤的底部锤肋上每间隔30~40毫米等距离焊上像斧头形状的冲头，冲击过程中主要冲击力集中在这些斧头形状的冲头上。它的工作原理是：冲锤通过钢丝绳被卷扬机提升到一定高度（1~4米）后突然放松，冲锤便靠自身的重力加速度下落，将势能转化为动能，使锤底的各个冲头分别作用在孔底岩石的表面作冲切做功，对岩石表面造成破坏。通过反复不断地对岩石面进行冲切便在岩石面冲击出一个比冲锤直径大（直径约大100~200毫米）的桩孔，即为冲击成孔。3、冲孔必须保持孔洞呈圆形，为了防止冲锤底部的各条锤肋反复作用在相同部位而使桩孔孔底冲成梅花形断面，冲锤在竖向运动中必须不断旋转换位，这主要依靠冲锤锤把上的大直径高强弹簧制成的自转装置实现。由于冲锤的锤把与钢丝绳相连接，锤把可以在自转装置及钢丝绳受力回旋作用下在孔内作360度旋转，保证了在锤直径内的岩石都受到冲击，从而确保所成桩孔呈圆柱状（见下图）。施工工艺《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的工艺流程：场地平整→桩位放线、开挖浆池、浆沟→护筒埋设→桩机就位、孔位校正→冲击造孔、泥浆循环，清除废浆、泥渣，清孔换浆→终孔验收→钢筋笼吊装→混凝土导管安装→水下混凝土浇筑→成桩养护→桩身质量检测。

《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的操作要点如下：一、桩位测量必须要复测，反复核对符合精度要求时，请建设、监理、设计、勘察等单位人员验线签证。

二、桩口护壁可挖1~2米深且内径比桩径大200毫米，浇筑20毫米厚C20混凝土进行护壁，上口可翻边300~500毫米。也可用钢护筒，在钢护筒的上口面下200毫米的位置割开200毫米×200毫米的方孔作泥浆外溢用。护筒上口比自然地表高300~500毫米左右。钢护筒用8~10毫米的钢板由卷管机卷成，焊接成圆筒状，圆筒长度以1~2米为宜，在圆筒上、中、下外壁各加固一道宽150毫米的钢板带箍以增加刚度。不论采用哪一种方式做护壁，孔中心垂直度都必须满足设计及规范要求。泥浆护壁冲孔灌注桩施工泥浆护壁冲孔灌注桩施工《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》泥浆护壁冲孔灌注桩施工技术难题分析和处理如下：一、施工技术难题分析1、漏浆在喀斯特地貌地区施工，特别是在岩溶极为发育的地下，溶隙溶缝多、溶槽溶洞多，桩身穿越这些部位时都难以避免会漏浆。特别是遇到溶洞及溶槽内无填充物时，更增高了漏浆的可能性和严重性。在不同的土中冲孔时，桩身穿越土洞时也是漏浆的多发部位（见下图）。漏浆的原因2、塌孔泥浆的稠度不够，泥浆产生的水平侧压力小于孔壁的水平侧压力，造成不平衡失稳坍塌。漏浆后，桩身通过的土层，特别是流砂层、淤泥层的孔壁完全失去了维系平衡条件造成坍塌。塌孔将对冲孔造成一定的危害，轻者适当提高泥浆的浓度后，能保持孔壁的稳定，可以继续冲孔；重者是造成孔口混凝土定位护壁（或定位钢护筒）下落移位，或是将钢护筒挤压成漏斗形状，冲锤无法下落继续冲孔；再重者是造成冲桩机械设备跌落到所坍塌的深坑中，可能导致设备及人身的安全事故。更严重的是造成冲锤来不及提出便被埋入孔中提不出来，造成桩、锤及桩位报废。若是在浇筑桩身混凝土过程中出现塌孔，更容易压坏输送混凝土的导管，不得不中途中止混凝土浇筑，造成断桩（见下图）。材料设备材料设备《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》所用的材料及设备明细如下：冲孔灌注桩的施工要按特殊工序做好过程的连续监控。这就要求对分包方的资质、技能和业绩等进行评价鉴定、对冲孔设备的技术性能是否满足产品特性所需要的能力进行评价鉴定、所有进场原材料必须经检验合格后，方可使用。一、冲孔机械的规格及型号选择冲桩机械按不同技术性能分为轮胎式冲机、履带式冲机和走管移动式冲机。应根据卷扬机提升能力、冲锤重量、冲击行程、每分钟冲击次数、机身的重量、行走方式等进行选择；主要设备为CZ-22、CZ-30型冲击成孔机。二、冲机数量及变压器选择在确定设备的数量时，应依据冲桩的数量直径、桩长、总长、工期日计划完成量、机械性能、型号来综合考虑冲孔机械配置数量。再根据选定的设备总功率来确定变压器的型号、台数及安装位置。三、冲机质量选择在选定设备中，应注意机械的新旧程度及完好率等。一般功率大，能冲大直径的冲孔机，只要更换相应直径的冲锤便能冲小直径的桩，但功率小的冲孔机却不能起吊大吨位的冲锤来冲大直径的桩。质量控制质量控制《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的质量控制要求如下：一、灌注桩用的原材料质量和混凝土强度必须符合施工规范的规定和设计要求。二、桩位、成孔深度必须符合设计要求，沉渣厚度不得大于100毫米。三、钢筋笼制做应对钢筋规格、焊条规格、品种、焊口规格、焊缝长度、焊缝外观及质量、主筋和箍筋的制做偏差等进行检查。四、灌注桩实际浇筑混凝土量严禁小于计算用量。五、浇混凝土后的桩顶标高、钢筋笼标高的浮浆的处理，必须符合设计和施工质量验收规范要求。六、桩应取总数1%，且不少于3根作静载试验，取桩总数的10%~15%作动力测试，检验桩体竖向承载力；用应力反射法对桩体质量进行检验，不得有缩颈、夹层、混凝土不密实等缺陷。七、施工质量控制一般项目应符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002相关规定。

安全措施安全措施采用《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：一、制定防止坍塌、触电、坠锤、机械伤人、孔内窒息、中毒、水下爆破伤害等各类事故防治措施，以及从冲击成孔到桩身结构施工各阶段技术措施。二、设立施工安全辨识、评价、控制领导小组，对施工中可能产生的危险源进行辨识，评价、确定重大危险源，并制定相应管理方案；对安全措施实际情况、现场存在问题情况进行监督检查，发现安全设施不符合要求、安全操作不符合规范以及技术措施可操作性差时立即纠正；三、按建筑施工安全检查标准进行职能分解，建立安全体系、工长责任制及班组安全值班制，坚持安全教育、技术交底、持证上岗、现场十不准及检查制度。四、加强冲孔桩施工安全防护。桩基成孔后不能及时灌注时，设安全警示标牌，防止人员、机具等落入孔内。五、所有机械操作人员均应经培训持证上岗，严禁非专业操作人员操作。六、对地上、地下的管线进行标识和安全保护，严禁施工过程中被破坏。

环保措施环保措施《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的环保措施如下：一、在施工界限范围内设置围挡，施工办公区及生活区应相对分隔，并进行标识。二、施工现场内应按规范设置排水沟、沉淀及过滤池洗车台，施工废水经沉淀过滤后，方可排至城市排水管网。三、严禁随意弃渣，冲击成孔弃渣运至指定地点，保护生态环境。四、施工产生的泥浆和废渣，应采取脱水和过滤的办法进行处理，避免污染环境。五、施工噪声较大的工序，要选择合适的时间进行施工，并采取相适宜的隔声、降噪措施，降低施工噪声对环境的影响。六、施工场地及道路应硬化，并经常洒水降尘，运输车辆要采取覆盖措施，确保市区环境不受污染。

效益分析效益分析《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的效益分析如下：采用冲击成孔泥浆护壁施工，成功解决了国家经贸委昆明培训中心工程、六盘水凉都大酒店工程、金泰大厦工程桩基施工中遇有地下溶沟、溶槽、溶洞、偏孔、塌孔、水下浇筑混凝土等技术难题，为工程顺利施工奠定基础，施工质量得到了业主、监理、设计各方的好评，为公司开拓贵州六盘水建筑市场创造了社会声誉；同时也取得较好的经济效益，其中六盘水凉都大酒店项目施工节约资金66万元；六盘水金泰大厦项目施工节约资金37万元；国家经贸委昆明培训中心工程施工节约资金23万元。

注：施工费用以2005-2006年施工材料价格计算应用实例应用实例《喀斯特地质嵌岩泥浆护壁冲孔灌注桩基础施工工法》的应用实例如下：一、贵州六盘水市凉都大酒店五星级宾馆，是六盘水市政府的标志性建筑，建筑面积5.3万平方米，建筑高度107.8米，该工程场地为喀斯特地貌地区，地质的岩溶裂隙非常发育，地下溶洞、溶槽、溶沟、溶隙较多，且地下水相当丰富，水位高，水量大；工程设计共有冲孔桩207棵，桩径Φ1000~Φ1800毫米，桩长15~43.7米。二、贵州六盘水市金泰大夏，建筑面积3.7万平方米，建筑高度67米，该工程场地也为喀斯特地貌地区，地质的岩溶裂隙非常发育，地勘结果显示有两层溶洞，第一层在17.3~25.0米之间，有充填物，第二层为溶隙，在-29.6~-31.0米之间，地下水较丰富；工程设计共有冲孔桩96棵，桩径为Φ800~Φ1800毫米，桩长10~31.3米。三、国家经贸委昆明培训中心工程，位于昆明市青年路北段两侧紧邻圆通山，总建筑面积2.96万平