喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法:形成原因,工法特點,操作原理,適用範

《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》是雲南省第四建築工程公司完成的建築類施工工法，完成人是王自忠、孫培熙、楊慶。該工法適用於喀斯特地貌地區施工，特別是地下水位高、岩溶節理裂隙極為發育、地下石芽石筍林立、溶槽溶洞縱橫、岩石風化破碎、軟硬變化大、持力層埋藏較深、樁身須穿越成串珠型的多層溶洞或須穿越暗置多變的大孤石、半邊岩、懸臂岩及大溶溝槽等障礙後才能進入到下臥層岩石厚度滿足設計規範的地基。

《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》主要的工法特點是：設備構造簡單，操作方便，所成孔壁較堅實、穩定，塌孔少，不受施工場地限制，無噪聲和振動影響，適用範圍廣。

2008年1月31日，《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

中文名：喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法
工法編號：YJGF300-2006
完成單位：雲南省第四建築工程公司
主要完成人：王自忠、孫培熙、楊慶
審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
主要榮譽：2005-2006年度國家二級工法

形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,泥漿護壁沖孔灌注樁施工,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,

形成原因

喀斯特是雲貴高原特有的地質形態，高層建築設計因考慮建築物不均勻沉降及基礎承載力因素，普遍採用嵌岩灌注樁基礎。由於喀斯特地質的特殊性和複雜性，它給施工帶來困難和挑戰；採用泥漿護壁沖孔灌注樁工藝，可有效解決地下水位高、岩溶節理裂隙極為發育，地下石芽、石筍林立，溶槽、溶溝、溶洞縱橫，岩石風化破碎等喀斯特複雜地質條件下的灌注樁施工技術難題，在雲貴高原內具有推廣價值。結合我司施工的國家經貿委昆明培訓中心工程、貴州六盤水涼都大酒店工程、金泰大廈工程施工成功經驗，通過不斷地提高和完善，形成《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》。

工法特點

《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》的工法特點是：

1、設備構造簡單，操作方便，所成孔壁較堅實、穩定，塌孔少，不受施工場地限制，無噪聲和振動影響，適用範圍廣。

2、採用“衝擊成孔泥漿護壁導管法水下混凝土灌注”等施工工藝，可克服並解決了喀斯特地質中溶洞、裂隙、流泥、地下水及坍塌、偏孔、成孔不圓、墜錘和混凝土流失等施工技術難題。

3、施工機械化程度高，勞動強度低，成孔直徑可從600~1800毫米，施工樁長最大可達50米。

4、採用導管法灌注水下混凝土具有能向水深處迅速灌注大量混凝土，不用排水，作業設備簡單，操作安全性強，工程質量能較好控制。

操作原理

適用範圍

《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》的適用範圍如下：

1、適用於喀斯特地貌地區施工，特別是地下水位高、岩溶節理裂隙極為發育、地下石芽石筍林立、溶槽溶洞縱橫、岩石風化破碎、軟硬變化大、持力層埋藏較深、樁身須穿越成串珠型的多層溶洞或須穿越暗置多變的大孤石、半邊岩、懸臂岩及大溶溝槽等障礙後才能進入到下臥層岩石厚度滿足設計規範的地基。

2、也適用於黃土、黏性土或粉質黏土和人工雜填土層，對有流砂地層亦可克服。

工藝原理

《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》的工藝原理敘述如下：

一、衝擊成孔原理

衝擊成孔原理相似於滴水穿石的原理，所不同點主要在於衝擊力的大小不同，沖錘的重量一般在3~8噸重，根據樁直徑的大小不同來選擇沖錘的重量，而沖錘的重量又隨著沖錘的直徑在變化。

1、沖錘重量與沖錘直徑的對應選擇關係如下表。

沖錘重量與沖錘直徑的對應選擇關係表

沖錘直徑（毫米）	Φ800	Φ1000	Φ1200	Φ1500	Φ1800
沖錘重量（噸）	2.8	3.6	4.3	4.9（加重型為5.3）	6.8

2、沖錘的形狀分為十字形、五角形、米字形等形狀，錘底形狀又隨錘身形狀在變化，沖錘的底部錘肋上每間隔30~40毫米等距離焊上像斧頭形狀的沖頭，衝擊過程中主要衝擊力集中在這些斧頭形狀的沖頭上。它的工作原理是：沖錘通過鋼絲繩被卷揚機提升到一定高度（1~4米）後突然放鬆，沖錘便靠自身的重力加速度下落，將勢能轉化為動能，使錘底的各個沖頭分別作用在孔底岩石的表面作沖切做功，對岩石表面造成破壞。通過反覆不斷地對岩石面進行沖切便在岩石面衝擊出一個比沖錘直徑大（直徑約大100~200毫米）的樁孔，即為衝擊成孔。

3、沖孔必須保持孔洞呈圓形，為了防止沖錘底部的各條錘肋反覆作用在相同部位而使樁孔孔底沖成梅花形斷面，沖錘在豎向運動中必須不斷旋轉換位，這主要依靠沖錘錘把上的大直徑高強彈簧製成的自轉裝置實現。由於沖錘的錘把與鋼絲繩相連線，錘把可以在自轉裝置及鋼絲繩受力迴旋作用下在孔內作360度旋轉，保證了在錘直徑內的岩石都受到衝擊，從而確保所成樁孔呈圓柱狀（見下圖）。

六盤水涼都花園大酒店（荷城花園酒店）沖孔灌注樁簡易衝擊鑽機及

註：1一錘頭；2一供漿管；3一鎖口護壁；4一泥漿池；5一葫蘆；6一三腳架；7—泥漿泵；8一地面；9一泥漿溝；10一副卷揚機鋼繩；11一主卷揚機鋼繩；12一副滑輪；13—主滑輪；14一機架；15一導向滑輪；16一鋼管斜撐；17一後拉索；18—雙筒卷揚機；19—操作棚；20一操作台；21一鋼跑管；22—枕木；23一衝錘立面；24一衝錘底面。

二、泥漿護壁原理

泥漿護壁靠的是泥漿本身的相對密度是大於1或大於樁孔內壁岩土的相對密度，並占據了樁孔中的全部空間，由於它具有一定的流動性，對孔壁而言能產生水平側壓力，樁孔底部被沖碎的岩土被高壓力泥漿泵壓漿沖底反循環置換出來，孔壁在孔內泥漿的壓力平衡下得以穩定。這個穩定性的強弱又隨著泥漿稠度的變化而變化，泥漿稠度越大護壁能力越強。泥漿在靜態的條件下時間越長，泥漿中的懸浮顆粒下沉量越大，上部泥漿護壁能力也隨之降低。

三、導管法混凝土水下澆築原理

對泥漿護壁沖孔樁而言，水下澆築混凝土是指在孔內充滿泥漿的條件下完成樁身混凝土的澆築。工藝原理是混凝土的密度遠遠大於孔內泥漿的密度，當混凝土通過導管不停地輸送到泥漿以下的孔底，並在導管四周由下往上翻湧時，孔內的泥漿也在混凝土的擠壓下向孔口處上翻，慢慢從孔口溢出，最終完成水下混凝土的澆築過程。泥漿向孔外溢出的速度及方量與導管輸入到孔底混凝土的速度及方量相等。

施工工藝

工藝流程

《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》的工藝流程：

場地平整→樁位放線、開挖漿池、漿溝→護筒埋設→樁機就位、孔位校正→衝擊造孔、泥漿循環，清除廢漿、泥渣，清孔換漿→終孔驗收→鋼筋籠吊裝→混凝土導管安裝→水下混凝土澆築→成樁養護→樁身質量檢測。

操作要點

《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》的操作要點如下：

一、樁位測量

必須要複測，反覆核對符合精度要求時，請建設、監理、設計、勘察等單位人員驗線簽證。

二、樁口護壁

可挖1~2米深且內徑比樁徑大200毫米，澆築20毫米厚C20混凝土進行護壁，上口可翻邊300~500毫米。也可用鋼護筒，在鋼護筒的上口面下200毫米的位置割開200毫米×200毫米的方孔作泥漿外溢用。護筒上口比自然地表高300~500毫米左右。鋼護筒用8~10毫米的鋼板由卷管機捲成，焊接成圓筒狀，圓筒長度以1~2米為宜，在圓筒上、中、下外壁各加固一道寬150毫米的鋼板帶箍以增加剛度。不論採用哪一種方式做護壁，孔中心垂直度都必須滿足設計及規範要求。

三、樁機就位

沖樁機在工作中振動大，容易發生水平位移，必須用200毫米×200毫米的枕木進行支墊水平，對土質特別軟弱處枕木下還須用毛石墊厚300~00毫米，防止機械下沉。孔位對中校正採用全站儀進行，以沖錘鋼絲繩（必須將沖錘提起，使沖錘不擺動）在孔位正中為準，沖孔過程中必須不定時進行孔位覆核。

四、衝擊成孔

1.沖孔控制要點

開孔時應低錘密擊，若入土為淤泥和粉土等軟弱土層時，應向孔內投石塊、黏土反覆衝擊，並同時造漿供漿，確保孔壁穩定。在不同的岩層中沖孔時控制要點如下表。

不同的岩層中沖孔控制要點

項次	項目	衝程（米）	泥漿密度（噸/立方米）	備註
1	在護筒中及護筒以下3米內	0.8~1.2	1.1~1.3	當土質為泥炭質土時，應提高泥漿稠度並加人石塊
2	黏土	1~2	加清水	黏土為造漿的主要材料
3	砂土	1~2	1.3~1.5	投拋黏土，提高泥漿稠度，防止塌孔
4	砂卵石	2~3	1.3~1.5	加大衝擊能力，使渣翻上來
5	風化岩	1~4	1.2~1.4	如岩石表面傾斜，應拋人300~500毫米直徑的石塊，用低錘密擊使孔底變平整，再轉人正常衝擊
6	塌孔回填重新沖孔	1	1.3~1.5	加黏土，加石塊

（1）在鬆軟的土層中沖孔提錘不宜太高，太高衝程易陷入土中造成提錘困難。

（2）進入基岩後，應低錘衝擊，如發現偏孔應立即停止衝進，待向孔內拋投堅硬的塊石及黏土至偏孔部位上方300~500毫米後再衝進。

（3）若遇到孤石時，用高低衝程交替衝擊，將擊碎或擠入孔壁，也可用爆破方式處理。

（4）衝擊中應控制鋼繩放鬆量，放得太多會減短衝程，太少會造成打空錘，應在鋼絲繩上作上標記以便目測衝程高度。

（5）每次沖孔深度達到2~3米時，應排渣一次，約30分鐘左右，沖孔應設定專人邊沖邊用漏網從溢出的泥漿中將浮出的沉渣濾出，使不含沉渣的泥漿反覆循環到泥漿池再泵入孔底將孔底沉渣不斷循環出來。

2.泥漿循環控制要點

（1）泥漿製備的性能指標劃分如下表。

泥漿製備的性能指標

項次	項目	性能指標	檢測方法
1	相對密度	1.1~1.15	泥漿密度計
2	黏度	10~25秒	50000/70000漏鬥法
3	含砂率	<6%	/
4	膠體率	>95%	杯量法
5	失水率	<3毫升/30分鐘	失水量儀
6	泥皮厚度	1~3毫米/30分鐘	失水量儀
7	靜切力	1分鐘 20~30/30分鐘/平方厘米 10分鐘 50~100毫克/平方厘米	靜切力計
8	穩定性	<0.03克/平方厘米	/
9	pH值	7~9	pH試紙
註：凡有黏性土的地方，都可以採用原土造漿，泥漿濃度控制應適中。

（2）泥漿稠度控制經驗公式如下：

a.在入土便是水的流砂及淤泥質土或鬆軟的回填土中沖孔時，泥漿密度宜控制在1.3~1.5噸/立方米之間。

b.在地下水位以下的土中及軟弱破碎強風化岩層中沖孔時，泥漿密度宜控制在1.2~1.4噸/立方米之間。

c.在堅土及弱風化岩層中沖孔時，泥漿密度宜控制在1.1~1.3噸/立方米之間。

五、清孔換漿

當沖孔深度滿足設計要求時，並且滿足嵌岩深度孔底，全部為堅石時，就不需再往下衝擊，便轉入清渣工序。規範規定孔底沉渣厚度必須小於50毫米。清渣的主要方法是將泥漿泵的出漿管用沖機附卷揚機吊住伸入到孔底，利用管內注入的高壓泥漿衝擊孔底，孔底沉渣被沖洗懸浮粘附在泥漿中，並隨同泥漿的上涌循環出孔外，再由人工用濾網過濾乾淨，經過濾的泥漿又由泥漿泵壓入孔底，如此反覆循環直到將孔內沉渣清理達到要求。若孔壁土質較差易出現塌孔時，泥漿的密度可控制在1.15~1.25噸/立方米之間。凡是孔中循環出來的泥漿未經處理，不得排入城市地下管網，應採用專用罐車外運至指定地點處理。

六、終孔驗收

清孔後孔底沉渣厚度滿足規範要求，並且孔底必須滿足嵌岩深度要求、孔底無軟弱夾層的條件下及時請建設、監理、重點是地勘、設計、質監單位相關人員進行驗孔。驗孔的方法是用每節長3米，25鍍鋅鋼管逐節採用直接絲扣連線伸至孔底進行仔細觸探，孔底岩石越堅硬且沉渣越少，則測管反彈力越強，聲音越清脆。若孔底存在裂隙或半邊岩，測桿不但不會反彈，還會陷入孔底土層中，遇到該情況通常須再向下衝進或進行補充勘察。沉渣厚度的檢測方法是用兩根專用測繩（繩內設有細鋼絲）分別繫上一個重約2千克的尖底鐵錘和一個平底鐵錘同時放入孔底，尖底錘尖通常會插入沉渣中到達岩石面，而平底錘底面則落在沉渣表面，當在兩根測繩的上部相同高度上做好標記並將測繩拉出孔面後，測量兩根測繩錘尖到標誌點的長度差即為沉渣厚度，沉渣厚度測量通常應反覆測量幾次取平均值確定，一般情況下沉渣厚度多為20~40毫米。

七、鋼筋籠製做吊裝

是在驗孔合格的前提下進行的，若無吊車和塔吊配合時，沖孔機豎桿只有7米高度，若樁的長度為30~50米時，鋼筋籠只能分段吊裝，在孔口處採用搭接焊接長，逐段處理的方法完成。鋼筋籠製做可在木製圓盤的圓周上留缺口，缺口與槽之間的間距為主筋間距，每3米左右一個圓盤，將主筋固定在缺口內再焊架立筋，最後轉動圓盤再綁紮螺旋箍筋。也可用簡易方法，用粗筋做圓環，在圓環外圍焊上主筋，再在該圓環上綁紮鋼筋籠。加勁箍設在主筋之外，主筋端部不設彎鉤妨礙導管操作。為了增強鋼筋籠在運輸吊裝中的牢固性、不變形、不散架、各連線點和吊點必須焊接牢固。鋼筋籠連線吊裝就位後，主筋要與沖機底盤連線目的為了避免澆第一斗混凝土時鋼筋籠被衝擊上浮造成廢樁。鋼筋籠製做、安裝質量檢查標準按《建築地基基礎工程施工質量驗收規範》GB50202—2002標準執行。

八、水下混凝土施工技術

鋼筋籠安裝好並檢查無誤後，應立即澆築混凝土間隔時間不應超過4小時，以防樁孔內泥漿沉澱和塌孔。

1.導管安裝

導管用壁厚為9~10毫米的無縫管制做，採用標準的閥蘭盤6Φ12螺栓連線，導管直徑宜為Φ200~250毫米，每根長度除底管長4米外其他管長均為2米，閥蘭盤之間的密封墊採用6毫米厚膠皮墊。導管在吊入孔之前應作氣密性、水密性試驗，壓力在0.6~1.0Mpa之間不漏氣、不漏水為合格。導管吊裝必須在孔中心，避免提管拆管掛住鋼筋籠。導管總長量應比最長的樁多1/3長度備用，每次組裝導管時變形管不得投入使用。

2.混凝土澆灌漏斗製做安裝

漏斗可用4~6毫米鋼板製做，直徑可為Φ1500~180毫米左右，斗容量滿足初澆量埋管800毫米深考慮，按樁直徑為Φ1800考慮，管底空300毫米，埋管800毫米，斗容量=混凝土初灌量=1.1

0.9≈2.8立方米，如果管端距孔底500毫米，斗容量=1.3

0.9≈3.3立方米；漏斗設定高度應適用操作的需要，並應在灌注到最後階段，特別是灌注接近到樁頂部位時，能滿足對導管內混凝土柱高度的需要，保證上部樁身的灌注質量。

3.隔水栓製做安裝

隔水栓一般採用強度等級為C20的混凝土製做宜製成圓柱形，直徑宜比導管內徑小20毫米，高度宜比直徑大50毫米；採用4毫米厚的橡膠墊圈密封；使用的隔水栓應有良好的隔水性，保證順利出水。

4.澆築水下混凝土

（1）工藝流程

安設導管→使隔水栓與導管內水面緊貼→灌注首批混凝土→剪斷鋼絲，使隔水栓下落至孔底→連續灌注混凝土，提升導管→混凝土灌注完畢，拔出護筒。

（2）混凝土的配製要求

水下混凝土必須具備和易性，配合比應通過試驗確定，混凝土坍落度宜控制在18~22厘米。

a.水泥：水泥一般採用矽酸鹽或普通矽酸鹽水泥，水泥強度等級不低於42.5級，水泥用量不低於360千克/立方米。

b.細骨料：水下混凝土宜選用級配合理、質地堅硬、顆粒潔淨的中粗砂，含泥量小於5%。

c.粗骨料：水下混凝土的粗骨料，宜選用堅硬卵礫石或碎石，最大粒徑<40毫米，有條件時可採用二級級配，含泥量不大於2%。

d.外加劑：為改善和易性和緩凝，水下混凝土宜摻入外加劑，但必須經過試驗，確定外加劑的種類，摻入量及摻入程式。

（3）澆築混凝土

混凝土可用塔吊或混凝土輸送泵向漏斗內輸送，當漏斗內混凝土容量滿足初灌量時，進行首批混凝土澆築。

a.澆築首批混凝土：開始澆築混凝土時，為使隔水栓能順利排出，導管底部至孔底的距離宜為300~500毫米，漏斗與儲料斗應有足夠的混凝土儲備量，使導管一次埋入混凝土以下0.8米以上。

b.導管埋深：導管埋入混凝土的深度越大，則混凝土擴散越均勻，密實性越好，表面也較平坦；反之，混凝土擴散不均勻，表面坡度也大，易於分散離析，影響質量。埋入深度與混凝土澆築速度有關。為防止導管拔出混凝土面造成斷樁事故，導管埋深宜為2~4米，不宜大於6米，同時應注意防止埋管太深會造成埋管事故。

c.連續澆築混凝土：首批水下混凝土澆築正常後，必須連續施工，不得中斷。否則先澆築的混凝土達到初凝，將阻止後澆築的混凝土從導管中流出，造成斷樁。

d.澆築時間：每根樁的澆築時間按初凝時間控制，必要時可適量摻入緩凝劑。水下混凝土適當澆築時間參考下表。

水下混凝土澆築時間參考表

樁長	≤30		30~50			50~70			70~100
澆築量	≤40	40~80	≤40	48~80	80~120	≤50	50~100	100~160	≤60	60~120	120~200
適當澆築時間（小時）	2~3	4~5	3~4	5~6	6~7	3~5	6~8	7~9	4~6	8~10	10~12

e.控制樁頂標高：當澆築接近樁頂部位時，應控制最後一次澆築量，使頂的澆築標高比設計標高高出0.5~0.8米，以使鑿除樁頂部的泛漿層後達到設計標高的要求，且必須保證暴露的樁頂混凝土達到強度設計值。

（4）澆築混凝土施工注意事項

a.澆築水下混凝土施工時，嚴禁導管提出混凝土面，應有專人測量導管埋深及管內外混凝土面的高差，填寫水下混凝土澆築記錄。

b.在澆築過程中，當導管內混凝土不滿含有空氣時，後續的混凝土宜通過溜槽慢慢地注入漏斗和導管，不得將混凝土整斗從上面傾入導管內以免在導管內形成高壓氣囊，擠出管節間的橡膠墊而使導管漏水。

c.對澆築過程中的一切故障均應記錄備案。

九、樁身抽芯檢測

1.用超音波檢測樁身混凝土密實度：在鋼筋籠未入孔之前用鋼絲將3Φ50毫米的PVC管呈三角形綁紮固定在鋼筋籠內側，管兩頭用堵頭堵嚴，作為後期超音波檢測孔。為避免該PVC管在混凝土澆灌過程中承受不住孔內混凝土的側壓力而發生變形，可事先在管內注入清水。

2.抽芯檢驗樁底沉渣厚度和樁端下臥層岩石（持力層）厚度，及樁身混凝土密實度（觀察芯樣表面進行判定）。

3.抽芯的數量一般要求，樁徑Φ800米內的抽一個孔，Φ1000毫米~1400毫米的抽兩個孔，≥1500毫米的抽三個孔。

4.強度檢驗，主要是對抽出的芯樣進行抗壓強度試驗，每樁均需取一組以上試件。

泥漿護壁沖孔灌注樁施工

《喀斯特地質嵌岩泥漿護壁沖孔灌注樁基礎施工工法》泥漿護壁沖孔灌注樁施工技術難題分析和處理如下：

一、施工技術難題分析

1、漏漿

在喀斯特地貌地區施工，特別是在岩溶極為發育的地下，溶隙溶縫多、溶槽溶洞多，樁身穿越這些部位時都難以避免會漏漿。特別是遇到溶洞及溶槽內無填充物時，更增高了漏漿的可能性和嚴重性。在不同的土中沖孔時，樁身穿越土洞時也是漏漿的多發部位（見下圖）。

漏漿的原因

2、塌孔

泥漿的稠度不夠，泥漿產生的水平側壓力小於孔壁的水平側壓力，造成不平衡失穩坍塌。漏漿後，樁身通過的土層，特別是流砂層、淤泥層的孔壁完全失去了維繫平衡條件造成坍塌。塌孔將對沖孔造成一定的危害，輕者適當提高泥漿的濃度後，能保持孔壁的穩定，可以繼續沖孔；重者是造成孔口混凝土定位護壁（或定位鋼護筒）下落移位，或是將鋼護筒擠壓成漏斗形狀，沖錘無法下落繼續沖孔；再重者是造成沖樁機械設備跌落到所坍塌的深坑中，可能導致設備及人身的安全事故。更嚴重的是造成沖錘來不及提出便被埋入孔中提不出來，造成樁、錘及樁位報廢。若是在澆築樁身混凝土過程中出現塌孔，更容易壓壞輸送混凝土的導管，不得不中途中止混凝土澆築，造成斷樁（見下圖）。