浅谈斜岩地层冲孔桩的偏孔预防及纠偏措施

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来源：《建筑工程技术与设计》2014年第18期

        摘要：本文简要分析了冲孔灌注桩在斜岩地层冲进时易发偏孔的原因，叙述了斜岩地层偏孔的纠偏原理，并提出了预防措施。论述了各种纠偏措施及其优缺点和适用条件。

        关键词：冲孔桩 偏孔 预防 纠偏 斜岩

        前言

        冲孔灌注桩由于有着对邻近建筑物及周围环境的有害影响小；设备简单、操作方便、适用范围广等优点在工程实际中被广泛应用。但其在实际施工中容易出现的质量问题很多。特别是在斜岩地层冲进时易发偏孔，若处理不当会对工期及成本造成较大损失。

        1 斜岩地层易发偏孔原因分析

        冲孔灌注桩成孔时，当冲锤冲至土石分界面时由于土石的硬度差别较大，可将冲锤和岩石面看作两个大小差异较大的刚体互相碰撞。当地层内存在一定角度（大于15～30°）的岩层倾斜，作为小刚体的桩锤撞击岩层这个大刚体时，必然会产生冲击偏向作用，使桩锤的冲进方向产生偏移，从而产生偏孔。见图1.

        在冲孔时遇到大块孤石、穿越软硬岩交界面、断层带节理发育地层等亦会因同样的原因发生偏孔。

        2 预防措施

        1、施工区域的地层存在斜岩、软硬岩交界面倾斜或有较多的断层带节理发育地层时，应先行取得土石交界面、软硬岩交界面的实际深度数据。若勘察资料的布孔较少时，应对各个桩位进行超前钻探，以取得每个桩位的详细地质资料。

        2、为固定桩位，修筑的桩机平台必须坚实、平整。桩机就位时，在桩机底座下应垫枕木或方木，以保证桩机运行中不偏移和沉陷。桩机就位后，再次复测桩位正确和对钻正确后，调整底座并保持平稳后再开始冲进。

        3、当冲进至土石交界面或软硬岩交界面时，应减少冲程，采用低垂密击的方式进行冲进，以减少冲击偏向作用；应勤清渣，确保每次冲击都能作用在新鲜的岩面上；应更换或加焊刚度较大的锤牙，确保冲进效果。

        3 纠偏原理及方法

        在斜岩地层发生的偏孔，所有纠偏方法均须先将孔内的斜岩面消除，使桩锤的冲击方向大致与岩面垂直即使桩锤碰撞岩面时不会发生偏向作用，方能纠偏成功。

        斜岩地层偏孔的纠偏方法主要有两种思路：一是依靠桩锤冲击消除孔内斜岩面，如扫孔、回填石料重复冲进等；二是依靠外力消除孔内斜岩面，如密集钻孔法、水下爆破法等。

        1、扫孔

        扫孔法是指在偏孔部位吊住桩锤，使用桩锤侧面反复上下冲击，从而修正偏孔。通常需要配合梅花锤，并焊上外扩合金锤牙使用。

        该方法优点是简单易行、安全。但效率较低，对钢丝绳及桩锤的损耗较大且容易在纠偏的同时造成桩机偏位。使用时须注意检查钢丝绳及桩锤的损耗情况，及时更换，并经常复测桩机位置实时测量钢丝绳的垂直度。

        该方法一般仅适用于修正孤石、探头石造成的偏孔，或者由于桩机偏位、沉陷等操作原因造成的偏差较小的偏孔。

        2、回填石料重复冲进

        桩孔偏位较为严重且偏孔段深度达到一定程度时，扫孔已不能解决，此时可采用回填石料重复冲进的方法进行纠偏。

        准确测出偏孔处斜岩的位置、高点及低点的深度等，采用比偏孔处的岩层强度高的石料及小部分粘土，回填的石料一般30～50cm因应桩径大小调整，回填至偏孔斜岩高点以上1m。先用小冲程击实回填料，在击实过程中注意测量桩锤进深，若进深快速增大则表明填料在下陷填充底部空隙或挤进孔底软弱部位，此时需要补填填料。填料击实后则须采用大冲程冲击，以便将回填的石料与斜岩一同冲碎。重复上述过程，直至偏孔已修正为止。此法宜配合梅花锤并须注意更换合金外扩锤牙。

        该方法简单易行、安全，但效率较低。根据以往工程经验，斜岩偏孔时回填石料重复冲进次数可多达十几次耗时超一个月。

        该方法一般适用于软岩处偏孔、岩面倾斜角度较小，以及偏孔位置深度较大的情况。

        3、密集钻孔法

        密集钻孔法是采用钻机将孔内的偏孔部位斜岩预先钻成蜂窝煤状，先行破坏斜岩的整体性，然后再回填石料重复冲进修正偏孔的方法。

        准确测出偏孔处斜岩的位置、高点及低点的深度等，在孔口搭设钻机（一般采用地质钻）操作平台，按预先布设好的孔位将斜岩钻成蜂窝煤状。孔位应布设在斜岩高点一侧，边缘钻孔应尽量贴近护筒边缘，布孔面积至少应占三分之二以上，钻孔深度应为孔内斜岩低点处深度。孔距理论上越密集越好，工程实际应用上一般采用8～15cm的净距。钻孔完成后，按照前述第2点的方法回填石料重复冲进。

        该方法比单纯回填石料纠偏效率高，但若斜岩脆性大不时在重复冲进过程中可能发生卡锤事故。卡锤时可采用更换桩锤及钢丝绳，用新锤冲击卡住的桩锤使其松动脱离岩缝后吊起。

        由于受限于钻机的性能，在偏孔部位深度较大的情况下，钻孔的效率低且因垂直度原因钻孔规则成排效果差且不确定。

        4、孔外爆破法

        孔外爆破法是采用常规控制爆破将斜岩预先松动、破裂，先行破坏斜岩整体性，然后再回填石料重复冲进修正偏孔的方法。

        首先沿护筒内侧等分布置10个以上测点，用测深锤测出孔内斜岩的详细深度数据。沿高点一侧护筒外约50cm处布置炮眼。炮眼个数一般宜为1～5个，因应桩径、斜岩倾斜度、厚度等确定爆破岩体体积、临空面等参数通过计算确定。

        用炸药包裹刚度足够的螺纹钢筋（ 钢筋头焊1 块钢板形成底托） 形成炸药棒，炸药棒直径控制比炮眼孔径小2～3cm，棒长略长于炮眼孔深，粘胶带多层裹牢，再在外层用细铁丝加固。为防止炮眼塌孔，预先制作好炸药棒，炮眼成孔后，即将其放置在孔底。在连接好爆破网络后，做好沙包封闭炮眼、疏散人员等安全措施后即可起爆。

        孔外爆破法针对斜岩偏孔效率较高，但存在一定的塌孔风险。在实际使用时，应在偏孔部位上部地层自稳性较好，且斜岩面倾斜角度较大、厚度较大（临空面距爆破孔位近炸药用量少）的情况下采用。并且爆破作为特种作业，需要做好相关审批手续，安排特种作业人员进行操作。

        5、水下静爆法

        水下静爆法是钻机桩孔内成孔采用膨胀剂静态爆破预裂斜岩，再回填石料重复冲进的方法。

        首先沿护筒内侧等分布置10个以上测点，测出孔内斜岩的详细深度数据及孔内温度数据。根据鞋面数据，布设钻孔，平面上一般只布置靠近最高点一侧3/4圆面（圆面为桩孔平面投影），采用网格状布置，靠近圆面周边的孔宜调整至圆面边缘。孔深应与斜面低点平齐。布孔参数及药量可根据现场实际情况参照表1确定。

        表1 布孔设计参数表

        通过精确控制钻机成孔的垂直度，以护筒顶面为依托精确定位并复位钻孔位置，将膨胀剂药卷置于侧面开孔的UPVC管中由钻机送入已钻好的孔内。药卷采用抑制剂控制反应时间。

        全数钻孔装好药后，等待膨胀剂反应结束，然后即可采取前述第2点的方法回填石料重复冲进纠偏。

        该方法安全、高效，但操作较为复杂、操作精度要求较高。在偏孔位置深度大，因钻机成孔垂直度影响，可能导致装药困难的情况。故一般适用于偏孔深度不大，斜岩硬度大脆性大且斜岩面倾斜角度较大的情况。

        结语

        斜岩地层的偏孔纠偏主要是采用各种方法先行消除斜岩的偏向作用，即先行破碎或磨平孔内的斜岩。然后采用冲进修正偏孔。在工程实际中应因应现场实际情况及已具备的条件，如成孔设备、爆破器材队伍等选择适宜的方法进行纠偏。前述几种方法仅为笔者工程经验的总结，供同行人士处理相关情况时进行参考。

        参考文献：

        1、陈景辉， 深层大倾斜岩面钻孔灌注桩施工技术，施工技术，2013年9月上；

        2、桩基工程手册[M]，中国建筑工业出版社；

        3、建筑桩基技术规范，中国建筑工业出版社；

        4、袁卫国、陈建宁、邱永钦等，冲孔灌注桩水下静态爆破纠偏工法，广东省省级工法。