海湾滩涂区大直径钻孔灌注桩成孔探究

文 / 中交四航局总承包分公司 叶瑞玉 韩志文

228国道苍南龙沙至岱岭段赤溪港特大桥，桥梁桩基大部分位于海湾滩涂区，桩基清孔施工受潮汐影响明显，潮汐冲刷作用较强烈，泥浆护壁容易受扰动，造成泥浆含砂率指标偏高，无法进行下步工序施工，影响施工进度及质量。本文通过对水文地质条件、施工记录、试验数据、成孔检测结果等基础数据分析,总结了海湾滩涂区水文地质复杂的条件下大直径钻孔灌注桩清孔过程对成孔质量的影响,介绍了采取的改进措施及效果,为类似工程施工提供一些借鉴和参考。

前言

在海湾地区桥梁桩基施工中采用大直径钻孔灌注桩时，由于水文地质条件较复杂，土层物理力学指标差异较大，因而成孔质量不容易保证，其中清孔工艺的控制对成孔质量的影响至关重要。

工程概况

工程简介

228国道苍南龙沙至岱岭段工程位于温州市苍南县，全长约26.845km，其中赤溪港特大桥共有桩基础112根，按照受力形式划分为摩擦桩和端承桩，桩径为2.0m、2.5m，桩长为11.69m～50.4m不等，其中2#～25#墩位于海湾滩涂内，1#墩、26～30#墩均位于陆上。

地质概况

赤溪港特大桥两侧桥头位于丘陵区，其余桩基大部分位于海湾滩涂区，低潮水位时滩涂出露，涨潮时为海水淹没，根据海洋水文站长期的实测统计，最高潮位4.45m，最低潮位出露滩涂面，平均潮位2.37m，平均海面0.20m，平均涨潮历时6h02min，平均落潮历时，6h24min，水位受潮汐影响明显，潮汐冲刷作用较强烈。桥址地下水类型以松散岩类孔隙潜水、孔隙微承压水和基岩裂隙水为主 ，水文地质条件较复杂。滩涂上部分海积淤泥、淤泥质黏土，厚度10m～19m；其下分布第四系冲海积、海积及冲积成因的圆砾、卵石及粉质黏土等，总厚度16m～25m；以下为洪坡积含碎石粉质黏土、碎块石及粉质黏土夹层等，厚度大于15m；下伏全-微风化晶屑熔结凝灰岩。两岸斜坡分布残坡积粉质黏土、含黏性土碎石，厚度2m～3m，局部为填土，厚约1.0m，下伏全-微风化晶屑熔结凝灰岩。全风化岩局部分布，强风化岩较破碎；中-微风化基岩青灰色，坚硬，较完整，物理力学性质良好。

主要施工工艺

护筒埋设

护筒采用14mm厚Q235钢板卷制而成，内径2.7m，标准节3m，首根桩钢护筒标高7.24m，下放长度达到18m（入土深度10.76m），完全穿透淤泥层，保证垂直度在0.5%以内。

成孔

采用冲击成孔方法，冲程控制在0.8m左右，采用膨润土加纤维素配置的优质泥浆护壁，施工过程随时对泥浆比重进行抽查。

钢筋笼制作及吊装

钢筋笼分节制作、运输,采用五点抬吊、分节下笼、节段间机械连接的方法安装。

清孔

采用泥浆正循环法清孔。成孔后进行一次清孔,钢筋笼吊装、导管下放后进行二次清孔。清孔泥浆通过泥砂分离器完成砂泥净化后,进行置换泥浆清孔、清渣。

混凝土浇筑

采用导管水下灌注法浇筑水下混凝土。

桩基成孔检测结果及质量问题分析

桩基成孔检测结果

对前期成孔的5根桩采用成孔检测仪进行检测，检测结果显示均出现局部扩孔较大现象，且孔底成渣厚度均大于5cm。根据成孔检测报告分析,各桩可能因清孔时间过长导致出现塌孔现象。各孔成孔检测结果及清孔时间如表1所示。

表1 桩基成孔检测结果及清孔时间统计表

清孔时间较长不仅会对施工工期产生影响，更会对成孔质量产生影响，并进一步影响到桩基成桩质量，因此有必要采取有效措施改进清孔施工工艺，提高清孔速度，加快桩基施工进度。

质量问题分析

根据对桩基成孔检测结果、地质情况及施工原始记录等基础数据分析,泥浆质量、冲孔过程等均符合设计及规范要求,质量缺陷的出现主要有以下几方面可能的原因:

1.地质条件: 桩身穿越地层自上而下分别为淤泥、卵石/圆砾、粉质黏土、卵石、黏土、卵石/圆砾、全风化晶屑熔接凝灰岩、中风化晶屑熔接凝灰岩。根据桩基成孔检测报告结果显示,5根桩中,多数桩身成孔缺陷部位处于卵石层或卵石层与其它地层交界处。排除潮汐影响、混凝土质量及导管质量、拆管及回插方面的原因后，卵石层塌孔而造成夹泥(砂)或气泡是导致质量缺陷的直接原因。

2.成孔工艺:冲孔速度较慢，时间较长，可排除因冲孔速度过快或锤击引起的振动造成的卵石层局部塌孔。

3.清孔工艺:本次成孔检测5根桩清孔时间最短6天,最长13天。本批桩基施工二清均采用正循环清孔,清孔效率较低，且由于泥浆分离器功率较小，分离砂砾的效果较差，含砂率较难控制，为减少比重较大砂砾回落,且保证沉渣厚度达到设计要求, 必须反复循环清孔；清孔时间长,影响孔壁稳定,造成卵石层局部塌孔的可能性较大。

4.钢筋笼下放:钢筋笼吊装下放时,钢筋笼不居中可能造成保护层垫块刮蹭孔壁,泥团粘附在钢筋笼上,导致桩身出现夹泥现象。

质量改进措施及效果

质量改进措施

针对前期施工出现的质量缺陷,结合现场实际情况,提出以下改进措施:

1.泥浆质量控制:在卵石层段加大泥浆比重,泥浆比重控制在1.20～1.25g/cm3,以增加泥浆的粘度和降低含砂率,使泥浆所产生的液柱压力可以平衡地下水压力,并对孔壁有一定的侧压力, 成为孔壁的一种液态支撑,从而起到防止塌孔、保护孔壁的作用。

2.更换大功率泥浆分离器:清孔采用大功率泥浆分离器以提高泥砂分离效果，避免比重较大砂砾回落，有效降低含砂率，减少反复循环清孔次数，从而大大缩短清孔时间。

3.针对成孔后0.5h内，桩底沉渣厚度达到30cn以上的桩基采用气举反循环清孔工艺:气举反循环清孔工艺是利用空压机的压缩空气,通过安装在导管内的风管送至桩孔内,高压气与泥浆混合,在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物,浆气混合物因其比重小而上升,在导管内混合器底端形成负压,底部的泥浆在负压的作用下上升,并在气压动量的联合作用下,不断补浆,上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升,从而形成流动,因为导管的内断面积远小于导管外壁与桩壁间的环状断面积,便形成了流速、流量极大的反循环,携带沉渣从导管内反出,排出导管以外。该工艺操作简单,清孔效果明显,可有效缩短清孔时间,大幅度降低塌孔几率。

4.钢筋笼下放控制:钢筋笼下放前严格检查,确保钢筋笼垂直度合格且位置居中;采用圆 盘形可转动混凝土保护层垫块,避免或减少下放过程中挂壁夹泥的发生。

5.加强工序监督管理:加强技术人员对各道工序的质量掌控和监督,落实三级交底制度和三检制度,保证技术方案和改进措施的执行落实。

质量改进效果

通过采取各项改进措施,桩基成孔质量得到明显的提高。更换大功率泥浆分离器、针对基底沉渣厚度的桩基改进清孔施工工艺后,有效降低了卵石层塌孔造成的桩身质量缺陷,桩基清孔时间较改进之前显著减少(见表2显示），保障了工程进度，同时在后续的桩基超声波检测本桥梁已实施的21根桩基均为Ⅰ类桩。

表2 桩基工艺改进前后清孔时间对比统计表

结语

在海湾滩涂区大直径钻孔灌注桩施工过程中,及时对成孔质量问题进行分析,查找原因并采取有效的调整措施,是保证施工质量和进度、节约成本的重要方法。因清孔时间过长导致卵石层坍塌，从而造成夹泥或气泡是桩身产生质量缺陷的直接原因,通过更换大功率泥浆分离器、针对基底沉渣厚度较大的桩基采用气举反循环法进行清孔等措施可大幅缩短清孔时间,有效减少卵石层塌孔现象,从而提高灌注桩施工进度，并保障桩基施工质量。