穿越流砂层钻孔灌注桩施工难题解决方法

邹海江，方良平

(1.浙江海洋学院船舶与建筑工程学院,浙江舟山 316004;2.舟山市大沙建筑工程有限公司,浙江舟山 316000)

当工程地质局部产生特殊的流砂层时，按钻孔灌注桩一般性正常施工工法，因该流砂层经钻孔后会在桩孔中间部位（即流砂层部位）迅速形成（约15～20min内）新的流砂层，这样不但不能正常清孔，而且连钢筋笼也无法放入桩孔内，无法完成混凝土的浇灌。采用钢板护壁护筒施工工法，不但能解决穿越流砂层中的钻孔灌注桩施工的难题，而且桩基质量符合规范和设计要求，技术经济效益和社会效益显著。

1 工程概况

东方丽景住宅小区，位于舟山定海区甬庆兴西路西侧，规划用地面积3 5451 m2，由24幢5～6层住宅楼组成，总建筑面积45 773 m2。其中23幢、24幢住宅楼，在施工时部分钻孔灌注桩遇到了流砂层。但该工程《岩土工程勘察报告》中并无反映，给正常钻孔灌注桩施工带来了一定的难度。

钻孔灌注桩由于非挤土、无噪声、设备简单，设计的桩径和桩长可根据现场不同地质条件任意确定，设计荷载承载力特征值大，因此，广泛用于工业与民用建筑（包括构筑物）的基础工程。

但当工程地质局部产生特殊的流砂层时，按钻孔灌注桩一般性正常施工工法，因该流砂层经钻孔后会在桩孔中间部位（即流砂层部位）迅速形成（约15～20 min内）新的流砂层，这样不但不能正常清孔，而且连钢筋笼也无法放入桩孔内，无法完成混凝土的浇灌。

工程项目部与公司工程科、质量科以及总工室经过分析论证，认为如果采用其它桩型，设计变更复核、调换桩机及施工人员、进退场费、试桩等费用相应增加，而且施工进度也会延长。而采用局部加大桩径、增设钢板护壁护筒、加大护壁泥浆比重，可以有效地解决桩孔中的流砂层难题。钢板护壁护筒直径和长度，可根据现场灌注桩桩径和流砂层厚度适当扩大和加长制作。以下为具体施工原理与方法。

2 施工工艺原理

为了解决桩孔内的流砂层，必须首先阻止活动的流砂层进入桩孔内。采用4 mm厚钢板护壁护筒，长度应大于流砂层厚度上下各增加1.0 m为宜，护筒直径应比原桩径加大0.15 m，上部桩孔直径应比钢板护壁护筒加大0.05 m。测定流砂层厚度及准确位置，并记录在打桩资料上，便于加工和安装钢板护壁护筒。然后再用适量膨润性黄土加入桩孔中，增加泥浆比重，进行钻孔和清孔，以彻底阻止活动的流砂层进入桩孔中。

下面是本住宅小区穿越流砂层钻孔灌注桩施工情况及扩大桩孔后安装4 mm厚钢板护壁护筒设计中的典型剖面图。

图1 钻孔后淤积在桩孔内新的流砂层示意图Fig.1 Diagram of new quicksand layer in the pile after drill hole

图2 扩大桩孔安装4mm厚钢板护壁护筒示意图Fig.2 Diagram of enlarge pile hole installation 4 mm thick steel casing wall

3 材料与设备

3.1 材料

3.1.1 水泥

水泥采用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥，其质量应分别符合GB175、GB1344的规定。不应采用存期超3个月的水泥和快硬型水泥。

细骨料应采用洁净天然、级配合理、质地坚硬的中粗砂，其质量应符合GB/T 14684的规定。不得采用未经淡化的海砂。

粗骨料应采用坚硬的碎石或卵石，并宜用粒径5～40 mm连续级配的石料，其最大粒径不大于40 mm，其质量应符合国家标准GB/T 14685的规定。

混凝土拌和用水不应含有影响混凝土正常凝结硬化及对钢筋有腐蚀作用的有害物质、污水、泥水、pH值小于4的酸性水等，其质量应符合JGJ63的规定。

3.1.2 钢材

孔口护筒一般常用的由柴油筒切剖拼焊制成[1]，长度不宜小于1.0 m，砂土层中不宜小于1.5 m。

流砂层中护壁护筒，一般桩径在1.0 m以内的用4 mm厚Q235钢板。桩径大于1.0m的护壁护筒钢板宜适当加厚，并焊成圆筒状，焊条可采用E43型。

钢筋笼钢筋采用HPB235、HRB335级钢筋，其质量应符合GB13013、GB1499及相关规范的规定，焊条采用：HPB235用E43型；HRB335用E50型。

3.2 机械设备

桩机型号根据地质情况、桩长、桩径设计要求确定,水泵、搅拌机、电焊机、运泥浆汽车、反斗车、水准仪等。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

施工准备→埋孔口护筒→桩机就位→开钻钻至设计标高（泥浆护壁）→第一次清孔→如发现流砂层→测定流砂层部位及厚度→扩大上部桩孔孔径→用4 mm厚钢板制作护壁护筒及安装→桩孔内加适量膨润性黄土、以增加泥浆比重→安放钢筋笼及导管→第二次清孔→测桩孔底沉渣→沉渣厚度符合设计要求后→悬挂隔水栓→灌注水下混凝土→剪断铁丝隔水栓下落孔底→连续灌注混凝土、上提导管→混凝土灌注完毕→移桩机至另一桩位。

4.2 操作要点

4.2.1 施工准备

详细了解场地《岩土工程勘察报告》，建筑场地中地上地下管线、邻近建筑物结构与地基基础等情况。

施工前应进行施工图会审[2]、勘察、设计技术交底、编制施工组织设计方案，并审核确认，组织施工人员进行技术和安全交底。

打桩前应处理好地下和高空障碍物。施工场地应平整处理，桩机移动的范围内除应保证桩机垂直度的要求外，还应考虑地面有一定的承载力[3]，施工场地及周围应保持排水畅通，以保证施工机械正常作业。

桩基轴线的控制点和水准点应该设在不受打桩影响的地方，开工前经复核后要妥善保护，施工中应正常复测，桩基轴线位置的允许偏差不得超过20 mm。

桩机及配套设备、水泵、电焊机等须检查、检测合格，平面布局合理，挖好泥浆池和排污池。

项目部班组作业人员必须由项目技术负责人进行具体的工程技术交底和安全作业交底，以确保工程质量和安全生产。

4.2.2 钻头制作

钻头外径可比桩径小40 mm，钻头的规格应按设计桩径要求配备齐全。

成孔工艺应根据工程特点、地质情况、设计要求和施工单位条件等优化选择。对桩孔深度大于30m的钻孔桩或端承型桩，宜采用反循环工艺成孔或清孔。

桩基工程施工前必须试成孔，数量一般为2个，当试成孔的孔径、垂直度、孔壁稳定性、沉渣等检测指标不能满足设计要求时，应拟定整改、补救措施或重新选择施工工艺及操作方法。

成孔施工应一次性不间断地完成，成孔完毕至灌注混凝土的间隔时间不宜大于24 h。

成孔至设计深度后，应会同工程有关方对成孔深度等进行检查，如果部分地质存在流砂层，不但影响清孔，而且下道工序的钢筋笼也不能放入，此事应会同工程有关方对成孔问题进行研讨，从多方案比较，采取相应的施工技术措施，如扩大孔径，增设钢板护壁护筒，护壁护筒长度应比流砂层厚度上下各增加1.0 m，在流砂层施工中，泥浆的比重不再是1.15～1.20，而是在桩孔中加入适量膨润性黄土，并连续钻孔和清孔，直至孔壁稳定、流砂层阻止，然后再进行第二次清孔，孔底沉渣符合设计要求后，方可进入下一道工序施工。

钢筋笼一般由现场按设计要求制作。当遇流砂层桩径产生上大下小时，钢筋笼的主筋在该变截面弯折处b/a≤1/6，如图2所示。

钢筋笼的保护垫块或定位环，每米不少于2组，每组不少于3个，在同一截面的圆周上均匀布置，相邻组应交错布置。保护层厚度不小于50 mm，允许偏差不大于20 mm。钢筋笼在起吊，运输和安装中应采取措施防止变形，起吊点宜设在加强筋部位，校正并就位后应立即固定。

混凝土的灌注

1）钢筋笼安装完毕后，应进行隐蔽工程验收，合格后，应立即浇灌混凝土。

2）导管内悬挂隔水栓，隔水栓安装要求隔水性能良好，剪断铁丝后隔水栓易下落孔底。

3）水下混凝土必须具有良好的和易性，必须在试验室做级配试验。水灰比宜在0.5～0.55，坍落度可取160～220 mm，1h内损失的坍落小于50 mm。水泥初凝时间，用标准法试验测定，不早于1.5 h。

4）水下混凝土必须连续灌注，每根桩的灌注时间按新拌混凝土的初凝时间控制，对浇注过程中的一切故障均应记录备案。

5）导管埋深宜为2～5 m，严禁导管提出混凝土表面，桩身混凝土灌注标高应高于设计的桩顶标高，应凿除泛浆高度必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计值。一般情况下应高于设计桩顶标高0.5～1.0 m。凿桩应严格控制桩顶标高，凿桩表面须平整，不得破坏桩身质量。

6）桩身混凝土灌注充盈系数不应小于1.0，宜大于1.1。

7）冬期和暑期混凝土施工应按有关施工规范执行。

5 质量控制

5.1 成孔允许偏差及检测方法

成孔允许偏差及检测方法见表1。

表1 成孔允许偏差及检测方法Tab.1 The finished hole allowable deviation and test methods

5.2 钢筋笼质量检验标准

5.3 混凝土强度等级和灌注质量检验标准

（1）混凝土的强度等级必须符合设计要求[4]。

（2）水下混凝土必须具备良好的和易性，必须在试验室做级配试验。水灰比宜在0.5～0.55，坍落度可取160～220 mm，1 h内损失的坍落度小于50 mm。水泥初凝时间用标准法试验测定，不早于1.5 h。

（3）水下混凝土必须连续灌注，每根桩的灌注时间按新拌混凝土的初凝时间控制[5]。

（4）桩身混凝土灌注充盈系数不应小于1.0，宜大于1.1，具体在试桩时确定。

（5）灌注桩身混凝土时，混凝土灌注应大于设计桩顶标高0.5～1.0 m。凿除桩顶混凝土后，其标高应符合设计桩顶标准，允许偏差为＋30～50 mm。

（6）灌注桩每浇注50 m3必须有一组试件，少于50 m3的桩每根桩必须有一组试件。

（7）施工结束混凝土到达养护期后，应检查混凝土强度，并应做桩体质量及承载力检验。

表2 钢筋笼质量检验标准Tab.2 Reinforcing cage quality inspection standards

6 效益分析

钻孔灌注桩在施工过程中，若遇到情况不明的地质流砂层时，按常规施工，钻孔及孔壁不能得到保证，钢筋笼不能放入桩孔底，而采取钢板护壁护筒进行施工，是在施工工法中采用的一项行之有效的经济技术措施。

如果改用其它桩型，如预制桩，不但设计要作相应的变更、计算和复核、施工单位的桩机、项目部施工班组人员的调换、预制桩的采购、打试桩等均需要作出相应调正和变更。这不但会增加工程建设费用，而且还会延迟施工工期，两种桩型由于存在沉降差异，可能还会导致影响房屋结构的质量。所以，从效益情况分析，采用钢板护壁护筒施工工法，不但能解决穿越流砂层中的钻孔灌注桩施工的难题，而且桩基质量符合规范和设计要求，技术经济效益和社会效益显著。

施工结束后，该工程桩经检测，桩基施工质量符合规范和设计要求，施工工期没有延迟。该灌注桩长约10 m，桩径600 mm，桩身混凝土强度等级为C25，单桩承载力特征值为900 kN，约在地面以下5.0 m处存在厚度约为1.0 m的流砂层，然后采用上部桩径扩大至800 mm（约6.5 m以上）。用4 mmQ235钢板制成内径750 mm，长度为3.0 m的护壁护筒，并在施工过程中掺入适量膨润性黄土，泥浆比重在1.3～1.5之间。并继续钻进及清孔，彻底解决了钻孔灌注桩穿越流砂层的施工难题。穿越流砂层工程钻孔灌注桩于2009年5月20日开始施工，至2009年6月5日结束。技术经济效果明显、社会效益显著。

[1]罗大庆.公路桥梁钻孔灌注桩施工质量控制[J].西部探矿工程,2004,16(9)：23-25.

[2]李维平.钻孔灌注桩施工关键工序控制[J].岩土工程技术,2003(5):299-301.

[3]丁先武,韦俊永.桥梁钻孔灌注桩发生断桩的原因及处理方法[J].建材技术与应用,2003(5):42-43.

[4]李彦杰.影响钻孔灌注桩质量因素的探讨[J].土工基础,1999,13(1):33-36.

[5]朱世宏.钻孔灌注桩断桩事故及其处理[J].土工基础,2003,17(2):47-48.