浅谈珊瑚礁地质灌注桩施工技术

周必凯　卞亮

摘 要：桩基础为水工建筑物中常见的基础形式，灌注桩基础因具有施工简单，造价成本低等优势被广泛应用于工程实践中，尤其在红海沿海，珊瑚礁地质较为常见，利用重力式桩锤冲孔穿透珊瑚礁进行灌注桩施工，可取得了很好的工程效果。

关键词：红海；钻孔灌注桩；珊瑚礁；施工工艺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.112

灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。灌注桩施工可分为钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩和爆扩成孔灌注桩等。其中钻孔因其钻进速度快、成孔好、清孔干净、费用低是最普遍应用的一种施工工艺，常用设备就是潜水钻机。而对于其他坚硬地质如粉细砂层、风化岩层、珊瑚礁以及有孤石、卵石的地层则不宜采用潜水钻机成孔。本文结合位于红海岸边工程灌注桩施工实践，介绍在珊瑚礁地质条件下用冲击锤成孔的灌注桩施工工艺。

1 珊瑚礁成因及工程特征

珊瑚礁是造礁珊瑚群体死亡后，其骨骼和外壳聚集在一起的沉积建造，其经历生物作用和地质作用后，成为珊瑚礁灰岩。珊瑚一般生长在海水温度20～30。C、水深0～50 m的海域，全球的珊瑚礁主要分布于南北回归线之间的热带海洋中。苏丹红海沿岸属热带海洋气候带，常年海水温度较高，且潮差小，非常适合珊瑚生长发育。近几年来我们在苏丹东北部沿海进行了大量的地质勘探及调查工作，该地区的浅部地层基本上为珊瑚礁灰岩及其风化物，属典型的珊瑚礁灰岩地区。

珊瑚礁灰岩残积土（珊瑚礁砂砾层）主要呈粗砾砂、角砾状，属于碳酸钙质砂砾颗粒，与石英质砂相比，其形状不规则、结构疏松、多孔、具脆性，在高压下压缩性较大且易于破碎。根据珊瑚礁其自身的物理特性，在灌注桩施工中，采用重力式冲锤成孔工艺，可取得良好的效果。

2 工程简介

苏丹港瞭望塔工程位于苏丹港港区入口处，可视条件好，其功能主要为航行监控，港口水文分析，哨岗警卫，观光旅游，办公等。该灯塔项目室内建筑面积为429.5m2 ，塔身高为40.55m，塔身采用钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用灌注桩及混凝土墩台组合基础，即由9根直径为1.2m的圆形灌注桩和钢筋混凝土墩台组成，设计桩长为35m。

3 灌注桩施工技术要求

3.1 场地准备及选择打桩设备

该工程位于海边浅滩处，水深约为0.5-1.0m，为形成施工平台，需对桩区进行填土处理，填土采用珊瑚礁疏浚料，形成施工场地和连接岸边的施工引堤，但，并须在施工平台周围的形成简易护坡，以防止涌浪冲刷施工平台，从而影响现场打桩作业安全。 根据设计桩径选择重力桩锤，本工程选用电动机驱动桩机，桩锤直径为1.2m，桩锤重量约为3Ton。

3.2 打桩作业前应完成下列准备工作：

（1）安装调试好桩机设备，认真检查桩机薄弱环节，如桩锤钢丝绳、扒杆插销等，以保证正常运作；

（2）确保钢筋笼按时绑扎完成，混凝土供应正常，一旦桩孔完成，能马上安放钢筋笼，灌注混凝土；

（3）根据施工图绘制整个工程的桩位编号图及施打顺序图；

（4）由专职测量人员测定标出场地上的桩位并指导桩机作业人员安放钢护筒，其偏差不得大于20mm。

3.3 护筒埋设及要求

本工程采用了珊瑚礁疏浚料作为填土，为了保护孔口，灌注桩施工必须埋设护筒，采用挖埋法设置钢护筒。

3.4 开挖造浆池及泥浆性能要求

由于珊瑚礁的力学特性比较脆，空隙率较高，吸收性较差，受桩锤冲击后，容易形成颗粒状或粉末状残渣，且原状珊瑚礁一旦受到外力冲击，力学性能大大减弱，因此在珊瑚礁地质沖桩施工时，泥浆护壁效果的好坏直接影响成孔质量，在冲孔施工中，应经常测定泥浆性能。为保证泥浆达到一定的性能，还可加入加重剂、分散剂、增黏剂及堵漏剂等掺合剂。泥浆性能要求参考值为：相对密度：1.05～1.20， 粘度：16～22S，含砂率≤4%。

4 灌注桩施工工艺流程

4.1 打桩作业

珊瑚礁在冲打过程中容易出现粉末状残渣，一旦停止作业，这些冲碎的珊瑚礁粉末很容易与泥浆混合再次结晶，不利于清孔，因此，在施工过程中宜采用三班制，一次性快速成孔并完成浇筑，采用“重锤低击”的方法，以防止桩孔偏位，一般情况下，桩锤提升高度不得超过1m，在桩锤的冲击下，珊瑚礁岩被击碎，施打工程中，启动泥浆泵往孔内连续注浆，珊瑚礁碎末在泥浆运动的作用下被不断带出孔外，从而实现成孔。珊瑚礁地质特性较脆，重锤贯入难度较小，但当出现下列情况时，应暂停打桩，并及时检查原因：

（1）桩锤贯入度突变；

（2）地面明显隆起、邻桩上浮或位移过大；

（3）桩锤明显跑位，或插销、螺栓等异物不慎掉入孔中；

（4）孔洞出现塌方现象；

（5）打桩机出现异常，摇晃、偏位、电压不稳，电机发出异常声音等。

4.2 清孔方法

清孔的主要目的是清除孔底沉渣，孔底沉渣是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。清孔是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的黏结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔。冲桩达到设计标高后，应对孔深、孔径进行检查，合格后方可清孔，清孔时可用桩锤挤压桩孔加速泥浆运动导出杂质及沉渣，最终将桩孔内的沉渣清除干净。在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头及泥浆浓度，防止塌孔。清孔后泥浆含砂率<2%，粘度17-20S，比重1.03～1.10，孔底沉渣厚度不大于50mm时，方可终止清孔。如超过规定，应进行第二次清孔，清孔验收后，便可吊入钢筋笼。 在吊入钢筋骨架后，灌注水下混凝土前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，符合要求后方可继续，否则须重复清孔，直到合格为止。

4.3 混凝土导管安放

在安放好灌注桩钢筋笼后安装混凝土导管，注意导管由孔顶向下插入时必须用滑阀（或密封球）将下口封住，否则孔内的泥渣有可能进入桩身混凝土中影响混凝土质量。安装导管时可将导管横架于钢护筒上，利用吊机自带的卷扬机吊装套管，按顺序逐节拼装，安装套管时须小心操作，防止套管或其他劳动工具掉入孔中，在混凝土灌注前对孔底沉渣厚度进行测定，如厚度超过规定，采用利用导管进行第二次清孔。当孔口返浆比重及沉渣厚度均符合规范要求后，应立即进行水下混凝土的灌注施工。

4.4 灌注桩基混凝土

采用导管灌注进行钻孔灌注水下混凝土的施工，为防止发生断桩、夹泥、堵管等现象，在混凝土灌注时应加强对混凝土搅拌时间和混凝土坍落度的控制。混凝土搅拌时间不足会直接影响混凝土的强度，根据规范要求，配置混凝土骨料和添加剂，控制混凝土性能能满足流动性，可塑性和强度指标要求。在灌注桩基混凝土浇筑过程中，應严格按照以下几点工艺要求：

（1）将砼灌入孔底后，探测孔内砼面高度，计算导管埋置深度，首批砼灌注时导管离孔底40cm左右，埋置深大于1m，以后灌注时，导管埋深控制在2～6m之间。

（2）导管提升保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，避免撞击或挂住钢筋笼，拆除导管动作要快，一般不超过15分钟，施工时用测绳及时测量砼液面上升的高度，严格控制拔管长度，防止导管脱离砼面，导致断桩；

（3）为防止钢筋笼上升，导管埋入砼深度应取3—4m为宜，且砼面在钢筋笼底上下1m之间时，应放慢砼灌注速度；

（4）浇筑连续不断，徐徐灌入，并在3-4小时以内灌完一根桩；

（5）钢护筒在灌注结束，混凝土初凝前拔出。

（6）做好混凝土灌注记录，这对今后发现问题桩或评价桩的质量具有很大作用。

4.5 凿桩与检测

浇筑完成后的所有桩基均须进行完整性检查，以防止发生断桩现象，一般来说，灌注完成后的顶标高比设计要求富于900mm，挖掉约600mm浮浆混凝土，其余部分桩头应在混凝土强度达到设计强度的50%前予以凿除，经凿除后的桩顶不得有浮浆、裂缝或夹渣。

施工结束后，应对桩的承载力及桩体质量进行检验。对于地基基础设计等级为甲级或地质条件复杂，成桩质量可靠性低的灌注桩，应采用静载荷试验的方法进行检验，桩的静载试验有多种，如单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验和单桩水平静载试验，于此就不再一一叙述了。

5 结语

红海沿岸广泛存在珊瑚礁地貌，珊瑚礁灰岩地区具有独特的地貌特征，具体而言差异性较大，呈软硬交替、交错分布，珊瑚礁灰岩具有独特的工程性质，目前世界上尚没有专门针对珊瑚礁力学性能的研究，也没用相应的施工规范及标准，但大量工程实践证明，在珊瑚礁地质条件下，采用冲桩成孔技术进行灌注桩施工是非常有效的，既能满足施工要求，同时又能克服国外桩基施工设备受限等不利因素，节约施工成本，起到了很好的效果，在以后类似的工程中可以借鉴。

参考文献：

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