地铁工程中明挖区间抗拔桩施工质量控制要点

齐振东（上海地铁咨询监理科技有限公司， 上海 200032）

0 引 言

本段区间明挖段设计桩基础兼抗拔桩，局部增加独立抗拔桩。由于现场已经完成了冠梁挡土墙工程，施工场地狭窄，大型桩机无法施工，故抗拔桩采用冲击钻工法施工，混凝土采用 C45 P10 水下混凝土。根据地勘资料，明挖段岩层的单轴饱和抗压强度在 8.5 MPa～35 MPa 范围内。明挖段区间距已建成并投入运营地铁线较近。左线钻孔桩距离该地铁线结构 3.46 m～8.90 m，右线距离 8.9 m～10.5 m，施工过程中须时刻关注在运地铁线的运营动态，并设立了动态监测点。

本区间抗拔桩设计共有 80 根，左右线各 40 根，每根抗拔桩间距 4.2 m，桩直径 1 m，桩长 10 m，桩顶标高（绝对）－10.388 m～－12.500 m。抗拔桩的钢筋笼主筋20 C25，加强箍筋 A20@2000 mm，螺旋箍筋 A12@100/150 mm，加密区间 100 mm，非加密区间 150 mm，定位钢筋4 A18@3000 mm，抗拔桩采用 C45 P10 混凝土水下灌注。

1 地质情况简介

1.1 地形地貌

地貌类型为剥蚀斜坡地貌，拟建场地地势较平坦，地面标高约 4.90 m～5.10 m。

1.2 地层特征

经钻探揭示，场区第四系厚度约 18 m，主要由第四系统全新人工填土层（Q4 ml）、海积层（Q4 m）、洪冲积层（Q4 al+pl）及上更新统洪冲积层（Q3 al+pl）组成。基岩为白垩系青山群流纹岩、安山岩、凝灰岩和王氏群泥质砂岩及火山角砾岩等。受断裂影响，部分地段揭露砂土状～块状碎裂岩、糜棱岩等构造岩。

1.2.1 第①1层，杂填土（建筑垃圾为主）

该层分布较为局限，多为新近堆积的建筑垃圾为主，揭露层厚 1.10 m～3.20 m，层底标高 1.29 m～5.31 m；颜色以褐色为主，稍湿～湿，松散，由碎石、混凝土块、砖块等组成；杂填土以新近堆填为主，成分杂，压缩性高，自稳性差。

1.2.2 第①2层，杂填土（生活垃圾为主）

该层分布较为局限，多为新近堆积的生活垃圾为主，揭露层厚 3.70 m～11.30 m，层底标高 －5.99 m～－2.41 m；颜色为杂色，以灰黑色为主，稍湿～湿，松散，由塑料带、生活垃圾等组成；杂填土以新近堆填为主，成分杂，压缩性高，自稳性差。

1.2.3 第⑥1层、含有机质粉质黏土

该层为第⑥层海滨淤泥质土，是经填海造地再经上部荷载固结后的地层，局限分布于东侧填海造地冲填土下方，海积成因；颜色呈灰色～深灰色，饱和，流塑～软塑，较均匀，切面光滑，干强度高，韧性中等；局部含有粉细砂薄层或透镜体，干强度中等，物理力学性质差；揭露厚度 1.60 m～5.20 m，底层标高 －9.62 m～－6.71 m。

1.2.4 第⑪层，粉质黏土

该层分布在剥蚀堆积斜坡地貌段较广泛，但在局部不连续，揭露层厚 0.40 m～22.30 m，层底标高 －30.87 m～11.48 m，其他主要分布在海域东侧及东侧陆域；颜色呈黄褐～褐黄色，可塑～硬塑，含少量砂粒，有光泽反应，切面光滑，见有铁锰氧化物及结核，夹有灰白色高岭土条带，韧性较高干强度高，局部相变为黏土。

1.2.5 第⑯11层，强风化火山角砾岩

该层为红褐色，角砾结构、块状结构，胶结程度低，成分复杂，主要为玄武岩块、砂岩碎块，粒径 3 cm～5 cm，偶见安山岩块，次棱角状，岩石风化强烈，岩体破碎，岩芯呈碎石状；岩体属极破碎～破碎的软岩，依据GB 50021—2012《岩土工程勘察规范》规定，岩体基本质量等级 V 级。

1.2.6 第⑯11－2层，碎裂岩

该层分布于 F1、F2 和 F3 构造破碎带内；颜色呈红褐色，块状结构，胶结程度低，风化强烈，原岩结构、构造已不清晰，呈砂土、土状，手掰易碎；成分复杂，主要为玄武岩块、碎岩碎块，粒径 3 cm～5 cm，岩体基本质量等级 V 级。

1.2.7 第⑯13层，强风化泥质粉砂岩

该层厚度 0.50 m～19.90 m，揭露层顶标高为 －55.27 m～－14.94 m；颜色呈棕红色，粉砂泥质结构，块状构造；岩石主要由泥质和砂屑组成，泥质呈隐晶状及显微鳞片状集合体，砂屑呈次棱角，散布于泥质中，主要为长石和岩屑，颗粒以粉砂为主，原岩结构已破坏，但尚可辨认，土质较松散，泥质胶结，胶结程度差，近黏土状，岩石遇水软化现象比较明显；岩体属极破碎～破碎的软岩，岩体基本质量等级 V 级。

1.2.8 第⑯7层，泥岩

该层为泥质结构，块状构造，矿物成分以黏土矿物为主，揭露厚度 0.50 m～19.90 m，层高 2.10 m～8.20 m，层顶标高 －17.40 m～－7.36 m；颜色呈浅红～棕褐色，可见原岩结构，矿物均已风化成土状，湿时易软化呈可塑状；该层岩体为极破碎的软岩，岩体基本质量等级V级。

经过以上分析表明，桩持力层位于○169-1、○1614-1、○169-2构造岩；本施工段地质结构较为复杂，施工过程中需多种工法交替操作。

1.3 水文地质

1.3.1 地表水及地下水的赋存

该区间地下水主要赋存在第四系松散土层及基岩的裂隙中。

1.3.2 沿线地下水类型及富水性

场区地下水主要有两种类型：松散土层孔隙水和基岩裂隙水。

1.3.3 松散土层孔隙水

主要分布在第四系洪冲积层，属松散层孔隙潜水。该区间含水层以杂填土为主，松散土层孔隙水发育，富水性中等。

1.3.4 基岩裂隙水

基岩裂隙水可分为风化裂隙水及构造裂隙水。经过以上分析表明，本区间富水性中等。

2 质量控制参数

（1）依据 GB 50202－2002《地基与基础工程施工质量验收规范》要求，抗拔桩允许偏差如表 1 所示。

表 1 抗拔桩允许偏差

（2）依据 JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》，施工中钢筋笼安装到位后必须二次清孔，保证孔底沉渣厚度＜100 mm。

（3）对于泥浆用黏土的选择主要通过现场试验的方法确定，其主要技术指标包括：胶体率不低于 95%，含砂率不大于 4%，造浆能力不低于 2.5 L/kg，塑性指数大于 17。

3 施工质量和安全控制的重点、难点，控制措施及效果

3.1 桩身垂直度控制措施

施工场地位于围护桩内部区间，施工空间过于狭窄，桩身外缘距围护桩冠梁距离为 300 mm。同时，由于钻孔深度达到 26 m 左右，2/3 孔深段为填海回填的杂土，成分复杂，各层地质软硬相差悬殊，软地基、淤泥层等交叉出现，施工过程的成孔质量控制难度较大，为保证桩的垂直度，采取如下措施：

（1）首先保证护筒安放的稳定性，护筒外部回填土均匀夯实，保证护筒中心与桩孔中心重合，并保证施工过程中不因冲击力振动和地下泥浆浸泡而造成护筒位移、下沉和倾斜；

（2）增加桩孔施工过程中检测次数，保证每次进深2 m～3 m，即采用垂直度检测器（孔径与设计桩径相同的特制检测笼）进行一次垂直度检测，在定位准确后，检测笼进出顺畅，即可判断垂直度和桩径指标合格。

采取上述控制措施后，达到以下良好效果。

（1）由于及时检测，并采取行之有效的防斜措施，桩孔垂直度及桩径均达到了设计要求，合格率达 100%。

（2）桩孔施工至较深点位时，特别在由软岩入持力岩时应及时检测，终孔必须检测。

（3）孔底检测：将提引环改到检验器底部，上部用活环导正检验器以防倾斜，避免刮挂孔壁。

（4）检验器的加强筋应视桩孔直径大小增加或减少，确保检验器的刚度；如感到检验器过轻时，可在底部加配重物。

（5）采用等孔径垂直度检测笼进行检验的优点：在检测垂直度的同时，还可检测孔径是否满足设计要求；可就地取材，随时加工制作，经济实惠；方便、简单、适用，可随时检测任何高度孔段的垂直度和桩径指标。

3.2 持力层入岩深度控制措施

抗拔桩设计持力层位于地层代号⑯9-2等安山岩（砂土状碎裂岩）构造岩，钻孔揭示岩层垂直厚度 3 m～14.7 m，颜色呈褐色或灰褐色。在实际操作中，由于采用冲击钻孔泥浆护壁，桩孔内注满了工艺泥浆，无法采用取样判断岩层情况，实际操作中采取分析泥浆颜色变化的方法，当泥浆中出现褐色或灰褐色时即可判断已钻至持力岩层，现场施工员记下孔深，并继续施工至设计孔深，保证入岩深度符合设计要求。

3.3 混凝土浇筑时控制钢筋笼不上浮措施

在抗拔桩施工过程中，由于钢筋笼在桩孔内处于悬挂状态，浇灌水下混凝土时，经常会发生钢筋笼上浮，从而引起桩身配筋发生改变，影响钻孔灌注桩施工的顺利进行和质量。钻孔灌注桩施工过程中采取钢筋笼上浮的措施十分必要。防止钢筋笼上浮的以下措施。

（1）浇筑混凝土前，将钢筋笼与钢护筒顶口连接并焊接牢固。

（2）在混凝土灌注前，应先通过置换孔内泥浆来进行清孔作业，使孔内残留的钻渣能够尽量随泥浆排出孔外，以免在混凝土表面形成“垫层”，从而导致钢筋笼因托起而上浮。

（3）调整好混凝土的坍落度。浇注桩基的混凝土坍落度应控制在 16 cm～20 cm，要求浇筑桩基的混凝土要有很好的和易性，以此来保证混凝土在浇注的过程中能有很好的“泛浆”，否则就会降低混凝土的和易性和流动性。先浇筑的混凝土已经快要凝固成整体，而将钢筋笼子整体托起，从而引起其上浮。

（4）浇灌混凝土时，合理控制导管埋置深度。若导管埋置深度过大，则会导致钢筋笼上浮。灌注混凝土时，应随时掌握混凝土浇筑的标高及导管埋深，当混凝土面低于钢筋笼底端 2 m～3 m 时，应及时减缓混凝土灌注速度，待混凝土埋过钢筋笼底端 4 m 后，方可恢复正常灌注速度，并根据导管埋至深度，适当提升导管，以避免钢筋骨架上浮。导管的埋置深度一般控制在 2 m～3 m 为宜。当发生钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高，将导管提升后再进行浇注。

（5）在钢筋笼制作中，将对称的 4 根主筋的下部各加长 3 m～4 m，延长至孔底，并将加长钢筋末端弯起或加工成圈状，以加强混凝土灌注初期对钢筋笼下部的握裹力。在设计要求允许范围内，适当减少钢筋笼下部的箍筋和加强筋的数量。待钢筋笼就位后，在钢筋笼顶部用钢筋或钢管将上部主筋与钻台架连接顶牢，或将钢筋笼顶部固定在钢护筒上，以防钢筋笼上浮。

（6）可以采用在主筋上焊“倒刺”的方法，防止钢筋笼上浮。在钢筋笼同一截面上焊接 3～4 个“倒刺”，每个笼子设两道即可。

（7）以 φ42 钢管作为吊筋，在井口加配重，或将定位好的吊筋直接焊在护筒上进行可靠定位。

（8）当灌注到钢筋笼底部时，应缓慢放料。缓慢放料能减少对钢筋笼的冲击力，直到埋住钢筋笼并且导管口也在钢筋笼内，方可加大放料速度。

（9）无论是钢管或导管，向孔内下放时，必须保证位置都不能发生偏位，否则就会造成钢筋笼上浮。

（10）连续浇筑并尽可能减少混凝土浇筑时间，争取在最短时间灌注完混凝土，以防止混凝土表面形成硬壳带动钢筋笼上浮。

3.4 清孔工序的控制措施

3.4.1 泥浆护壁抗拔桩清孔

（1）钻孔达到设计标高后先进行初次清孔，待接近规范取值时进行钢筋笼的吊装，经终孔检查后，立即进行二次清孔，除去孔底沉淀的钻碴和泥浆。

（2）清孔方法是用原浆换浆法清孔，清孔后泥浆指标比重 1.15～1.20 之间，含砂量小于 4%，黏度 18″～22″，孔底沉渣不大于 10 cm。

3.4.2 清孔注意事项

（1）在清孔过程中，要及时向孔内注入清水，保持孔内压力及水面高度，钻孔内水位应高出地下水位 1.5 m，以避免塌孔。

（2）进行清孔的操作人员要认真负责，不允许以加钻孔深来替代清孔，避免造成孔桩标高移位现象。

（3）清孔达到要求，由监理工程师再次验收孔深、泥浆比重和沉渣厚度。经现场监理工程师签证，待隐蔽工程验收合格后，方可进入下道工序。

3.4.3 二次清孔

二次清孔的目的是将孔底沉渣清除到设计要求，降低泥浆含砂率及泥浆比重，以达到混凝土灌注要求。清孔后及时用测绳测量孔深，用检孔器检测孔径、垂直度等各项指标，孔深、孔径、垂直度合格后方可进行下道工序。

4 混凝土浇筑工序的质量控制措施

4.1 混凝土工程的冬季施工

4.1.1 负温混凝土施工要点

（1）商品混凝土必须符合 GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》。

（2）商品混凝土运至现场后必须进行坍落度检验，坍落度及入模温度合格后方可进行浇注。

（3）当气温低于 0℃ 且不低于 －5℃ 时，掺加 －5℃抗冻剂；当气温低于 －5℃ 且不低于 －10℃ 时，用热水拌和混凝土，水温高于 65℃ 时，应先将水和骨料拌合，再加入水泥，并掺加 －10℃ 抗冻剂；气温低于 －10℃ 且不低于 －15℃ 时，骨料可搭建暖棚或采取加热措施，水温不高于 60℃，并掺加 －15℃ 抗冻剂；当温度低于 －15℃ 时，混凝土输送管道必须用布包裹保温，以防混凝土瞬间冻结，影响施工。

（4）根据大气温度选择负温防冻商品混凝土，负温防冻混凝土配比（－5℃、－10℃、－15℃），理论上以保证混凝土不受冻为准。所谓混凝土受冻，是指混凝土强度达到早期临界抗冻强度前，混凝土的早期养护温度等于或低于规定温度—防冻剂使用温度，混凝土毛细孔中的自由水结晶呈膨胀现象。

（5）搅拌前用热水冲洗搅拌机并适当延长搅拌时间50%。拌合物出搅拌机到现场出料口的入孔温度不低于12℃。

4.1.2 材料要求

（1）水泥：为了缩短养护时间，水泥选用强度不低于 42.5 的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，最小水泥用量280 kg/m3。

（2）骨料：对砂、石子的要求是不得含有冰块、雪团或易结冰的物质，级配良好。砂子中若有冻块，投料拌和前必须筛分，材料进场后必须做好遮挡措施。

（3）水：采用生活用水。水的热容量较大，施工时采用给水加温的方法，拌制混凝土的水应符合 JGJ 63《混凝土搅拌用水》的规定。

（4）外加剂：外加剂即为防冻剂，应具有低掺杂量、全水溶、早强、减水和防冻等多种功能，并可明显改善混凝土的和易性，保证其在 －15℃ 时仍可施工。

4.1.3 混凝土搅拌

在进行混凝土搅拌时，首先投入部分骨料和水，稍加搅拌后再投入全部的骨料和水泥，以防止水泥与温度较高的水直接接触发生“假凝”现象。投料时必须严格按照使用说明控制防冻早强剂的用量。可用蒸汽加温砂子和水，砂子加温后必须及时使用，及时测定含水率，避免因水灰比和坍落度发生变化而影响混凝土的浇筑和强度增长。

4.1.4 混凝土运输

当混凝土出料后，为尽量减少热量损失，可采取以下措施。

（1）尽量缩短运距，选择最佳运输路线，保证运输道路畅通。

（2）对罐车进行保温处理。罐车覆盖岩棉保温并套以胶圈固定；尽量减少装卸次数，合理组织混凝土的装运和卸出工作。

4.2 灌注混凝土注意事项

（1）混凝土采用商品混凝土，尽量缩短运输里程和运输时间，确保浇筑施工连续，到达现场后及时检查坍落度、和易性，防止因混凝土离析而发生卡管事故。

（2）若混凝土在灌注过程中发生塌孔、缩孔等现象，必须及时处理，保持孔内水头高度。

（3）在浇筑过程中，可能因混凝土坍落度过小、混凝土浇筑速度过快、吊筋松动及导管与钢筋笼间摩擦而导致钢筋笼上浮。因此，在浇筑过程中必须随时检测混凝土坍落度，控制混凝土浇筑速度及吊筋连接情况，并减小导管左右摆动的幅度。

（4）在灌注时，同一配合比每施工班组取样不得少于1 组，灌注桩每根不得少于 1 组试块。按规范要求，做好钻孔桩无损检测工作，确保成桩质量。

（5）为防止混凝土发生离析，出料口离混凝土面垂直高度不得大于 2000 mm。若大于 2000 mm，必须使用导管进行混凝土浇筑。

（6）抗拔桩施工完成后，钢筋笼露出桩顶设计标高不小于 39 d，浇注标高应比设计桩顶标高增加不小于 500 mm，保证桩头部分浇筑的密实度。

（7）桩顶设抗拔计标高处的混凝土强度必须满足设计强度要求，桩顶设计标高处不得有浮碴。施工时应控制最后一次灌注量，桩顶不得低于应凿除的泛浆高度，保证暴露的桩顶混凝土达到强度设计值。

（8）水下混凝土必须连续浇筑，每根桩的浇注时间按初盘混凝土的初凝时间控制，对浇筑过程中的一切故障如实记录备案。

（9）当混凝土升到钢筋笼下端时，为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，应采取以下措施：①在孔口固定钢筋笼的上端；②灌注混凝土的时间尽量加快，以防止混凝土进入钢筋笼时其流动性过小；③当孔内混凝土接近钢筋笼时，应保持埋管深度，并放慢灌注进度；④当孔内混凝土面进入钢筋笼 1 m～2 m 后，应适当提升导管，以免导管埋入混凝土深度过大；⑤在灌注将近结束时，由于导管内混凝土桩高度减小，压力降低，导致管外的泥浆及所含渣土的稠度和比重增大，若出现混凝土上升困难，可在孔内加水稀释泥浆，也可掏出部分沉淀物，使灌注工作顺利进行。

5 结 语

操作人员的细心程度和技术熟练程度决定着冲击钻孔工法的施工质量。因此，在现场施工过程中，应当选择责任心强的操作人员，同时现场管理人员必须严格按照规范要求及时进行检查测量。本桩基工程通过合理的过程控制措施，认真细致的操作，施工质量完全达到了设计和相关规范要求，施工结果令人满意。