钢护筒在旋挖桩不稳定土层地基中施工的运用

于春洲

陕西建工机械施工集团有限公司 陕西 西安 710032

1 工程概况

某电厂拟建设3台540t/h超高压高温煤粉锅炉配2台50MW的抽背式汽轮机环保电厂，设计建筑物桩基采用旋挖钻孔灌注桩。桩端进入中风化岩层为持力层[1]。

2 地质情况

根据勘测结果，地基岩土主要由第四系全新统、上更新统冲积成因的粉质黏土和白垩系泥岩等组成，表层分布人工堆积成因的杂填土。共分为：①填土（）：灰黄色，以黏性土为主；②粉质黏土（）：黄褐色，等级中，很湿，可塑；③粉质黏土（）：黄褐色，等级中～重，稍湿，流塑～软塑；④粉质黏土（）：黄褐色，等级中～重，稍湿，硬塑；⑤残积土（K2）：棕红色，为泥岩残积形成，主要表现为粉质黏土；⑥泥岩（K2）：棕红色，强风化为主，岩芯表现为碎块状，粒状结构；⑦泥岩（K2）：棕红色，中风化，岩芯表现为柱状，粒状结构。

设计以⑦泥岩层为持力层，其中③层土为流塑～软塑状淤泥，层厚3～7m埋深5～10m。旋挖成孔时遇该层易塌孔、无法成桩。

3 工艺选择

因厂区部分区域地质原因，桩基施工采取旋挖机预先钻孔，钢护筒跟进的施工方法，钢护筒长度根据地质情况调整。

旋挖机采用“三一”重工155型旋挖机，保证能够进入设计持力层。钢护筒长度根据地质条件按最不利地质条件控制，参照地勘剖面图和淤泥层厚，钢护筒确定钢护筒长度在9～15m单节，钢护筒壁厚δ=15mm的钢板，在厂家用机械集中卷制加工制作，焊缝全部为双面坡口，钢护筒内径比桩径大10cm，运至现场[2]。

振动设备采用470KW单钳振动锤，起吊高度不小于16m，钢护筒起吊、安放由25T汽车吊现场配合。

3.1 旋挖钢护筒跟进施工工艺

场地平整、测量定位→旋挖桩孔至淤泥质土层→从孔口震动沉入钢护筒（根据地质情况验算）采用不同长度钢护筒→然后旋挖机重新钻进、下钻至持力层岩→正常成孔至桩底标高清孔、验孔→钢筋笼安装→灌注混凝土→震动拔起钢护筒。

3.2 钢护筒埋设施工

钢护筒埋设前旋挖钻机选用比桩径大10cm的钻头钻至淤泥质土层顶部，25T汽车吊配合起吊钢护筒，使用震动锤将钢护筒震入桩孔中。震动锤必须平稳，并在护筒顶面的平面位置一定要居中，尽可能避免因偏心造成护筒偏斜，同时采用水平尺或采用经纬仪控制钢护筒垂直度，不得超过规范要求的1/200，力求钢护筒垂直入土。若一旦发现有偏斜趋势，马上进行纠正，至偏差允许范围内。

钢护筒振动插入穿过淤泥层至强风化，当钢护筒外露地面20cm停止，旋挖机换用设计桩径的钻头在钢护筒内重新再钻孔至设计深度，嵌入岩层深度满足设计要求，经各方验收后终孔、下钢筋笼、浇筑混凝土成桩。

钢护筒数量一台桩机配5～6个循环使用。钢护筒埋设应在白天进行，发现问题及时处理和校正。

3.3 钢护筒起拔

钢护筒起拔在混凝土浇筑20～30分钟内，以免混凝土初凝后护筒拔出困难，利用振动锤边振动边缓慢起拔，拔起速度控制在1.5m/分钟。

因起拔长护筒使得桩身直径发生改变，会影响到混凝土顶面标高，所以在混凝土浇筑过程中要充分考虑到长护筒起拔对混凝土浇筑的影响。在护筒起拔前要先进行超灌，弥补护筒起拔的影响。

Ф800桩按每10m护筒考虑计算：

拔护筒前：

Φ800桩径（0.9×0.9×3.14÷4）×10=6.358m3

拔护筒后：

Φ800桩径（0.93×0.93×3.14÷4）×10×1.1=7.468m3

拔护筒前后：

Φ800桩径每10m混凝土相差1.11m3/10m

说明：每10m护筒，护筒影响系数按1.1. 用护筒实际桩径与设计桩径混凝土对比：

长护筒：φ800，长10m :

长护筒：（0.9×0.9×3.14÷4）×10=6.358m3

设计桩径：（0.8×0.8×3.14÷4）×10=5.024m3每10m相差：1.334m3

所以使用钢护筒工艺对桩身长度越长、桩径越大耗费的混凝土量越多。

4 施工难点以及特点

4.1 穿透夹层

针对施工现场的地勘报告相关内容，如果住宅建筑当中的建筑基础有夹层，桩端需要穿过全风化泥质的粉砂岩和强风化泥质的粉砂岩夹层，将较为稳定的全风化泥质粉砂岩作为持力层。全风化泥质粉砂岩的富水性较为一般，基坑与桩基实际开挖中可能会出现流沙，遵照施工现场地勘报告内容中的柱状图以及桩基设计方案进行推测，明确遇到夹层时桩基的长度。

4.2 钢护筒底部的变形

遵照地勘报告相关内容以及既有工程施工作业相关经验，所有地质层截面实际上并不平整，甚至了能会有突变位置。在将钢护筒打入到夹层底部的时候，可能会由于夹层底部位置的不平整，致使产生锤击反力差异，而护筒底口随之产生了变形，造成无法下钻、卡钻等情况[3]。

4.3 斜坡桩、夹层桩位方面存在偏差

很多基坑支护的位置遵照临时支护实施全面考量与设计，桩基设计部门一定要对基础、主体结构的载荷传递、边坡稳定性等诸多方面进行综合考量，在边坡位置上的工程桩实施斜坡桩隔离层方面的设计，以此对建筑物载荷在边坡方面的不良影响消除掉。

4.4 桩底软化以及沉渣清理

桩基在遇到夹层的时候，夹层中会有一些水，如果遭遇连续降水此种情况会更为严重。如果桩基长度比较长，穿越过夹层的桩基一般都大于24m，那么钢筋笼就需要实施接装处理。所以，单桩成孔以及成桩的时间都比较长。如果桩底长时间暴露，会致使桩底土质出现软化，沉渣过厚难以进行及时有效的清理处理。基于单桩静荷载抗压、抗拔实验以及超声波投射技术、低应变技术、钻芯技术等实施检测。遵照桩基承载力设计方面的规定要求，能够获悉其比桩基实际施工中的旋挖机以及液压锤等诸多机械设备要大。如果地质情况比较复杂，尤其是土质方面较为软弱，如果不使用合理有效的特殊手段，在静荷载试验的实际加载中，会产生支墩下方地面下沉、钢梁倾斜等诸多问题，其可能会产生安全事故，同时检测到的相关数据也会失真[4]。

在静荷载的抗压试验当中，需要使用挖掘机将检测桩半径范围之内的淤泥、泥浆及堆土等挖出来，并且于上分层进行页岩回填，并且实施分层碾压，直到满足密实作业的相关要求，之后进行钢板铺设。在静荷载试验的加载与卸载中，要求对称地进行过混凝土块的吊放、转运等，要重视附近土体的变化，同时确保试验过程中堆放的混凝土块具备平衡性和稳定性。静荷载的抗拔试验过程中，主要基于地面反力来对整个钢梁进行支撑，基于此为桩基提供向上拔力。在静荷载试验的实际开展中，加载、卸载操作一定要严格依据时间要求来开展，严禁提前进行加载、卸载等，此过程中需要旁站监督工作者，确保钢梁的平衡性与稳定性。

4.5 处理复杂的地基

如果项目工程土质的承载力较低，旋挖机以及汽车式起重机难以进行直接操作，要求及时于积水区域附近进行集水坑设置，同时基于污水泵把积水抽到场外，再通过挖掘机械将此区域边缘淤泥以及表层软弱土都挖出来，于积水、泥泞区域基于级配砂卵石等实施换填。如果浅层存在大体积的硬质石块，需要先使用旋挖机简化表层大石块挖出来，将其换成素土进行回填、压实，保证旋挖机以及汽车式起重机操作的安全性、平稳性与可靠性。

4.6 护筒振入问题的有效解决

基于项目工程的地质情况，护筒由于底部存在坚硬石块，其会对振入产生阻挡影响，同时硬质石块突入到钢护筒当中的距离较短，旋挖机难以将其钻碎。遵照现场探索以及反复多次的试验，钢护筒振入受阻，同时旋挖机反复多次钻进难以实现推进，可把护筒先取出来，换成更大型号的钢护筒，指导旋挖穿越大石块的夹层，之后将原来的钢护筒安装上，实施后续的旋挖作业。如果钻孔位置有大石块夹层，要使用岩石筒钻头来进行作业，钻头需要小于护筒。进行大石块层钻入的时候，需要先进行慢速旋转，以免钻头受到损坏，并且可将大石块钻碎，以免桩孔之内产生大面积坍塌，强化提升成孔的速度、成孔质量和减少后期损耗混凝土的数量。基于液压锤对钢护筒夹住，缓慢地向上提取，使钢护筒附近土石都能够缓慢地填入到原来的钢护筒、小胡同间隙当中。将大纲胡同取出来的时候，一定要规避同内部钢护筒之间的碰撞，液压锤尽量不要和小钢护筒产生摩擦碰撞。将大钢护筒取出来之后，如果发现孔和小钢护筒的外币之间存在较大的间隙、孔洞等，需要使用四周既有土实施回填，以免对后续混凝土产生大量损耗。

5 施工技术控制措施

旋挖预成孔后采用单锤振动插入钢护筒，避免单锤振动式出现的偏桩现象，随时准备水平尺或经纬仪跟进进行90度检测

根据地质情况分析不稳定土层埋深确定插入钢护筒的长度，为确保钢护筒已穿透不稳定土层避免塌孔，钢护筒过长外露影响后续旋挖钻孔[5]。

组织有经验的施工人员进行施工，及时确保钢护筒旋挖桩施工工序的衔接，及时跟进。施工顺序为：测量定位→旋挖预成孔→下钢护筒→旋挖成孔→下钢筋笼→浇混凝土→拔钢护筒。

为避免浇灌混凝土时出现堵管、钢护筒不能拔出等现象，及时与混凝土厂家进行沟通，提前预定好混凝土方量，并待混凝土全部到现场时才能浇筑，混凝土坍落度宜大于1800mm。

拔出钢护筒时应边振边拔，为预防把钢护筒过程中混凝土标高下沉，提前预估混凝土下沉量，每根桩多预计1～2方混凝土，现场根据实际情况进行调整。

控制振动起拔钢护筒速率≦1.5m/分钟，防止因提拔速度过快导致浮笼或钢筋笼下沉。

6 结束语

旋挖成孔钢护筒跟进工艺解决了因地下不稳定土层，特别是流溯状淤泥土层在钻进过程中塌孔、缩颈等现象。通过先旋挖引孔，解决跟进插入钢护筒对桩位的对位准确性和确保钢护筒垂直插入，旋挖机沿钢护筒内旋挖成孔至设计桩长，及时下钢筋笼、浇筑混凝土成桩。通过对工艺掌握、施工步骤紧密衔接完成了该电厂600余根因地下淤泥层无法成孔的桩，相比水钻孔灌注桩即缩短了工期又节省了投资，解决改电厂设备基础桩位不能移动的难题。经检测为Ⅰ、Ⅱ类桩符合设计要求。对类似地质土层采用旋挖桩基施工提供借鉴经验。