滨海潮间带块石回填区桩基施工控制要点

刘杰

中铁二十五局集团第五工程有限公司 山东 青岛 266000

1 工程概况

胶州湾岸线整治工程-观景平台水工工程，位于青岛市环湾大道西侧胶州湾潮间地带，观景平台结构工程采用桩基梁板式结构，下部桩基采用Φ800C35F300钢筋混凝土灌注桩，桩长18.8m，桩柱一体，排桩中心距5.5m，单桩承载力设计值为2300KN，桩顶面为现浇钢筋混凝土纵梁，桩柱及纵梁通过预制安装的钢筋混凝土面板与后方现浇的钢筋混凝土承台连接。

桩基采用冲击成孔工艺，配备三台手拉锤式冲击钻机和两台乌卡斯式冲击钻机。施工前期，发生了桩基偏位、塌孔、漏浆、卡锤、低效等若干问题，后通过及时采取相应的防范措施，上述问题基本得到有效控制。

横断面示意图

2 工程地质及场地条件

根据基地质勘查报告并结合现场实际情况，桩基作业区地质条件较为复杂，属于填海区，按从新到老、自上而下的层序分述如下。

①块石护坡层，为环湾大道海基护坡，采用300mm-400mm厚花岗岩块石干砌而成，坡度1:1.5；

②大块石回填层，该层原为杂填土层，受多年潮汐海浪冲刷淘换影响，现保留的基本为大块石，粒径约为200mm-600mm，该层厚度3m-5m，下部局部夹有淤泥；

③淤泥质砂土层，上部为黑色，具有可塑性、流动性，下部逐渐由黑变灰再变黄，淤泥质含量逐渐减少，砂砾为中粗砂，层厚2m-3m，局部不均匀；

④粉质粘土层，上部夹有少量淤泥，大部为棕褐色，具有硬塑性，层厚5m-7m，局部不均匀；

⑤全风化角砾岩层，棕褐色，全风化，厚度不均匀，层厚2m-3m；

⑥强风化角砾岩层，棕褐色，强风化，为桩端持力层，含有煌斑岩。

作业区水文条件恶劣复杂，水质为海水，水位受潮汐影响显著，设计高水位达到1.98m，极限高水位达到3.22m。涨潮时，水面可将桩位开孔位置全部淹没，退潮时露出。

作业区场地条件受限制较多，作业区东侧为现状环湾大道，交通流量较大，不得占用车行道，西侧为潮间带回填区，潮间带无法满足桩机作业条件。根据现有场地条件及桩机安全作业要求，采用搭设型钢-贝雷梁组合平台的方式以满足桩机作业要求。该区域附近无淡水及电力供给，采用水车供水、柴油发电机供电的方式满足施工水电要求。

3 桩基施工过程中出现的问题、原因分析以及采取的防范措施

钻孔偏位、歪斜。在第一批灌注桩冲孔过程中，在穿越上部块石层时均发生桩位偏位和桩孔歪斜的现象。

经分析，造成桩位偏位和桩孔歪斜的主要原因是块石回填层的地质原因，该地层现状基本为200mm-600mm花岗岩块石，且粒径不均，极为松散，深度可达5m。虽然开钻前已用挖掘机将桩位周边块石进行了挖出，但冲打过程中周边石块掉落严重，特别是大块石掉落后直接影响锤击位置和成孔角度，甚至危及钢平台和现状环湾大道护岸的稳定性。

防范措施：根据原因分析并结合现场实际操作反复纠正，最终采用双护筒的解决方案。首先在退潮时，以桩位为中心，用挖掘机将块石挖出，挖深3m-4m，坑底回填约500mm厚黏土并铺平，重新定位放点后，将壁厚12mm、直径1300mm、高4500mm的钢制大护筒用吊车吊装就位，挖掘机配合将其压入回填的黏土中，护筒就位后贴近护筒外壁回填黏土，边回填黏土同时回填块石，该过程需分层周圈平衡回填，以保证大护筒垂直度；然后大护筒内填满黏土，重新测量标记好桩位，根据桩位搭设型钢-贝雷梁组合平台；平台搭设完成后，采用吊车将壁厚10mm、直径900mm、高3000mm的钢制小护筒吊装就位，并采用直径25mm以上的钢筋棍呈“米”字型分上下两道分别固定于钢平台和大护筒上，钢筋棍与大护筒和钢平台焊接牢固，与小护筒接触端要顶在小护筒外壁上，不做固定，保持上下滑动；桩机就位后，将冲击锤装入小护筒内，开始慢慢锤击成孔，随着成孔深度加大，小护筒会随着锤击下沉，当小护筒顶部低于设计高水位前，拔出冲击锤，再焊接一段同样规格的小护筒，再行锤击成孔。经统计，小护筒一般进入粘土层2m左右就不再下沉，每根桩基本需要三节（3*3m）小护筒接长使用。在护筒内冲孔时，要定时观测小护筒垂直度，该段过程宜采用低锤快击。

采用该双护筒工艺后，基本避免了锤击冲孔前期桩位偏移和桩孔歪斜的问题；并与设计单位沟通后，通过调整配筋和保护层厚度，将小护筒作为外露柱体的模板使用。

孔壁坍塌、漏浆。在第一批灌注桩冲孔过程中，在穿越块石层和淤泥质砂土层时均发生较严重的孔壁坍塌现象。经分析，造成孔壁坍塌的主要原因由地层原因和水文原因两方面：①地层原因，桩孔上部穿越回填块石层，该层极为松散，块石极易受锤击振动塌落；淤泥质黏土层淤泥含量较大，具有遇水流动性。②水文原因，受海滨潮间带潮汐影响，地下水位呈周期性涨落，且水量较大，冲刷性较强。涨潮时，海水可直接通过块石空隙和砂土层空隙冲入孔道内，对泥浆造成严重稀释，失去护壁效果；退潮时，孔内泥浆随海水漏失，水头高度不足，甚至出现干孔现象。

防范措施：根据造成孔壁坍塌、漏浆的原因分析，并经过现场反复改进修正，最终通过采取双护筒结合潮汐规律控制孔内泥浆的方式，对该问题得到了有效的解决。双护筒护壁方案在上条已作出详细陈述，基本解决了地层原因造成的孔壁坍塌和漏浆。水文方面，潮汐造成的地下水位涨落的影响，控制的关键为桩孔内外水头压差的平衡和泥浆密度的保持。

退潮时，地下水位降低，孔内浆位高于孔外水位，泥浆会慢慢随海水渗出，泥浆密度基本不变，漏浆点主要位于小护筒底部与孔壁结合处。对此，应尽量避开在退潮时施打粘土地层，适当控制冲孔速度。

涨潮时，地下水位升高，孔内浆位低于孔外水位，海水会慢慢渗入孔内，造成孔内泥浆密度稀释，此时极易造成小护筒再次下沉。对此，涨潮时要同时做好孔内补浆工作，始终保持孔内足够的水头高度，并及时测量泥浆密度，适时补充黏土，保持好足够的液柱压力。

卡锤、埋锤。在第一批灌注桩冲孔过程中，经常出现卡锤现象，甚至在第三根桩成孔后出现埋锤现象。经分析，造成卡锤、埋锤的主要原因有三方面：①是在冲孔施打下部地层过程中，孔壁上部地层内块石受锤击震动影响，会出现探头石、掉落石现象，在收锤时易造成卡锤；②是在采用钢护筒护壁措施后，收锤时，在钢护筒底部易造成卡顿现象；③是在成孔后，未及时灌注混凝土，桩锤未及时收回，孔内受潮汐影响，沉渣速度过快、厚度过厚，极易造成埋锤。

防范措施：根据上述原因分析，并与桩机操作人员反复摸索探讨，收锤时不宜过快，应缓慢抖动式收锤，随时观察钢丝绳紧度，遇见卡顿，应立即停止收锤，慢慢反复提拉，直至通过；在通过小护筒底部时，要在钢丝绳上做好标记，缓慢提拉，遇见卡顿，应立即停止收锤，旋转冲击锤角度后再缓慢提拉收锤。

3号桩埋锤后，经过原因分析，在成孔后宜立即清孔、下方钢筋笼并灌注混凝土，停止锤击冲孔时，不得将冲击锤置于孔内。该桩位埋锤后，经与设计单位沟通，直接将埋锤打入桩底，并增加3m桩长。

成孔效率低下。经统计，第一批五根桩平均成孔时间达到5.5天，成孔效率颇为低下。经分析，造成成孔效率低下的原因主要有两方面：一是施工前期经验不足，面对各种施工问题没有预判，没有提前采取有效的防治措施，多次造成施工停顿；二是受潮汐影响较大，涨潮期间水位淹没桩头，不可控因素增多，且提前没有掌握潮汐变化规律，特别是碰上白天涨潮、夜间落潮期间，施工降效显著。

防范措施：经过原因分析，在解决了前述问题后，成孔时间明显缩短；提前根据《青岛市潮汐时刻表》做好工作安排，施工计划细化到以“时”为单位；同时提前与商砼站协调好供应时间，确保商砼能及时供应；合理安排好作业人员倒班，保证能全天候根据潮汐情况进行桩基作业；经手拉锤式冲击钻机与乌卡斯式冲击钻机成孔时间对比，乌卡斯式冲击钻机成孔速度明显高于手拉锤式冲击钻机，乌卡斯式冲击钻机对砂土层以下地层冲击穿越效果较好，随在第三批桩开始全部更换为乌卡斯式冲击钻机。

在采取了上述措施后，后续成桩速度明显加快。经统计，从第三批桩基施工开始，单根桩成桩时间平均为1.5天。

混凝土灌注严重超方。经统计，第一批五根桩混凝土平均用量达到14.5m3，而设计方量为9.45m3，超方率达到53%。经分析，混凝土灌注超方的主要原因有两方面：一是块石层存在空隙，低水位灌注时跑浆跑灰现象严重，每当混凝土面灌至块石层时，砼面上升缓慢，严重低于计算上升速度；二是扩孔率较大，经对成孔测量发现，从淤泥质砂土层到孔底，成孔直径逐渐变小，平均成孔直径达到500mm，存在局部阔孔现象，且冲孔时间越长，扩孔率越大。

防范措施：针对超方问题，经过上述原因分析，在采用双护筒后，超方量明显减少，第二批桩单根混凝土平均用量降到12.5m3；同时，从第三批桩开始，采取不间断施工，成孔、洗孔、安放钢筋笼、灌注混凝土中间不间歇，将单根桩混凝土平均用量降至了11.5m3。

4 处理效果

在施工完毕后，根据《建筑桩基检测技术规范》，本工程经青岛轨道市政工程质量检测鉴定中心对全部118根桩进行低应变动力检测，全部达到二类桩及以上等级，桩身无明显缺陷；对8根桩进行高应变动力检测，单桩轴向承载力均满足设计要求。

5 结束语

在滨海潮间带块石回填区进行桩基施工，根据地质条件复杂、水文条件多变、施工条件恶劣、安全环保要求严格、可借鉴施工经验不足的工程特点，为更好的补充该项施工经验，结合现有工程，发现问题，分析原因，并采取切实有效的防范措施，为后续类似工程能提供一定的参考价值，总结滨海潮间带块石回填区桩基施工控制要点如下：

（1）要根据出现的问题，分析问题原因，及时采取有针对性的防治措施。

（2）针对桩孔偏位歪斜、塌孔漏浆等问题，采取双护筒后能有效得到防治。

（3）针对工效低、成本高等问题，应结合潮汐规律，提前细化工期、材料、劳动力、机械设备等各项安排，能有效地缩短工期、降低材料消耗。

（4）鉴于该工程的特殊性，传统冲击成孔灌注桩施工工艺不能很好地满足施工效果，应根据问题的原因分析，及时调整适应的操作工艺，并做好交底，使施工工艺满足现场需要。