超大直径超深桩长深厚淤泥质地层快速成孔

汤 立

中交第二航务工程局第二工程有限公司

1 工程概况

瓯江北口大桥路线长度2603m，南引桥南塔位于瓯江北汊水域内，塔区地质条件欠佳，即：上部为31.1m～33.7m厚的冲海积淤泥质粉质黏土、海积淤泥，中部为16.2m～17.5m 厚的冲海积粉细砂、海积黏性土，下部为80m以上厚度的冲积卵石层。在该深厚淤泥质地层的施工条件中，对钻孔灌注桩成孔技术提出较高的要求，安全、质量、效率均需得到有效的保障。

2 施工的难点

建设现场淤泥层厚度较大，施工所用灌注桩偏长（部分可达到81m），属超深灌注桩。在该大深度施工范围内，现有取浆设备难以有效满足取浆需求，需要对现有设备加以改造，以得到可行性更高的取浆设备。

灌注桩桩孔深度较大，明显加大底部沉渣的清理难度，常规设备在实际应用中存在沉渣清理效率低、效果差的局限性。遇雨雪天气时，外部环境将明显影响钢筋笼焊接操作，受此方面的影响，灌注桩施工进程放缓。对此，需配套防护棚架，抵御外部环境的不良影响，给钢筋笼焊接创设良好的条件，同时顺利吊装钢筋笼。

混凝土浇筑是灌注桩施工中的重点内容，在导管灌注过程中，受导管垂直度、导管连接紧密性等多重因素的影响，容易出现卡管问题，因此需以合理的方法做好对垂直度的检测与控制工作[1]。根据灌注桩深度以及现场地质条件可知，灌注桩位于岩层区域，施工中可能遇到岩溶孔洞和裂隙，导致灌入的混凝土大范围流失，一方面影响灌注桩的质量，另一方面将造成明显的混凝土浪费。对此，需要考虑到岩溶裂隙部位的实际情况，对该处的灌注桩钢筋笼做深度的优化，保证质量、减少材料浪费量。

3 施工技术的关键要点

在明确工程施工难点后，展开技术分析，逐一突破技术难点。在现有施工技术以及施工装置的基础上做出改进，给施工提供更为优质的软硬件条件。施工过程中的关键要点包括四方面的内容，分别是泥浆抽取筒的优化及应用、成孔垂直度和孔径的控制、清底技术以及带气体搅拌的泥浆系统，具体做如下分析。

3.1 泥浆抽取筒的优化及应用

经技术人员的研制后，得到适用于本次施工的取泥浆装置，其灵活性较高，可抽取任意深度孔深内的泥浆，以便展开检测，对各深度范围内的泥浆性能做出判断，充分发挥出泥浆护壁的优势，以免因孔壁失稳而塌孔。

经优化后的泥浆抽取装置在结构组成方面得到有效的优化，设置了两端封口的圆筒，该装置的顶部开孔，底部中心设置圆通孔，在下部配套隔板，在隔板中心开设合适尺寸的盲孔，并进一步在其周边设孔。根据圆筒内部的空间情况，在隔板下方设实心橡胶球，上方设抽塞，可通过抽绳灵活操控抽塞，使其在圆筒内移动。

在使用该泥浆抽取装置时，将抽塞压至筒底，向其中灌满泥浆，通过泥浆的作用将抽塞压住；此后，在圆筒装置上系合适长度的测绳，以缓慢的速度将装置下放至桩孔内；圆筒到位后，向上提起连接在抽塞上的抽绳，此时原本位于圆筒内的泥浆将发生流动，经由通孔排出，随着泥浆的逐步排出，圆筒内形成负压，将小球吸起，其与筒底通孔间形成空隙，外部泥浆经由该处进入隔仓内，经前述一系列操作后，圆筒可以抽取桩孔处的泥浆；随后，向上同步提起吊环测绳和抽拉测绳，经拉动后将圆筒向上提出，此阶段圆筒内的泥浆将对小球产生压力，在该受力条件下，小球被压在底部通孔处，由此避免了泥浆外漏的问题[2]。

3.2 成孔垂直度和孔径的控制

根据锤头结构特点，在其上部增加特定的装置，目的在于实现对孔壁的有效防护（避免因冲孔落锤时水压力以及锤头摆动所带来的不良影响），且能够有效保证成孔质量，使其在垂直度、稳定性方面均可满足要求。

装置组成方面，护筒上下两端口部的直径呈缩小的变化特点，在口部内配套稳定的十字形钢支撑，用焊接的方法将其分别与锤头和吊杆稳定连接。成孔环节，在锤头末端附加该装置后，可以有效抑制不良影响，即冲孔落锤时无明显的水压力，锤头末端摆动幅度得到有效的控制，孔壁的完整性得到保证，且成孔的垂直度也较为良好。

3.3 清底技术

成孔环节，若配套的是铁锤，在利用该装置冲击岩石时，将使原本大块的岩石转变为细小状态，期间将形成大量的碎石沉渣，而此部分难以被有效清理出桩孔，随之影响桩孔的深度，同时也易由于沉渣厚度过大而影响桩身的稳定性（发生沉降）[3]。鉴于此，技术人员提出一种经优化后的装置，其特点在于可以高效清理孔底沉渣。关于清底装置的结构组成，如图1所示。

图1 灌注桩清底装置

清底装置在清底作业中应用流程为以下几点。

（1）取1 节导管，在其内外部以焊接的方式设置直径为20mm～25mm 的弯钩，要求两处弯钩相通，将该部分作为底节导管；再准备1 根直径为50mm～80mm 的钢管，在端部以焊接的方法设置圆形金属罩；在另一节导管的顶部焊接钢管，实现对导管顶部的有效密封处理，再于钢板顶部开设洞口，由此形成首节导管[4]。

（2）组织导管的安装作业，成孔后，在底节导管的通气弯管处连接软管，底节导管连接标准导管后将其完整安装至桩孔内，要求此时的导管可以适当高出地面。将前期加工成型的钢管安装在导管上，金属罩盖住导管内通气管，首节导管安装在桩孔内的导管上，此时已经安装到位的钢管可以穿过首节导管顶部的洞口，考虑到该部分洞口与钢管存在间隙的情况，在该处利用橡胶垫予以密封处理；此外，取合适长度的软管，将其连接至钢管顶部，在软管的连接作用下，通向排渣池。

（3）待导管安装到位后，经检查若无误，则将新浆液管通至桩孔底，向其中注入新鲜浆液；随后启用空压机，通过该装置的应用，向桩孔底部增压加气，通过空气的作用，加之泥浆的持续搅拌，可以翻起聚集在孔底的沉渣和碎屑，将该部分转移至带金属罩的钢管内，从而压出桩孔，以满足清孔要求[5-6]。

3.4 带气体搅拌的泥浆系统

泥浆沉淀易导致泥浆性能受到影响，同时泥浆箱壁处将随着时间的延长而逐步残留泥浆，对箱壁具有腐蚀作用。对此，技术人员提出具备自产气体功能的泥浆系统装置，由其高效清理泥浆，削弱泥浆所带来的腐蚀作用，提高泥浆存储容器的耐久性。关于自带气体搅拌泥浆箱的运行原理，如图2所示。

图2 自带气体搅拌泥浆箱原理

制浆筒和储浆箱为关键组成，零部件布设方面，在泥浆箱的上部设置制浆筒，在泥浆箱的底部配套充气管，并于管上开1个充气口以及若干个管孔，以实现对制浆筒内液面的调整，使其可以始终高于泥浆箱内液面。此外，还配套了出浆管（将其设置在制浆筒的一侧），与进气管相接。

装置运行的基本流程为：开启制浆筒下部出浆管的阀门，在重力作用下，筒内泥浆流至管内，压入倒U形管处。由于提前已经在倒U 形管顶处配套了进气管，此时压入的泥浆可以在管内高效流动，期间存在虹吸作用，管内形成负压，进气管中的空气可以被吸入并产生一定量的气泡，该部分气泡被浆液裹挟，共同转移至管底，进一步进入储气口处管道，在该进程持续推进之下，若管道内的气体达到特定的压力要求，将被压出储气口，经由充气管将其喷出，期间可高效搅拌泥浆。

4 结束语

综上所述，深厚淤泥质层的地质条件欠佳，在该处施工大直径冲孔灌注桩时难度较大，易由于技术应用不当以及质量控制不到位等原因而诱发质量问题。在本文中，则对具体地快速成孔施工技术展开分析，提出一些作业要点，最终取得了良好的施工效果，保证了工程整体质量，希望可为今后类似工程提供参考。