海口雅居乐健康教育新城项目钻孔灌注桩施工技术应用及探讨

余黎秋

（上海闸北城市建设有限公司，上海 200072）

0 引言

随着我国海南岛全面建设自由贸易港的大力展开，岛内基础设施建设正在加速进行。根据海南的地质情况，设计单位普遍选用钻孔灌注桩作为拟建房屋的工程桩，因此钻孔灌注桩工艺在岛内被广泛应用[1]。按照桩基施工行业规范，钻孔灌注桩工艺有不同的分类方法，按照成孔方法的不同可分为正循环回转钻进工艺、反循环回转进工艺、冲孔钻进工艺、旋挖钻进工艺、长螺旋钻孔工艺、全套管钻进工艺等。

本文以海口雅居乐金沙湾健康教育新城项目工程为例，分析了以该项目实际地质土层情况、气候情况及周边环境情况，探讨了顺利应用钻孔灌注桩工艺的施工、组织技术[2]，分析了该项目在施工中的难点及应对措施，对沿海砂土地区的同类工程有一定的借鉴意义。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

1.2 地质条件分析

该项目场地地貌单元为海成一级阶地，微地貌单元为人工开挖形成的水塘，场地地形稍有起伏，地面标高一般小于3.00m。大部分场地为水塘，水深一般1.00～3.00m，局部达6.00m。钻孔各孔口标高-5.20～4.61m，相对高差9.81m。根据地勘报告，该场地地层岩性揭露地层有第四系全新统（Q4m）海相沉积土、第四系上更新统火山碎屑沉积岩（βQ3）、第四系下更新统海相沉积土（Q1m）、第三系上新统海口组海相沉积土（N2m）。地层岩性特征从上而下划分为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦共7 个工程地质层和⑥1工程地质亚层。分别为：①粗砂：层厚3.50～13.90m，平均值8.71m。②粘土：层厚 1.20～5.60m，平均值 3.19m。③粘土：层厚 0.50～2.00m，平均值0.80m。④中风化凝灰岩：层厚0.50～1.20m，平均值0.88m。⑤粘土：层厚0.90～7.30m，平均值4.50m。⑥粗砂：层厚4.60～12.10m，平均值 9.23m。⑥1粘土：层厚 0.70～2.50m，平均值 1.90m。岩芯情况如图1 所示。

图1 岩芯情况

2 施工难点分析

2.1 基坑排水

由于该项目是在基坑内施工，因此首先要解决的是排水问题。初步估算该基坑内现存水量约17 万m2，且本场地还处于海边，由于该项目基坑支护还未施工，在基坑向外排水的同时还有大量的地下水深入基坑内。另外，灌注桩施工阶段正逢海南地区的雨季，降雨量非常大，所以必须要考虑在桩基施工过程中不间断向基坑外排水，以保障整个施工场地在地下水位以上，施工才能正常开展[3]。

2.2 试桩施工

本项目7 栋主楼工程桩设计图纸设计均采用旋挖钻孔灌注桩工艺，在试桩施工过程中进场1 台徐工XR240 型旋挖钻机进行施工，在施工过程中发现存在以下问题：①由于本项目场地表层土为粗砂层，且平均层厚在9m 左右，在开孔前埋设常规2~3m的钢护筒不能满足桩孔上部的护壁作用，在成孔过程中出现塌孔现象。要解决这一问题须定制大量长度10m，直径1m 的钢护筒，并在开孔前用大型振动锤机械臂将钢护筒振动打入至地面标高以上50cm 左右，再进行旋挖成孔施工，方能满足桩孔上部10m 范围内的护壁要求。如果全部采用该方法施工，需购置大量钢护筒，施工成本大幅度增加，同时对周边环境影响较大，特别是场地西侧的村民会受到较大的影响，容易引发矛盾。②旋挖桩工艺在成孔过程中还需购置大量泥浆进行护壁，且成孔完成后产生的大量土方须及时外运至场外，以满足施工场地需求；加上本项目是在基坑内施工，如在施工过程中从坑底往外运输大量土方难度很大，且对施工的进度会造成严重的影响。③从试桩实际施工下来的情况看，桩身混凝土充盈系数达到1.35，桩身混凝土充盈系数偏高，对成本控制不利。

3 施工难点解决措施

3.1 排水施工

有针对性开展排水事宜。排水分两步走，首先是将5 台37kW 的泥浆泵均设置在场地东南角低洼处，24h 不间断抽排坑内明水，每台泥浆泵外设钢筋笼用滤网包裹以防堵泵[4]。37kW 的泥浆泵的抗磨损能力强，吸进少量泥沙也不会堵泵，不易损坏，能确保排水的连续性。其次，待明水抽排完毕后在打桩施工过程中的排水，根据地质勘察报告提供的抽水试验成果如表1 所示。

表1 抽水试验成果

由于该场地表层土为平均层厚9m 左右的粗砂层，土的渗透系数非常高，再者本项目是坑内低洼处施工，每天坑内的排水量也非常大，如果采用常规沿基坑周围一圈设置一排轻型井点排水，估计不能满足排水要求；如果采用深井降水的方法，由于目前基坑围护还未施工，深井必须满场布设，对桩基施工会造成影响，而且造价偏高。经过反复讨论比较，采用了明沟排水的方法，即先沿坑呢场地一周开挖宽度0.8m、深度1.5m 的排水沟，沟内先用碎石铺设垫层，再在排水沟内通长放置直径600mm 的半圆波纹管作为水槽，然后再间隔50~60m 设置集水井。每个井内设置1 台15v 的带水位限位自动抽水系统的水泵，24h 不间断自动抽水。根据实施下来的效果看非常有效，既在甲方规定的时间内完成的坑内明水的抽排，确保按时开工，又在打桩施工过程中确保了场地的干燥，整个打桩工程顺利进行。施工前场地原貌如图2 所示。

图2 施工前场地原貌

3.2 施工成孔工艺

有针对性地选择不同成孔工艺，达到互补的效果。具体措施如下：场地东侧4 栋主楼共364 根工程桩采用2 台徐工XR240型旋挖钻机进行施工，确保在50d 内完成，场地西侧3 栋主楼共591 根工程桩采用6 台GPS-10 型钻机正循环回转钻机施工，也确保在50d 内完成。阐述理由如下：①旋挖桩工艺施工效率高，每台机正常施工可成桩4 根，场地东侧距离村民房较远，成桩施工时对村民影响较小，不会引起矛盾。为在确保工期的情况下减少施工机械数量以满足场地需求，故作此安排。②沿场地西侧3栋主楼工程桩位置距离村民房距离较近，采用GPS-10 型钻机在成孔过程中对土体扰动小，施工噪声低，能确保施工给村民造成的各方面影响降到最低，但该工艺施工效率较低，每台设备平均成桩不超过2 根，故须用机械设备数量来弥补效率低的问题，以满足工期需求同时也要考虑到整个施工场地的布置问题，配置6台设备比较合理。③从工艺角度出发，旋挖桩成孔施工需要泥浆，而正循环钻机施工工艺恰恰能产生泥浆，将正循环钻机产生的泥浆用于旋挖机施工正好互补，既方便了施工，又降低了成本。④正循环施工工艺的桩身混凝土充盈系数较小，一般在1.15左右，旋挖的桩身混凝土充盈系数在1.35 左右，对整个项目的混凝土用量而言，两者相平衡总体混凝土充盈系数在1.22 左右，在确保桩身质量的同时也可以节约一些施工成本。

旋挖桩机施工下10m 长护筒，沿村民民房侧采用正循环回转钻机施工图如图3 所示。

图3 沿村民民房侧采用正循环回转钻机施工

3.3 钻孔灌注桩施工要点

3.3.1 定位

黑木耳棚室挂袋栽培技术具有省地、省水、省工和出耳早、防流耳、易管理等优点，在相同面积下，“挂袋耳”菌袋摆放数量是传统地栽木耳的6倍。棚室生产环境可控，一个生产周期可省水70%以上。采摘期提前一个月，产出的木耳洁净、无泥沙、品质好、售价高，是一项最新的栽培技术。该技术的示范推广，对促进我镇黑木耳产业素质提升，实现健康高效发展将起到积极的推动作用。主要技术要点如下：

根据现场已定出的测量控制点，采用全站仪定出桩位，桩位定出后，要做好桩位的轴线标记。随后会同相关人员进行复核，并做好复核记录，确认桩位的轴线无误后，方可埋设护筒。在护筒埋设前旋挖钻机与GPS-10 型钻机对桩定位的保护方式有所区别，旋挖钻机要以已放设好的桩中心为圆心，以现场已制作好的钢护筒半径为半径实地画圆，并用白灰洒出圆圈，在沿圆边线上均匀距离分布盯入6~8 根钢筋，以确保在钢护筒下沉前定位准确。GPS-10 型钻机的桩位按常规十字交叉法即可。

3.3.2 护筒埋设

定好桩位后，做好护筒埋设工作，本工程施工中由于选择两种成孔工艺，护筒埋设也有所不同，旋挖钻机的护筒长度较长（10~12m），须用机械手振动锤下沉施工，护筒采用12mm 钢板卷制，确保护筒具有足够刚度。护筒直径应比设计桩径大200mm，护筒埋入原土1.0m，护筒口高出地面0.5m 左右，护筒中心线的允许偏差不大于20mm，护筒埋设应垂直。GPS-10 型钻机施工的护筒用3mm 钢板卷制，护筒直径应比设计桩径大100mm，护筒埋入砂土中1.0~1.5m，高出地面200~300mm，四周用黏土填实，特别要注意的是由于本项目地表为砂土，采用开挖埋设护筒的方法时，护筒埋设深度不宜太深，已防止护筒埋设前就出现塌孔。护筒埋设施工图如图4 所示。

图4 护筒埋设施工

3.3.3 成孔施工

由于本项目采用旋挖钻与正循环回转钻两种成孔工艺，利用回转钻产生的泥浆提供给旋挖钻成孔时的泥浆护壁之需，但由于现场为砂土地质，回转钻产生的泥浆中的含砂率较高，所以现场旋挖钻机的泥浆池须设至沉淀池和循环池，泥浆先经过沉淀池沉淀后再到循环池循环使用。期间要经常检查泥浆的比重、粘度、含砂率是否符合要求，通过加水或加泥粉来调节，以确保旋挖钻护壁之需。

3.3.4 清孔

回转钻应以一次清孔为主，二次清孔为辅。当钻头到达预定桩底标高后，停止往下继续钻进，并及时调整泥浆性能进行一清，即首先将钻头提起至距离孔底20~30cm 的高度，钻具挂慢档继续保持转动状态进行空钻，其目的是利用钻头搅动孔底沉渣，以增加一次清孔的效率。在砂土地层一次清孔时间不宜过长，防止因清孔时间过长而引起塌孔现象。清孔泥浆的粘度宜适当提高至24~25s，返处孔口的泥浆比重不宜大于1.30，用手捞摸孔口流出的泥浆应无颗粒感，且沉渣厚度控制在10~15cm，即作为一次清孔的结束标准。在砂土地层施工二次清孔时间更不宜过长，避免发生塌孔现象。

3.3.5 钢筋笼制作与安装

旋挖钻机用吊车安放钢筋笼，钢筋下料长度以12m 钢筋为主，回转钻机则利用钻机自身的起吊设备安放钢筋笼，由于钻机高度在8m 左右，钢筋下料长度以9m 钢筋为主。钢筋笼按照图纸尺寸分节制作吊放，进行孔口焊接，主筋与主筋的搭接应50%错开至少1m，主筋孔口焊接宜采用单面搭接焊，操作更为方便，为尽量缩短钢筋笼孔口焊接过程的时间，至少配置2 名焊工对称操作，因为在砂土地层施工，时间最为重要，所以在确保每道工序质量的情况下，应尽量减少成孔完成至灌注桩身混凝土之间的过程时间。

3.3.6 水下混凝土灌注

桩身混凝土灌注是成桩的关键工序，要求用导管水下灌注，一气呵成。不同的桩径选用不同直径的导管，本项目桩径800mm，选用直径250mm 的导管比较合适，混凝土初灌料是确保成桩质量的第一步，非常关键，混凝土初灌量计算如图5 所示。

图5 初灌料

式中：V——混凝土初灌量，m3；h——桩孔深度，m；h1——导管内混凝土柱与管外泥浆柱平衡所需高度，m；h2——初管混凝土下灌后导管外混凝土面高度，取1.3~1.8m；d——导管内径，m；D——桩孔直径，m；k——充盈系数，取1.3；γw——泥浆密度，孔深＜60m 取 1.15×103kg/m，孔深≥60m 取 1.20×103kg/m；γc——泥浆密度，混凝土密度，取2.3×103kg/m。

在桩身混凝土初灌完成后应连续进行混凝土的水下灌注，水下混凝土灌注的关键就是导管不得拨出水下混凝土面，造成夹泥甚至是断桩，导管在混凝土内的深度要保持在2~10m，深度太浅断桩风险增加，深度太深容易发生堵管现象，只能在灌注过程中勤提管、勤拆管，不能为了方便一次性提拆6m 以上的导管，因此在下导管之前要准确丈量导管长度，在灌注桩身混凝土卸导管之前用带吊锤的测绳测量桩孔内导管外的混凝土面深度，计算出导管底面与孔内混凝土面的高差值，以确保在卸导管时不出现导管拨出混凝土面的现象发生，造成断桩的质量事故。

4 结语

综上所述，本文通过采取以上措施，整个项目进展得非常顺利，保质、保量、按期完成了合同施工任务，桩基子分部已全部通过质量验收，得到了参建各方的一致认可。本文以海口雅居乐金沙湾健康教育新城桩基工程为例，针对在海岛地区砂土地质、地下水位丰富、降雨量大的情况下如何合理地应用灌注桩工艺，以达到节能减排，减少对周边环境的影响的目的。通过本工程，希望能为沿海地区类似项目的实施提供一定的参考依据。