灌注桩穿越淤泥地质抛石区域施工技术

咸建军

（上海成栋建设工程有限公司，上海 201314）

1 工程概述

本文以珠海市横琴新区环岛北片主次干路市政道路工程AK5+780—AK6+100段综合管沟支护工程为例，该综合管沟原设计采用12mⅢ型拉森钢板桩支护。由于该区域内存在大面积抛石，抛石层厚度8～13m不等，岩块大小不一，粒径0.2～1.5m，岩块中有空洞，是松散稍密状，密实度不平均，局部区域块石分布很有连续性[1]。且周边环境复杂，抛石区域无法翻挖换填，所以无法正常进行钢板桩施工，故采用钢板桩和灌注桩（抛石层部分）相结合型式进行支护施工。灌注桩桩身强度为C25，设计桩长12.0m，桩直径为800mm，为摩擦桩。鉴于特殊地质，灌注桩成孔采用旋挖成孔与冲击成孔相结合方式。

2 工艺流程及施工质量控制要点

2.1 工艺流程

灌注桩工艺流程如图1所示。

图1 灌注桩工艺流程

2.2 护筒埋设

该项目护筒选择8mm厚钢板建造，内径1000mm，考虑吹填砂层影响，钢护筒长度增加至3500mm，护筒上部开设一个溢流孔。护筒在成孔过程中起着一定的导向作用，因此护筒埋设时必须精准、稳固，护筒中心与桩位中心误差不大于50mm，垂直度不大于1%。护筒顶面高出施工面0.3m。

2.3 桩机就位

由于上部为吹填砂层，承载力较差，为保证在施工过程中桩机平稳、牢固，对桩机机位处铺设50cm厚块石，并铺设枕木。旋挖机螺旋钻头应对准桩位中心。

2.4 旋挖成孔

上部埋设护筒，直接用旋挖钻机取土。在钻进进行时候需缓放缓提钻杆，小力加压，低速钻进。当挖土困难或挖土存在块石，停止旋挖成孔改用冲击成孔。

2.5 冲击成孔

本工程灌注桩桩心间距1m，净距20cm，在成孔过程中，冲击振动对邻近桩孔有较大影响，易造成相邻桩孔坍塌或影响已灌注混凝土成型质量。在施工过程中，采用隔二钻一或相邻桩位混凝土养护期不小于7d的方式进行钻孔。在成孔过程中针对不同的土层，采用不同的冲程。

灌注桩将穿越上部吹填砂层、中部抛石层，最终灌入淤泥层，各土层在单根灌注桩、桩与桩之间竖向分布不均。在成孔过程中，要求作业人员对土层变化做出准确判断，通过钢丝绳上的标记及时调整冲程。冲击钻开孔时，应先在护筒内加满泥浆，地层较松散时适量加入黏土、碎石等，采用低锤密击（冲程1m左右），反复冲击造壁，保持孔内泥浆面稳定。在抛石层中，采用2～3m冲程进行成孔，冲程应严格控制，由于抛石处于淤泥中，冲程过大极易造成扩孔。

在淤泥中冲击钻孔时，适量投入碎石和黏土，采用1m左右短冲程进行钻进，边冲击边投入，使碎石、黏土挤入孔壁、增加孔壁的稳定性。同时，在成孔过程中，针对不同地质条件注入不同泥浆比重的泥浆，并随时对泥浆比重进行检测。若泥浆比重较低，应及时在孔内和泥浆池内添加黏土；若泥浆比重较大，在泥浆池中加水稀释并搅拌均匀。当开始成孔施工后，必须保证连续作业，避免出现中断，冲孔记录必须第一时间补充完整，如土层发生变化，应该捞取渣样，分析清楚该土层类别，方便和现场地质剖面图进行比较。捞渣之后或其他理由停钻后重新钻进时，短冲程应慢慢增大到平常冲程。

2.6 清孔

当冲孔达到图纸规定深度，经终孔验收合格后，必须马上实施清孔。灌注桩清孔隔开两次清孔。清孔时，孔内水位需控制在地下水位或者河流水位保持在1.5～2m以上，以防止塌孔。本工程主要采用泥浆循环的方式进行清孔。冲锤提出钻孔后，第一时间把粘在护筒壁的泥浆冲洗干净，然后在孔底100～200mm位置，灌入泥浆比例1.1左右的新泥浆进行循环，通过循环将孔内悬浮较多的钻渣泥浆替换掉，同时把孔底钻渣和泥砂等沉淀物清理干净[2]。当孔底钻渣较大，难以通过泥浆循环排出，或经过长时间清孔孔底沉渣仍不满足要求时，可采用掏渣筒进行掏渣。当孔底沉渣厚度不大于150mm且泥浆比重1.15～1.2即可认为第一次清孔完成。清孔完成后应立即放置钢筋笼，当钢筋笼放置完毕后，即可安装导管。利用导管进行第二次清孔再检查一次，沉渣厚度及泥浆比重满足规范要求后，即可浇灌混凝土。

2.7 钢筋笼制作与安装

钢筋笼原材进场后应及时见证取样送检，检测合格后方可使用。钢筋笼加工必须满足设计和规范标准。在制作、运输和吊装过程中为防止变形，应采取适当的加固措施。

吊放钢筋笼时应垂直对准孔位，缓慢下放。在下放过程中不得碰撞孔壁，就位后应对钢筋笼采取措施进行固定，避免在浇筑混凝土的过程中钢筋笼上浮。同时，如在下放过程中遇到阻碍，应立即查明原因。

2.8 水下混凝土灌注

（1）桩孔验收合格，吊装钢筋笼完毕后，安装导管。本工程导管直径250mm，节长2m。导管内壁应光滑圆顺，接头采用法兰盘连接。导管接头应连接紧密，不得漏水。使用的隔水球需具备较好的隔水性能，使用前做通球试验以保证浇筑混凝土顺利排出。当使用自制的隔水塞时，隔水塞混凝土强度等级不宜小于C30，顶部设置橡胶垫圈，垫圈略大于导管内径。

（2）采用商品混凝土浇筑桩身，混凝土需有良好的和易性，塌落度控制在160～220。混凝土到达现场后必须针对混凝土塌落度安排检测，对不满足塌落度要求的，禁止使用。

（3）当进行灌注混凝土时，导管底部到孔底间隔300～500mm。混凝土初灌量应保证导管首次埋入混凝土灌注面以下不允低于1.0m，当初灌量满足要求后，方能剪断隔水球（隔水塞）固定钢丝。灌注混凝土时，必须连续施工，同时应严格控制导管提升速度，严禁将导管提出混凝土面，保证导管埋入混凝土得深度2～6m。由于桩顶混凝土在灌注过程中为与泥浆接触面，不可避免地与泥浆混合，强度达不到设计要求，因此为保证桩顶混凝土质量，混凝土完成高度应大于设计标高0.5m。初灌量计算公式如下。

式中:ν——混凝土初灌量；h1——导管内混凝土柱与导管外泥浆柱平衡所需高度，h1=（h-h2）rw/rc；h——桩孔深度；h2——初灌混凝土下灌后导管外混凝土面高度；d——导管内径；D——桩孔直径；k——充盈系数；rw——泥浆密度；rc——混凝土密度。

3 冲孔灌注桩常见问题分析

3.1 斜孔

成孔部位正处于抛石区域，孔径一部分为抛石一部分为淤泥，冲锤接触面软硬程度不一致，造成成孔向淤泥部位倾斜从而产生斜孔。发现斜孔后应停钻抛填黏土块或块石到斜孔以上0.5～1.0m，重新钻进，不得用冲锤修孔。

3.2 塌孔

产生塌孔的原因：泥浆密度过低，护壁效果差；在淤泥层中，冲程过大，冲进速度过快，而泥浆护壁形成较慢；孔周边有较大的振动；放置时间过长未及时进行灌注混凝土。

发生塌孔后，需重新填入夹片石的黏土块，来回冲击造壁，孔壁稳定后加大泥浆比重。

3.3 卡钻

可能产生原因：钻孔部位正处于抛石区域，且抛石仅一小部分分散在孔壁处；未对冲锤及时进行补焊，成孔孔径较小。

发生卡钻时应交替紧绳、松绳，将冲锤慢慢吊起，不得硬提猛拉，必要时，可使用打捞套、打捞钩等辅助工具助提。同时检查冲锤，对产生磨损的冲锤进行补焊。

3.4 掉钻

由于未对使用时间较长的钢丝绳进行检查更换，钢丝绳有断丝现象，在钻进过程中达到钢丝绳受力极限产生断裂；钢丝绳与冲锤连接卡扣出现松动或破坏。

通过提前在冲锤上预设的打捞环、打捞杆或打捞套等立即进行打捞。未避免掉钻情况的出现，施工过程中应增加对钢丝绳及连接扣件的检查频率，做到提前发现提前处理。

3.5 混凝土在导管内出不去

可能产生原因：混凝土和易性过差，塌落度过低；导管产生变形或导管底部离孔桩底部距离过小，致使隔水球（隔水塞）不能通过导管；灌注时间过长，表层混凝土已初凝。

为避免该情况的出现，应严格控制混凝土生产质量，对到场混凝土塌落度进行检查。同时，对导管及时进行检查修复，不能满足要求的导管进行更换。出现该种情况时，可上下轻微提动导管，提动幅度应保证导管不离开混凝土面，使导管疏通，如果没有效果，取出导管展开清洗，再一次插入混凝土内足够深度，使用空气吸泥机将导管内泥浆、浮浆、杂物等吸除干净，以便灌注工作继续进行[3]。

3.6 断桩

可能产生原因：过高提升导管，将会影响导管底部与混凝土面分离；灌注作业因混凝土供应中断或停电、机械故障等外部原因中断，且中断时间较长；导管漏水严重。

当判断断桩情况已经出现时，应立即停止后续作业，拔出导管，待混凝土初凝后，重新进行钻孔。

3.7 夹层

可能产生原因：提升导管较高，使导管埋入混凝土深度不够，混入浮浆；孔壁垮落物夹入混凝土内；导管发生轻微漏水现象，导致一部分混凝土会稀释。

4 施工质量效果分析

4.1 充盈系数分析

本工程试桩时，充盈系数达到1.6，经分析造成充盈系数过大主要原因：在接近设计桩长时未及时对桩长进行监测，造成成孔深度大于设计要求值；未控制好最后一次混凝土灌入量，造成浪费；在地质变化发生变化时未及时调整冲程。

针对以上原因项目部加强了现场管控，冲击开孔时，在护筒内加满泥浆，地层较松散时宜适量加入黏土、碎石等，冲程控制在1m左右。进入抛石层后，根据抛石强度控制冲程，一般控制在2～3m。当进入淤泥层后，应严格控制冲程，适量投入碎石和黏土，边冲击边投入，使碎石、黏土挤入孔壁、增加孔壁的稳定性。通过预先在钢丝绳上设置的刻度实施监测进尺长度，从而控制桩长。同时，在成孔过程中，针对不同地质条件注入不同泥浆比重的泥浆，并随时对泥浆比重进行检测。如泥浆比重较低，应及时在孔内和泥浆池内添加黏土。如泥浆比重较大，在泥浆池中加水稀释并搅拌均匀。在后期的施工中充盈系数得到了有效的控制，整体充盈系数平均值约1.3，如表1所示。

表1 抛石层冲击成孔操作要点

4.2 小应变检测

本工程灌注桩为临时支护结构，根据设计要求仅对桩身完整性进行检测。混凝土强度等级不应低于设计强度等级70%后，委托珠海市建筑工程质量检测站采用美国桩基动力公司制造的PIT桩身完整性检测仪进行了低应变检测。灌注桩共计272根，检测55根。均为Ⅰ类桩，说明在本工程冲孔灌注桩施工过程中，对施工质量进行了有效的控制，符合设计及验收规范。

5 结语

冲孔灌注桩施工工艺在抛石区域施工中应引起足够重视的质量控制要点和预控措施，要求在施工中精心地操作并严格控制施工质量，预控质量问题的发生。只有详细了解在施工过程中可能发生的质量问题，制定有针对性的防控措施，抛石区域内灌注桩的施工质量才能得到保证。