深厚淤泥层桥梁钻孔灌注桩施工技术研究

李树文 LI Shu-wen

（中铁十七局集团第二工程有限公司，西安 710000）

1 工程概述

新建珠海至肇庆高速铁路江机段睦州水道特大桥设计起点里程为DK0+362.687，终点里程为DK7+153.367，全桥长6.791km。全桥钻孔灌注桩共计2279根，桩径1m、1.25m、1.5m、1.8m、2.2m、2.5m不等，桩长32～50m不等。睦州水道特大桥共设24m预制简支梁23孔、32m预制简支梁156孔、连续梁4联，桥梁在DK1+678.002～DK2+068.502段采用（94+168+94）m连续刚构上跨睦州水道，为全桥控制性工程。

睦州水道特大桥桥址区域属珠江三角洲冲积平原地貌，河道纵横交错，地形平坦、地势较低，地面自然标高-1～4m，多为良田及鱼塘。

桥址区域及周边数百米地表水体发育，主要为西江、江门水道，区内水塘及渠水众多，水量随季节变化较大。地下水类型分为孔隙水和基岩裂隙水，水量较丰富，埋藏浅，水位较稳定，主要靠大气降雨及侧向径流补给，以蒸发排泄为主，动态变化较大，稳定地下水水位埋深为0.20～1.90m，稳定水位标高为-2.20～1.61m。

睦州水道特大桥桥址范围内地质主要为淤泥层（层厚2.3～26.3m）、黏土层（层厚0.7～12.1m）、砂层（层厚0.8～11.1m）、风化砂岩层（层厚0.50～36.10m）。其中淤泥层呈流～软塑状，全桥均有分布，厚度大、含水量高、透水性差、强度低、高压缩性、中等～高灵敏性等特征。当淤泥层受震动时土层结构易受破坏，抗剪强度和承载力大幅度降低，不利于钻孔灌注桩施工。

2 桩基施工质量问题

淤泥层主要特性是天然含水率高于液限，孔隙比多大于1，干密度小，压缩性特别高，强度极低，常处于流动状态，很容易造成泥浆护壁坍塌，钻孔灌注桩成孔比较困难。基于全桥桩基桩长为32～50m不等，并且存在1.8～2.5m大桩径桩基，桩基从钻孔到成桩施工周期长，对泥浆护壁要求较高。同时在施工过程中容易出现护筒下沉、钻机移位和倾斜、桩位偏移、缩颈、扩孔、塌孔等现象，难以保证成桩质量。

3 施工质量控制措施

3.1 场地准备

由于桥梁所处区段多为良田及鱼塘，特别是鱼塘段，地质条件差，场地内地基承载力不足，无法满足钻机等机械施工需求，桩基施工范围内采用山皮石填筑施工平台。填筑施工平台时，筛选块径不超15cm的山皮石进行填筑，避免因填料块径过大造成护筒无法埋设，选用山皮石填筑能有效挤压淤泥增强施工平台的稳定性。

施工平台填筑厚度一般为2～5m（良田段为2～3m、鱼塘段为3～5m），填筑标高以高出鱼塘水面0.5m为准。平台填筑时每填筑50cm，使用12t钢轮压路机对平台进行碾压，碾压遍数为3～4遍，每碾压完一层填筑下一层，直至分层填筑碾压至既定标高。平台填筑完成后静置5～7天自然沉降，趋于稳定后开始桩基施工。（图1、图2）

图1 山皮石填筑施工平台示意图

图2 山皮石挤淤处理示意图

考虑到广东沿海降雨频繁，且施工区域地势偏低，降雨容易积水，施工平台受到雨水浸泡和钻机震动影响容易造成开裂、沉降等不稳定的情况。在钻机就位前，在护筒周围及钻机位置，铺设聚合物纤维板以扩大孔口周围平台的受力面积，减少局部区域荷载，防止钻机偏移、倾斜，保证钻孔垂直度。

3.2 护筒选用及埋设

桩基施工平台使用山皮石填筑，平台填料碾压较为密实，普通8～10mm厚钢护筒埋设困难且易变形偏位，无法满足施工要求，故采用壁厚14mm钢板制作，直径大于设计桩径15cm。

掘进动载荷影响阶段，巷道顶板下沉约240 mm，两帮移近约130 mm，变形得到有效控制。综合锚索受力及变形看，掘进引起的动载影响50～70 m，远大于一般条件下无冲击性动载荷的实体煤巷道(图13)。

由于桥址范围内淤泥层较厚，采用短护筒容易造成护筒变形、下沉。为防止平台填筑高度范围内山皮石在钻孔过程中进入孔内，同时防止钢护筒在淤泥层自然下沉（6～7m处淤泥为硬塑状，不易下沉），结合实际情况选用6～7m长钢护筒。为确保钢护筒不自然下沉，在护筒顶四周加设4块耳板，耳板20cm长、15cm高，耳板焊接于从护筒顶往下30cm。同时考虑到钢护筒反复埋设周转使用，为避免护筒损坏，护筒顶部使用10mm厚钢板包边，包边高度为15cm。

图3 护筒防下沉耳板示意图

为控制护筒埋设位置准确，采用振动锤振动下压的方式进行施工，护筒埋设高度以高于施工平台30cm为准。振压过程中在护筒四周设置护桩，通过护桩控制护筒的垂直度，保证护筒倾斜度不大于1%。护桩采用钢板和钢筋加工，钢板底部设置压入式钢筋，以便很好地与地面连接，防止人为晃动变形。护桩在钻孔过程中继续保留，以用于监测护筒是否偏位。

3.3 钻孔

根据本工程所处地质条件，综合成桩质量、混凝土超耗、施工进度等因素，钻孔采用冲击钻+反循环钻接力形式，即在淤泥层段使用冲击钻成孔，淤泥层以下地层使用反循环钻接力成孔。

3.3.1 淤泥层段冲击钻钻孔

冲击钻在开孔时低锤密击，待钻头完全进入护筒后开始正常冲进。在淤泥层中正常冲进时采用中冲程（1.0～2.0m）冲击，保持6次/min速度缓慢冲进，尽量减少对周围淤泥层扰动。在冲进过程中若遇到“弹簧土”类淤泥层时，填入大块径山皮石冲进。冲进过程中泥浆比重保持在1.35～1.45g/cm3范围内，反复循环保持泥浆护壁。

3.3.2 淤泥层段以下反循环钻钻孔

待冲击钻钻孔穿过淤泥层进入砂层后，换用反循环钻进行钻孔。

反循环钻开钻时选用低档慢速钻进，开始钻进时先启动泥浆泵，再启动钻机空吸泵，当循环正常并持续5min左右时，即可开始正常钻进。砂层中钻进时控制钻机转速在15r/min左右，风化岩层中钻进时控制钻机转速在10r/min左右。钻进过程中接换钻杆时钻头均匀起落，不得碰撞孔壁，接换钻杆动作应快速。连接好后的钻杆逐个检查接头，每次接换完钻杆后重新钻进前将钻头提离孔底20～30cm，待泥浆循环正常后下落钻进。钻孔至设计桩底高程时，将钻头提离孔底5～10cm，转盘匀速旋转，泥浆继续保持循环，至泥浆分离器基本无钻渣时停机检孔。

特别注意的是，反循环钻在进入砂层后调整泥浆比重至1.3～1.4g/cm3范围。在进入风化岩层后，由于风化岩层对泥浆护壁依赖度不高，为减少孔底沉渣和清孔时间，将泥浆比重调整至1.2～1.3g/cm3范围。

每根桩钻孔完成后进行“隔桩跳打”，避免钻机对地层扰动影响已成桩基成桩质量。

3.4 泥浆指标

钻孔灌注桩泥浆护壁成孔的关键就是泥浆在孔壁所形成的泥皮，泥皮作用原理为泥浆相对密度大于水的密度，泥浆的静水压力比水大，在静水压力的作用下泥浆在孔壁上形成，其作用在于阻隔孔内外渗流，保护孔壁，防止塌孔造成质量事故，特别是在清孔过程中深厚淤泥层能有效地防止孔壁收缩，避免形成质量缺陷。

结合本工程地质情况，泥浆选用塑性指数大于25，粒径小于0.005mm的粘粒含量大于50%的粘土制备，同时加入火碱、纤维素增加泥浆的粘度，在钻孔过程中根据钻孔情况调整泥浆比重。

根据实际施工实践，在不同地质层要实时调整泥浆比重。在淤泥层部位冲击钻钻进时，由于地层较为软弱，泥浆比重调至1.35～1.45g/cm3、泥浆粘度25～35Pa·s，保持泥浆循环通畅，使泥浆有效护壁，防止孔壁失稳造成塌孔、缩颈等情况；在进入砂层后调整泥浆比重至1.3～1.4g/cm3范围；在进入风化岩层后，由于风化岩层对泥浆护壁依赖度不高，为减少孔底沉渣和清孔时间，将泥浆比重调整至1.2～1.3g/cm3范围。

3.5 清孔指标

根据《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》TB 10752-2018中钻孔灌注桩质量验收标准，清孔后孔内泥浆比重为1.03～1.10g/cm3，但因为深厚淤泥层中地层较弱，1.03～1.10g/cm3的泥浆比重不足以保证良好的泥浆护壁效果，存在混凝土灌注过程中塌孔、缩颈等风险，故验标中参数不能绝对性的作为清孔后泥浆比重参考值。

经过现场多次试验，清孔后泥浆比重控制在1.10～1.20g/cm3较为合理。在清孔过程中，在钢护筒出浆口使用滤网捞出悬浮钻渣，并加强泥浆比重检测频率，必要时在排渣过程中缓慢加水调试泥浆比重，切不可加水过多导致泥浆比重过小影响护壁质量。清孔时排渣与泥浆调试同步进行，为加快清孔效率，需要安排责任心强的人员把握好各道工序操作时间，全程盯控。

4 施工成果

本工程开始施工时选定睦州水道特大桥5#墩作为试验桩，5#墩设计桩径1.5m，桩长40.5m，设计钻孔灌注桩10根。通过实际多次试验，施工成果如表1。

表1 钻孔灌注桩施工成果表

实际施工成果表明，睦州水道特大桥5#墩桩基施工采用“冲击钻+反循环钻”接力钻孔形式后，桩基混凝土充盈系数由1.20～1.32降低为1.06～1.10，避免不必要的混凝土超耗。此外在成孔时长上，“冲击钻+反循环钻”接力钻孔相比冲击钻钻孔节省2倍以上的时间，加快了施工进度，节约施工成本。

5 结语

综上所述，深厚淤泥层桩基施工采用“冲击钻+反循环钻”接力钻孔，一方面解决了混凝土超耗问题，节省施工成本。另一方面加快了施工进度，提高了有效工效，间接性减低了机械费、管理费成本，利于项目成本管控。同时文中确定的钢护筒、泥浆、钻孔、清孔等详细技术参数，完全可以满足深厚淤泥层中桩基施工质量要求。

文中充分阐述了深厚淤泥层桩基施工工艺，解决了深厚淤泥层桩基施工质量控制的技术难题，降低了施工成本，提高了工作效率，形成深厚淤泥层钻孔桩施工较为成熟的技术措施，防止施工过程中扩孔、缩径、塌孔等质量问题的发生，保证桩基成桩质量，对沿海区域深厚淤泥层桩基施工具有一定的推广意义。