拋石區沖孔灌注樁成孔施工工藝

董 磊

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

隨著社會發展，越來越多的改建、擴建工程結構樁基礎需在已建碼頭護岸或防波堤等拋石區進行施工，但可能因周邊已建工程重要性等級較高，樁基工程施工時不能采用挖除拋石、破壞堤岸結構等措施形成較好的施工條件，給樁基施工帶來了很大難度。文章結合施工實踐，總結了一些在拋石區進行沖孔灌注樁施工的施工工藝及技術措施。

1 工程概況

寧德核電廠內應急道路跨海橋梁起于廠區一期工程護岸，終點位于規劃二期工程，是一條廠內的應急道路。橋梁全長788m，橋面總寬17.5m。上部采用30m預應力砼（后張）T梁，先簡支后連續；下部結構為柱式橋墩與樁基礎。因已建發電廠房等設施已投入使用，臨時鋼棧橋施工后需立即恢復護岸結構，樁基施工時不得長時間敞開堤岸結構。橋梁2#、3#、4#墩位于一期工程護岸拋石護岸區，拋石厚度在4～22m不等，橋墩單個承臺設置3根直徑1.8m的灌注樁，平均樁長為80m。

2 水文地質情況

（1）潮汐。該工程所處地區潮汐屬于正規半日潮類型，最高潮位為3.97m，最低潮位為-3.75m，平均潮位為0.285m，平均高潮位為2.35m，平均低潮位為-1.83m，平均潮差為4.20m，最大潮差為6.84m，最小潮差為1.30m，平均漲潮歷時367min，平均落潮歷時376min。較大潮差及潮位快速變化對于沖孔灌注樁鋼護筒內外隔水造成很大困難，這是造成樁基施工困難的主要原因。

（2）地質條件。橋梁范圍覆蓋層主要由人工填石、淤泥、淤泥質土、碎石、粉質黏土、全風化巖、中風化巖及微風化巖等構成，覆蓋層厚度幾十厘米到幾十米不等，基巖由上至下依次為全風化、中風化、微風化的灰巖、紋巖、花崗巖。不同墩位處的情況差異較大，其中2#～4#墩人工填石層最大厚度約22m，因護岸結構基礎采用爆破擠淤方式形成，因此塊石粒徑分布非常不均勻，給樁基施工帶來更大的難度。

（3）氣象條件。該工程所處區域屬中亞熱帶季風潤濕氣候，季風特征十分明顯，境內地形復雜，海岸線長，影響天氣種類多，氣象災害頻發。最主要影響為每年5—10月的臺風影響。

3 施工工藝

3.1 總體思路

拋石區樁基施工時，常規旋挖鉆設備、回旋鉆設備均無法施工，而采用滾刀回旋鉆、全套管沖抓鉆進等工藝也無法有效解決護筒內泥漿漏失及不規則塊石清除等問題。結合以往工程試驗，考慮沖擊鉆機能適應各種復雜地質情況，選用沖擊鉆+鋼護筒跟進工藝成孔，待鋼護筒跟進能保持孔內泥漿不滲漏后即可按常規工藝進行成孔成樁施工。

3.2 施工工藝流程

沖擊鉆+鋼護筒跟進成孔工藝流程如圖1所示。在穿透拋石層或鋼護筒內泥漿不再流失時可按常規工藝正常沖進。

圖1 施工工藝流程圖

3.3 施工平臺

樁基施工平臺應根據現場情況選擇采用筑島、鋼平臺等形式。當采用筑島施工時，筑島材料應選用二片石混合碎石，筑島后地面應高于高潮位1m左右。該工程2#墩位于堤頂，因需保持堤岸結構完整性，拆除胸墻和護岸扭王字塊后利用二片石推填形成施工平臺，在新的施工平臺外圍安裝大塊石、扭王字塊等形成新的護岸結構，保證堤岸安全。3#、4#墩位于堤底，利用二片石人工整平，低潮位時施工鋼筋混凝土擴大基礎后焊接鋼平臺作為沖擊鉆施工平臺。鋼平臺應由專業單位設計，確保能夠承受沖擊鉆機施工、垂直作業起重設備、混凝土澆筑設備等施工荷載。混凝土擴大基礎施工時應預留鋼護筒安裝位置，同時應在擴大基礎位置設置限位，以保證鋼護筒安裝和跟進時限制其平面位置。

3.4 鋼護筒安裝

為保證最終樁基成孔質量和鉆進過程護壁效果，選用直徑為2.4m、壁厚為16mm的鋼護筒。鋼護筒單節長度一般為1.5m，首節鋼護筒可根據實際情況調整。該工程2#墩首節鋼護筒長度為2.0m，在筑島后反挖埋設，埋設深度為1.5m，頂部高出地面50cm；埋設時應根據測量點位拉十字線復核，周邊回填碎石，不應回填塊石。3#墩、4#墩首節鋼護筒長度為10.0m，在鋼平臺搭設完畢后安裝，首節鋼護筒頂部比鋼平臺高出1.0m，底部放置于堤底拋石層頂。為防止沖進過程中反復錘擊跟進鋼護筒導致其變形，鋼護筒底角30cm長度范圍壁厚加厚至25mm。

3.5 泥漿配置

在成孔的初始階段，因受潮汐和水位影響，孔內泥漿基本無法保持，其隨著護筒外水位變化而流失。此階段不需配置專用泥漿，可儲存大量黃土或含砂率小的黏性土，在沖擊過程中添加黃土后利用錘擊擠壓攜渣；在鋼護筒跟進過程中，如護筒內泥漿流失率開始減小，可向孔內添加一定的膠凝劑、水泥、鋸木屑、草纖維等。根據一般施工經驗，水泥按50kg/m3規格添加，膠凝劑按5kg/m3規格添加，鋸木屑、草纖維等適量，利用增加的懸浮物可有效堵塞孔壁周邊細小空隙。

3.6 沖擊鉆機沖進及鋼護筒跟進

沖擊鉆機采用JK-8/10，錘頭重約8.5t。采用全站儀定位，在鋼護筒四周設置4個測量保護樁，拉十字線定位樁中心。安裝時采用履帶吊將鉆機吊至樁位就位，調平后固定鉆機底座，鋼絲繩中心、護筒頂面中心在一條垂直線上，鉆頭中心與護筒頂面中心偏差≤5cm。

為加快施工進度及保護護岸結構不被破壞，2#墩首節鋼護筒安裝后，潮位以上部分采用人工掏渣，挖掘使用鐵鍬羊鎬等從中間到四周掘進，遇到大石塊時，使用風鎬破除；根據土質情況，人工一次掘進深度控制在100～300cm，掘進完成后撤離人員跟進鋼護筒，鋼護筒跟進形成新的支撐后再繼續掘進。人工掘進時，直徑比設計樁徑大5～10cm，挖掘過程中需及時利用垂線檢測樁孔的中心位置。當鋼護筒跟進至潮位以下時，換用沖擊鉆沖進。

當沖擊鉆就位后，向孔內添加黃土后即可開始沖進。初始沖進時泥漿基本不循環，孔內泥漿流失后及時向孔內補充黏性土。每沖進0.25m時鋼護筒跟進一次，鋼護筒跟進1.5m后安裝下一節鋼護筒；鋼護筒節與節之間焊接牢固，鋼護筒跟進時可利用沖擊錘小沖程在頂部利用傳力板錘擊下沉。沖擊鉆頭直徑比鋼護筒內壁小5cm，鋼護筒埋深≤3m時沖擊錘沖程一般為1m左右；鋼護筒埋深＞3m時可調整沖擊錘沖程為1.5m。

3.7 鋼護筒跟進深度

鋼護筒跟進時，應及時觀察孔內泥漿滲漏情況。如泥漿滲漏速率減小，基本不滲漏或補漿速率大于滲漏速率時，應及時啟用泥漿泵，及時形成泥漿循環，加快攜渣速度。待鋼護筒長度穿透拋石層或雖未穿透拋石層但泥漿不再滲漏時，鋼護筒需再跟進3m左右，以減少成孔清孔時塌孔風險。

該項目2#墩3根樁鋼護筒平均跟進長度為18m，未穿透拋石層；3#墩鋼護筒平均跟進長度為16m，穿透拋石層2m左右；4#墩鋼護筒跟進長度為15m，穿透拋石層6m左右。2#墩鋼護筒雖未完全穿透拋石層，但因泥漿不再滲漏，可按常規正循環工藝繼續成孔。

3.8 成孔

鋼護筒跟進結束后，更換1.8m直徑沖擊錘繼續按常規工藝沖擊成孔。正常沖進時，新制泥漿指標應符合以下要求：比重在1.2～1.4；黏度在22～30s；含砂率≤4%；膠體率≥95%；pH值在8～10。

沖孔過程中需要不斷進行清渣，可將樁孔內含有石渣的泥漿經過泥漿凈化器分離出石渣與泥漿，分離出的泥漿進入泥漿池沉淀，經檢測可用的泥漿重新送回樁孔內，不斷進行循環出渣。鉆進過程中，要根據不同的土層制備不同比重的泥漿（黏土、粉土1.3；卵石層1.4；巖石1.2），使泥漿既起到護壁及清渣的作用，又不至于太濃而影響鉆進速度。為保護環境，嚴禁把泥漿及廢渣直接排入海水，應由泥漿船運往指定的位置排放。

3.9 沖擊鉆+鋼護筒跟進施工要點

（1）沖擊鉆初始沖擊時，因孔內外完全連通，泥漿無法循環，需及時補充黏性土以利于錘頭將小范圍泥漿擠壓攜渣。（2）沖擊鉆沖進如遇潮位較大變化時，可在退潮時補充黏性土，低潮位時快速沖進。（3）鋼護筒埋深＞3m后，為減少泥漿滲漏速率，可在孔內加黏性土時添加稻草、秸稈、鋸木屑等；鋼護筒跟進最后3m時，可向孔內按每立方泥漿添加50kg水泥，提高護壁效果。（4）鋼護筒跟進結束后，可利用旋流除砂器對孔內泥漿除砂，泥漿比重應隨著繼續沖進緩慢降低至1.3左右，不得突然降低。（5）如設計樁基有永久鋼護筒，應在孔內完全穿透拋石層后埋設；外鋼護筒應根據工藝要求加大直徑，確保永久鋼護筒垂直度滿足設計及規范要求。（6）鋼護筒跟進時應每2h測量其偏位情況，如發現有偏位或傾斜時，及時糾偏。如利用反向錘擊無法糾偏，應考慮孔內回填黏土后提出鋼護筒重新沖進。（7）清孔時優先采用氣舉反循環工藝以減少清孔時間，清孔時應首先清砂，含砂率降低后再降低泥漿比重。（8）鋼護筒跟進時，其外圍可能發生小范圍塌陷，應及時反壓碎石，以保證鋼護筒不偏位傾斜。（9）鋼護筒跟進快要完成時尤其需注意落錘沖程，以免發生鋼護筒底部卡鉆。在穿透拋石層埋設好鋼護筒后，可換用其他如滾刀回旋鉆、旋挖鉆等設備加快樁基成孔施工進度。

4 結束語

雖然樁基施工設備類型越來越多、工藝越來越先進，但在海岸拋石區，采用沖擊鉆+鋼護筒跟進的工藝，能有效解決受潮汐影響的拋石層灌注樁成孔問題，在類似工程中應優先選用；另外，在拋石區施工打入樁困難時，也可采用此工藝先行成孔后再施工打入樁。