填海區不良地質條件下的長護筒旋挖樁施工技術

余鵬程

中鐵四局集團有限公司 安徽 合肥 230022

填海區常存在深厚軟弱淤泥層、砂土層等，如何在這種不良地質條件下完成地下工程作業，是施工時需要解決的一個重、難點。遇到混凝土灌注樁施工時，可從施工質量、進度、成本、安全、文明環保以及現場管理等多角度出發，綜合考慮選擇合適的成孔方案[1-3]。其中，旋挖成孔在泥漿護壁的作用下，憑借其速度快、質量高等優勢，應用較為廣泛。

當遇到地層中存在超厚砂土層或軟弱土層時，旋挖成孔時僅靠靜態泥漿護壁，很可能會發生大范圍坍孔或頸縮事故。在采用常規旋挖成孔方案很難保證順利成孔的情況下，可埋設預制鋼質長護筒，穿越不穩定砂土層或軟弱土層，替代泥漿護壁配合旋挖完成成孔作業。

單一工序替換，會要求整個系統操作或參數做出相應的調整。因此，有必要對工藝變更后系統內關鍵點做出詳細的補充說明或論述，但目前關于長護筒配合旋挖成孔方面的文獻并不多見，其中為數不多的幾篇代表文獻[4-6]多側重原理論證或操作流程概要說明。本文在說明工法原理及工藝流程的基礎上，有針對性地論述了關鍵工序操作及工法優、缺點，并通過工程實例進行了驗證。

1 工藝原理及流程

根據土層分布情況，設計出長度適宜的鋼質護筒，然后利用液壓振動錘打入，穿越不穩定土層。在入土鋼護筒的垂直度滿足要求后，測出護筒標高。可以通過常規工藝完成成孔，在混凝土澆筑完畢后通過振動錘拔出長護筒。護筒拔出一定高度，混凝土頂面標高下降后（拔出時形成空隙引起），補灌混凝土。

工藝流程為：場地平整→測量放線→埋設長護筒→鉆孔就位→取土成孔→檢查孔底→清除虛土→吊放鋼筋籠→安設導管→澆筑樁身水下混凝土→拔出護筒→混凝土養護。

2 關鍵工序要點

2.1 埋設長護筒

鋼護筒長度要根據工程地質條件確定，保證底部能夠穿越不利土層，頂面宜高出施工平臺約30 cm。護筒過長會導致垂直度不易控制，且護筒內外表面摩擦阻力隨深度的增加而增大，使護筒埋設難度增大，護筒長度一般不宜超過30 m。長護筒由工廠定制生產，外徑比樁徑大100～300 mm。在液壓振動錘液壓夾的強力作用下以及護筒振動埋設過程中，為保證護筒上下口不產生變形，須在護筒上下口采取包邊加強措施。

埋設護筒前先開挖淺坑，深度為1.0～1.5 m。同時，在樁位外圈設置4個控制點，控制點連線構成正方形，對角線交點通過同一平面內樁位中心點。護筒豎立后，利用水平尺或錘球校正，具體操作方法與護筒下沉過程中的垂直度控制方法相同；同時，量測外表面與控制點距離，反復調整直至護筒中心與樁位中心一致。

振動錘盡量選擇高頻液壓振動錘，開始下沉階段（1～3 m）盡量采用低頻，后針對不同地層采用不同頻率。沉放過程中，在鋼護筒正、側兩面，以線錘校核垂直度，或使用2臺經緯儀在平面90°夾角方向觀測。護筒頂面中心與設計樁位偏差不得大于5 cm，傾斜度不得大于1%。

2.2 水下混凝土澆筑

導管（內徑250 mm，壁厚3 mm）兩端帶有螺紋絲扣快速接頭，連接時應設有密封膠圈止水。每節標準長度為2.0 m，0.5、1.0、1.5 m備用短管各2節，用來調整不同樁長情況下的導管總長度?？稍诳卓谔帉刀螌Ч苓B成整體，再采用吊車插入，下端距孔底0.3～0.5 m。

整根導管上口應連接有容量為1.2 m3左右的儲料漏斗，在漏斗出口與豎管連接處，懸吊隔水塞，初始首罐澆筑時必須將漏斗裝滿。剪斷吊塞鉛絲，使漏斗中的流態混凝土推壓隔水塞迅猛墜落，完成導管澆筑水下混凝土的第一道工序。

漏斗中的流態混凝土落入孔底后，形成高約1.2 m的混凝土柱體并將導管下口封住，使導管之內為無水狀態；流態混凝土通過漏斗相繼倒入管中，因重力作用從導管下口溢出，混凝土上表面隨著管中混凝土澆筑而被動抬高，最終形成樁身。在整個澆筑過程中，導管下口必須埋入混凝土中，深度不小于2 m，嚴禁拔空，避免因導管灌進泥水而造成斷樁事故。

起拔護筒1.5～2.0 m后補澆一定量的混凝土，灌注完畢后，混凝土頂面應高出樁頂設計標高0.8～1.0 m。整個混凝土澆筑流程為：首灌、常規澆筑、補灌。水下澆灌混凝土時會損失一定比例的強度，常規C35及以下混凝土澆灌時按規范提高1個等級即可，高于C35以上時應提高2個等級配制。

2.3 護筒起拔

混凝土澆筑完成（已預留補灌量）后，先在原地將鋼護筒振松，后利用履帶吊與振動錘緩慢提拔鋼護筒。鋼護筒提拔速度不宜過快，以讓樁身混凝土緩慢填充護筒拔除后形成的空隙，拔出過程中同樣須控制垂直度，方法與護筒下沉時一致。長護筒拔出時間不宜過早，否則極易造成坍孔或頸縮；拔出時間過晚則易影響樁身混凝土成形效果，造成樁身出現有害裂縫或斷樁。根據現場經驗，一般在澆筑混凝土完畢后10～25 min開拔。

履帶吊（不可以使用汽車吊）選擇時須兼顧三方面：安裝或拔出鋼護筒、下放鋼筋籠、澆筑混凝土。鋼護筒質量明顯高于鋼筋籠、漏斗（含漏斗內流動混凝土），故履帶吊噸位可按護筒質量控制下限值選擇，在實際工程中一般選取100 t即可。

3 工法優缺點

1）成樁質量：長護筒區域段不會發生孔壁坍落或頸縮現象；采用長護筒可以避免泥漿對混凝土工程性質的影響，有利于提高混凝土對鋼筋的握裹力，避免泥漿孔壁“潤滑劑”的負面作用；長護筒方案成樁質量可靠，據有關文獻[7]，Ⅰ類樁比例高達95%。

2）施工成本：長護筒成孔無須泥漿或泥漿制備量小，可減少泥漿相關費用；由于在長護筒區域段無坍孔或頸縮現象，同時未混入泥漿，故成孔取土量較少，節約了土方外運成本；樁體充盈系數減小，節約了混凝土用量；鋼質長護筒預先由工廠定制而成，同一工程中配合旋挖鉆機可循環使用，一般配備2～5個（其中一個備用）即可；工程完工后可回收，改造加工后可在新工程中繼續使用。

3）文明施工：長護筒區域段無泥漿護壁，無需泥漿或需求量少，減小了因泥漿帶來的污染影響；此區域段的土體因無泥漿的混入，土體含水率低，故挖出后無需晾曬，或短時晾曬后即可滿足外運要求。

4）適用范圍：利用長護筒穿越過厚的砂土層或淤泥層，解決了常規泥漿護壁的成孔難題，拓展了旋挖成孔灌注樁的適用范圍；但軟弱土層區域過長時，長護筒或因其垂直度控制難度大而難以實現。

4 應用實例

4.1 深圳蛇口碼頭樁基礎工程

該工程位于深圳市南山區蛇口太子灣碼頭填海區，地處海邊，環保施工要求高。本次施工內容為灌注樁基，共計618根，其中抗拔樁401根（包括3根抗拔試驗樁），抗壓樁217根，樁徑均為1 300 mm。樁在地面上進行施工，樁深35～66 m（包括約6 m空樁）。約200根樁采用旋挖成孔，但根據地質報告，此區域上部12 m范圍內存在軟弱雜填土，直接成孔效果或不理想，最終經多方確認，采取13 m長護筒一次性穿越此區域土層，配合旋挖順利成孔。

4.2 港珠澳大橋珠海口岸基礎工程

港珠澳大橋珠海口岸輕軌預留區圍護采用鉆孔灌注樁，樁徑800 mm，成孔深度19.2 m，共930根。其中WZ1型樁442根，實樁14.2 m，空樁5 m；WZ2型樁488根，實樁13.75 m，空樁5.75 m。因圍護樁成孔主要位于人工填砂層和淤泥層中，常規的泥漿護壁成孔難以實現，故旋挖成孔可采用20 m長護筒配合完成，護筒埋設可采用100 t吊車。最終圍護樁順利完工，樁身質量滿足設計要求。

5 結語

通過實例驗證，采取埋設長護筒穿越不穩定土層，以替代常規泥漿護壁的方案可行，并得到如下主要結論：

1）鋼護筒長度要工程地質條件確定，底部穿越不利土層，但護筒不宜過長（不宜超過30 m）。長護筒由工廠定制，外徑超樁徑100～300 mm，上下口須包邊加強。外圈設置4個控制點用于護筒定位，利用經緯儀或錘球90°夾角方向校正垂直度。

3）鋼護筒起拔前先在原地振松，開拔時間控制在澆筑混凝土完畢后10～25 min。鋼護筒提拔速度不宜過快，拔出過程中同樣須控制垂直度。

4）長護筒方案避免或減小了泥漿處理對工程的影響，提高了成樁質量，減小了因泥漿帶來的污染。因無需泥漿或僅需少量泥漿及鋼護筒可循環使用，故長護筒方案的施工成本較小。長護筒埋設拓展了旋挖成孔灌注樁的適用范圍。

長護筒方案適用于填海區超厚淤泥或砂土層灌注樁施工，成樁質量、文明施工、施工成本等均可控，具有一定的推廣和應用價值。但護筒定位與垂直度控制方案的智能優化，鋼護筒過長時的垂直度控制以及護筒埋設過程中遇到障礙物時的處理[8]，是應用長護筒方案時須進一步解決的難題。