灌注樁穿越淤泥地質拋石區域施工技術

咸建軍

（上海成棟建設工程有限公司，上海 201314）

1 工程概述

本文以珠海市橫琴新區環島北片主次干路市政道路工程AK5+780—AK6+100段綜合管溝支護工程為例，該綜合管溝原設計采用12mⅢ型拉森鋼板樁支護。由于該區域內存在大面積拋石，拋石層厚度8～13m不等，巖塊大小不一，粒徑0.2～1.5m，巖塊中有空洞，是松散稍密狀，密實度不平均，局部區域塊石分布很有連續性[1]。且周邊環境復雜，拋石區域無法翻挖換填，所以無法正常進行鋼板樁施工，故采用鋼板樁和灌注樁（拋石層部分）相結合型式進行支護施工。灌注樁樁身強度為C25，設計樁長12.0m，樁直徑為800mm，為摩擦樁。鑒于特殊地質，灌注樁成孔采用旋挖成孔與沖擊成孔相結合方式。

2 工藝流程及施工質量控制要點

2.1 工藝流程

灌注樁工藝流程如圖1所示。

圖1 灌注樁工藝流程

2.2 護筒埋設

該項目護筒選擇8mm厚鋼板建造，內徑1000mm，考慮吹填砂層影響，鋼護筒長度增加至3500mm，護筒上部開設一個溢流孔。護筒在成孔過程中起著一定的導向作用，因此護筒埋設時必須精準、穩固，護筒中心與樁位中心誤差不大于50mm，垂直度不大于1%。護筒頂面高出施工面0.3m。

2.3 樁機就位

由于上部為吹填砂層，承載力較差，為保證在施工過程中樁機平穩、牢固，對樁機機位處鋪設50cm厚塊石，并鋪設枕木。旋挖機螺旋鉆頭應對準樁位中心。

2.4 旋挖成孔

上部埋設護筒，直接用旋挖鉆機取土。在鉆進進行時候需緩放緩提鉆桿，小力加壓，低速鉆進。當挖土困難或挖土存在塊石，停止旋挖成孔改用沖擊成孔。

2.5 沖擊成孔

本工程灌注樁樁心間距1m，凈距20cm，在成孔過程中，沖擊振動對鄰近樁孔有較大影響，易造成相鄰樁孔坍塌或影響已灌注混凝土成型質量。在施工過程中，采用隔二鉆一或相鄰樁位混凝土養護期不小于7d的方式進行鉆孔。在成孔過程中針對不同的土層，采用不同的沖程。

灌注樁將穿越上部吹填砂層、中部拋石層，最終灌入淤泥層，各土層在單根灌注樁、樁與樁之間豎向分布不均。在成孔過程中，要求作業人員對土層變化做出準確判斷，通過鋼絲繩上的標記及時調整沖程。沖擊鉆開孔時，應先在護筒內加滿泥漿，地層較松散時適量加入黏土、碎石等，采用低錘密擊（沖程1m左右），反復沖擊造壁，保持孔內泥漿面穩定。在拋石層中，采用2～3m沖程進行成孔，沖程應嚴格控制，由于拋石處于淤泥中，沖程過大極易造成擴孔。

在淤泥中沖擊鉆孔時，適量投入碎石和黏土，采用1m左右短沖程進行鉆進，邊沖擊邊投入，使碎石、黏土擠入孔壁、增加孔壁的穩定性。同時，在成孔過程中，針對不同地質條件注入不同泥漿比重的泥漿，并隨時對泥漿比重進行檢測。若泥漿比重較低，應及時在孔內和泥漿池內添加黏土；若泥漿比重較大，在泥漿池中加水稀釋并攪拌均勻。當開始成孔施工后，必須保證連續作業，避免出現中斷，沖孔記錄必須第一時間補充完整，如土層發生變化，應該撈取渣樣，分析清楚該土層類別，方便和現場地質剖面圖進行比較。撈渣之后或其他理由停鉆后重新鉆進時，短沖程應慢慢增大到平常沖程。

2.6 清孔

當沖孔達到圖紙規定深度，經終孔驗收合格后，必須馬上實施清孔。灌注樁清孔隔開兩次清孔。清孔時，孔內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。本工程主要采用泥漿循環的方式進行清孔。沖錘提出鉆孔后，第一時間把粘在護筒壁的泥漿沖洗干凈，然后在孔底100～200mm位置，灌入泥漿比例1.1左右的新泥漿進行循環，通過循環將孔內懸浮較多的鉆渣泥漿替換掉，同時把孔底鉆渣和泥砂等沉淀物清理干凈[2]。當孔底鉆渣較大，難以通過泥漿循環排出，或經過長時間清孔孔底沉渣仍不滿足要求時，可采用掏渣筒進行掏渣。當孔底沉渣厚度不大于150mm且泥漿比重1.15～1.2即可認為第一次清孔完成。清孔完成后應立即放置鋼筋籠，當鋼筋籠放置完畢后，即可安裝導管。利用導管進行第二次清孔再檢查一次，沉渣厚度及泥漿比重滿足規范要求后，即可澆灌混凝土。

2.7 鋼筋籠制作與安裝

鋼筋籠原材進場后應及時見證取樣送檢，檢測合格后方可使用。鋼筋籠加工必須滿足設計和規范標準。在制作、運輸和吊裝過程中為防止變形，應采取適當的加固措施。

吊放鋼筋籠時應垂直對準孔位，緩慢下放。在下放過程中不得碰撞孔壁，就位后應對鋼筋籠采取措施進行固定，避免在澆筑混凝土的過程中鋼筋籠上浮。同時，如在下放過程中遇到阻礙，應立即查明原因。

2.8 水下混凝土灌注

（1）樁孔驗收合格，吊裝鋼筋籠完畢后，安裝導管。本工程導管直徑250mm，節長2m。導管內壁應光滑圓順，接頭采用法蘭盤連接。導管接頭應連接緊密，不得漏水。使用的隔水球需具備較好的隔水性能，使用前做通球試驗以保證澆筑混凝土順利排出。當使用自制的隔水塞時，隔水塞混凝土強度等級不宜小于C30，頂部設置橡膠墊圈，墊圈略大于導管內徑。

（2）采用商品混凝土澆筑樁身，混凝土需有良好的和易性，塌落度控制在160～220。混凝土到達現場后必須針對混凝土塌落度安排檢測，對不滿足塌落度要求的，禁止使用。

（3）當進行灌注混凝土時，導管底部到孔底間隔300～500mm。混凝土初灌量應保證導管首次埋入混凝土灌注面以下不允低于1.0m，當初灌量滿足要求后，方能剪斷隔水球（隔水塞）固定鋼絲。灌注混凝土時，必須連續施工，同時應嚴格控制導管提升速度，嚴禁將導管提出混凝土面，保證導管埋入混凝土得深度2～6m。由于樁頂混凝土在灌注過程中為與泥漿接觸面，不可避免地與泥漿混合，強度達不到設計要求，因此為保證樁頂混凝土質量，混凝土完成高度應大于設計標高0.5m。初灌量計算公式如下。

式中:ν——混凝土初灌量；h1——導管內混凝土柱與導管外泥漿柱平衡所需高度，h1=（h-h2）rw/rc；h——樁孔深度；h2——初灌混凝土下灌后導管外混凝土面高度；d——導管內徑；D——樁孔直徑；k——充盈系數；rw——泥漿密度；rc——混凝土密度。

3 沖孔灌注樁常見問題分析

3.1 斜孔

成孔部位正處于拋石區域，孔徑一部分為拋石一部分為淤泥，沖錘接觸面軟硬程度不一致，造成成孔向淤泥部位傾斜從而產生斜孔。發現斜孔后應停鉆拋填黏土塊或塊石到斜孔以上0.5～1.0m，重新鉆進，不得用沖錘修孔。

3.2 塌孔

產生塌孔的原因：泥漿密度過低，護壁效果差；在淤泥層中，沖程過大，沖進速度過快，而泥漿護壁形成較慢；孔周邊有較大的振動；放置時間過長未及時進行灌注混凝土。

發生塌孔后，需重新填入夾片石的黏土塊，來回沖擊造壁，孔壁穩定后加大泥漿比重。

3.3 卡鉆

可能產生原因：鉆孔部位正處于拋石區域，且拋石僅一小部分分散在孔壁處；未對沖錘及時進行補焊，成孔孔徑較小。

發生卡鉆時應交替緊繩、松繩，將沖錘慢慢吊起，不得硬提猛拉，必要時，可使用打撈套、打撈鉤等輔助工具助提。同時檢查沖錘，對產生磨損的沖錘進行補焊。

3.4 掉鉆

由于未對使用時間較長的鋼絲繩進行檢查更換，鋼絲繩有斷絲現象，在鉆進過程中達到鋼絲繩受力極限產生斷裂；鋼絲繩與沖錘連接卡扣出現松動或破壞。

通過提前在沖錘上預設的打撈環、打撈桿或打撈套等立即進行打撈。未避免掉鉆情況的出現，施工過程中應增加對鋼絲繩及連接扣件的檢查頻率，做到提前發現提前處理。

3.5 混凝土在導管內出不去

可能產生原因：混凝土和易性過差，塌落度過低；導管產生變形或導管底部離孔樁底部距離過小，致使隔水球（隔水塞）不能通過導管；灌注時間過長，表層混凝土已初凝。

為避免該情況的出現，應嚴格控制混凝土生產質量，對到場混凝土塌落度進行檢查。同時，對導管及時進行檢查修復，不能滿足要求的導管進行更換。出現該種情況時，可上下輕微提動導管，提動幅度應保證導管不離開混凝土面，使導管疏通，如果沒有效果，取出導管展開清洗，再一次插入混凝土內足夠深度，使用空氣吸泥機將導管內泥漿、浮漿、雜物等吸除干凈，以便灌注工作繼續進行[3]。

3.6 斷樁

可能產生原因：過高提升導管，將會影響導管底部與混凝土面分離；灌注作業因混凝土供應中斷或停電、機械故障等外部原因中斷，且中斷時間較長；導管漏水嚴重。

當判斷斷樁情況已經出現時，應立即停止后續作業，拔出導管，待混凝土初凝后，重新進行鉆孔。

3.7 夾層

可能產生原因：提升導管較高，使導管埋入混凝土深度不夠，混入浮漿；孔壁垮落物夾入混凝土內；導管發生輕微漏水現象，導致一部分混凝土會稀釋。

4 施工質量效果分析

4.1 充盈系數分析

本工程試樁時，充盈系數達到1.6，經分析造成充盈系數過大主要原因：在接近設計樁長時未及時對樁長進行監測，造成成孔深度大于設計要求值；未控制好最后一次混凝土灌入量，造成浪費；在地質變化發生變化時未及時調整沖程。

針對以上原因項目部加強了現場管控，沖擊開孔時，在護筒內加滿泥漿，地層較松散時宜適量加入黏土、碎石等，沖程控制在1m左右。進入拋石層后，根據拋石強度控制沖程，一般控制在2～3m。當進入淤泥層后，應嚴格控制沖程，適量投入碎石和黏土，邊沖擊邊投入，使碎石、黏土擠入孔壁、增加孔壁的穩定性。通過預先在鋼絲繩上設置的刻度實施監測進尺長度，從而控制樁長。同時，在成孔過程中，針對不同地質條件注入不同泥漿比重的泥漿，并隨時對泥漿比重進行檢測。如泥漿比重較低，應及時在孔內和泥漿池內添加黏土。如泥漿比重較大，在泥漿池中加水稀釋并攪拌均勻。在后期的施工中充盈系數得到了有效的控制，整體充盈系數平均值約1.3，如表1所示。

表1 拋石層沖擊成孔操作要點

4.2 小應變檢測

本工程灌注樁為臨時支護結構，根據設計要求僅對樁身完整性進行檢測。混凝土強度等級不應低于設計強度等級70%后，委托珠海市建筑工程質量檢測站采用美國樁基動力公司制造的PIT樁身完整性檢測儀進行了低應變檢測。灌注樁共計272根，檢測55根。均為Ⅰ類樁，說明在本工程沖孔灌注樁施工過程中，對施工質量進行了有效的控制，符合設計及驗收規范。

5 結語

沖孔灌注樁施工工藝在拋石區域施工中應引起足夠重視的質量控制要點和預控措施，要求在施工中精心地操作并嚴格控制施工質量，預控質量問題的發生。只有詳細了解在施工過程中可能發生的質量問題，制定有針對性的防控措施，拋石區域內灌注樁的施工質量才能得到保證。