流塑狀淤泥地質采用大直徑雙護筒汽車反循環灌注樁施工技術

王燦燦，黃士城，楊 超

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

沿海地區及河流、湖泊地區樁基礎施工時，受地質條件影響常會遇到呈流塑狀淤泥高壓縮性飽和水的淤泥砂質土層。軟土多為淤泥、淤泥質黏土、淤泥質亞黏土及淤泥混砂層，而含水量與厚度較大、壓縮性強且承載力低是其主要特點。施工期間對施工場地地基處理要求較高，因為淤泥混砂層較厚灌注樁造孔期間護壁較差，容易產生踏孔風險。

大型旋挖設備自重較重，為保證施工安全，導致河灘及沿海地質不良地區的施工場地地基處理費用較高，其應用大型旋挖設備的成本較高，導致整體經濟效益較低。沖擊鉆造孔效率較低，沿海地區河流受到潮汐影響，無法得到有效安全作業時間，還需要搭建施工平臺如施工鋼棧橋，導致整體施工成本較高。

汽車反循環鉆機自重較輕，對施工場地地基承載力要求較小，汽車反循環設備可以自行行走，受潮汐等自然環境的影響小，為防止鉆孔經過軟弱流塑狀土層時，造成坍孔、縮頸、樁基移位等病害，采用大直徑護筒代替鋼板樁的方法填筑施工平臺，長護筒精準定位、防止踏孔的雙護筒施工方法保證工程質量。大直徑護筒及長護筒為可周轉重復利用的材料，有效降低了該類工程的建設成本。

文章就廣西玉林（省界）至廣東湛江高速公路海田互通樞紐工程，塑狀淤泥高壓縮性飽和水淤泥混砂層地質，采用汽車反循環大直徑雙護筒灌注樁施工工藝的探索與實施展開闡述。

1 工程概況

海田互通樞紐工程位于湛江市黃略鎮文車大村境內，上跨華豐河入海口，互通起設里程K73+080～K74+4000間。設置有A、B、C、D、L、G共4個匝道及連接線，南北接海田路和玉湛高速海田支線（收費站以南路段）、東西連國道G228線（原國道325 線）和調順大橋，是保障高速公路與多條地方干線（快速）路間交通流快速轉換的重要節點工程。

海田互通主線橋及匝道橋區域受華豐河及潮汐影響，為沿海灘涂地，河流及水塘較多。地質情況主要為上部揭露層厚4.0 m左右，為塑狀淤泥高壓縮性飽和水淤泥混砂層地質、黑褐色、軟塑，4.0~6.5 m為灰褐色、飽和水、松散砂礫，6.5~8.5 m左右覆蓋2.0 m米粉質黏土，8.5~28 m左右為全風化砂礫巖，28 m以下覆蓋強風化砂礫巖；

施工難點：施工區域的水資源豐富，河流、水庫多，雨量豐沛。樁基地質有淤泥及沙質黏土，樁位位于河流水塘中，經擾動容易出現流沙，極易塌孔，具有極大的施工風險。

圖1 平面效果圖

2 樁基施工難點分析

（1）海田互通樞紐工程橋梁地質主要為：上部揭露層厚4.0 m左右淤泥及粉質黏土、黑褐色、軟塑，4.0~6.5 m為灰褐色、飽和、松散砂礫，6.5~8.5 m左右覆蓋2.0 m米粉質粘土，8.5~28 m左右為全風化砂礫巖，28 m以下覆蓋強風化砂礫巖；

施工難點：樁基地質有淤泥及沙質黏土，樁位位于河流水塘中，經擾動容易出現流沙，極易坍孔、縮頸、樁基移位偏孔，具有極大的施工風險。

（2）海田互通樞紐工程位于華豐河到湛江海灣入海口，河流及水塘密布。湛江地區臺風及強降雨天氣較多，降水量較大。淤泥較深。

施工難點：施工區域的水資源豐富，雨量豐沛，河流受潮汐影響較大。沿海灘涂地，河流及水塘較多。地基承載力較差易坍塌，無法承受大型設備作業，整體施工難度大，施工成本高。

3 方案比選

3.1 旋挖鉆施工

工作原理：通用短螺旋鉆頭或旋挖斗，以強力扭矩旋動砂礫泥土后提出，通過快速反復的對土地旋挖帶出工作，實現設計深度的挖掘目標。

優點：旋挖鉆具有可靠履帶自由行走的優勢，施工速度快。且旋挖鉆機施工效率高，無需將巖土攪碎靠泥漿返出孔外，帶有活門筒式鉆頭能夠在回轉破碎巖土時將其裝帶至地面，施工效率在適合的地層同比鉆、沖孔樁機可提高5~6 倍。

缺點：對于作業環境和地面承載力有一定要求，需平整堅實且作業中不會下陷的地面，工作坡度不得大于2°、護壁差。

綜合分析：因本工程位于河流及湖泊中，地基承載力較差，靠近沿海地區，受潮汐影響較大。為保證旋挖鉆施工期間設備安全性，需進行施工場地基礎換填處理、費用較高。成孔較快，但護壁達不到要求，該地質情況使用旋挖鉆極易塌孔，影響樁基成孔及灌注質量。

3.2 沖擊鉆造孔

作業原理：由以有重量的沖擊鉆頭作為沖擊工具，通過鉆機或卷揚機提升沖擊鉆頭到一定高度，后釋放沖擊鉆頭以其重量為基礎發揮重力勢能，對土層造成較大沖擊力量從而沖擊土層或破碎巖層形成樁孔，沖擊后形成的鉆渣巖屑則以泥漿循環法進行排出。

優點：沖擊法應用于有裂隙的堅硬巖石的破碎作業時，作業效果好且整體的消耗功率小；同時，應用沖擊法進行作業后形成的孔壁較為堅固且穩定，孔壁護壁效果好，成孔質量好。

缺點：鉆進效率較低；隨著樁孔加深，容易出現孔斜、卡鉆、掉鉆頭等事故。孔底清渣和掏渣作業耗時較長，并受潮汐影響，施工場地易被淹沒，沖擊鉆轉場效率較慢，有安全風險。

綜合分析：因該工程工期緊、施工難度大，而受沖擊鉆作業特點限制難以滿足工期要求。且安全可行性無法得到有效保障。

3.3 汽車反循環

作業原理：在注滿沖洗液的鉆孔內置入鉆桿，旋轉盤的轉動來帶動傳動桿和鉆頭，通過旋轉的鉆頭來切削巖土，再由鉆桿下端的噴射嘴噴出壓縮空氣，在鉆桿內將土、砂等被切削物混合，形成泥砂水氣混合物。受鉆桿內外壓力差和壓氣動量的聯合作用，實現上升沖洗液與泥砂水氣混合物，再通過壓送軟管進行排出，地面設置有泥漿池或儲水槽作為混合物的排放存儲地，通過沉淀再將沖洗液流入孔內。

優點：效率高、對場地地基承載力要求小于旋挖鉆、施工成本較低，轉場效率高。

缺點：造孔護壁優于旋挖鉆，但低于沖擊鉆成孔護壁。回填的堅硬孤石無法有效作業。

綜合分析：因本工程在河低水位區域，需進行基礎填筑，導致填筑期間孤石在樁位附近，導致無法安裝護筒，反循環設備因無法鉆取堅硬孤石導致無法有效作業。

3.4 雙護筒+汽車反循環組合

項目工程位于沿海河流灘涂淺水位區域需進行片石換填，以滿足施工場地及進場便道的通行。

地質主要為上部揭露層厚4.0 m左右淤泥及粉質粘土、黑褐色、軟塑，4.0~6.5 m為灰褐色、飽和、松散砂礫，6.5~8.5 m左右覆蓋2.0 m粉質黏土，8.5~28 m左右為全風化砂礫巖。

施工場地填筑片石作為施工平臺期間，在靠近樁中心4 m左右位置，利用振動錘有效作業半徑安裝4 m長，大于樁徑2 m的大直徑鋼護筒，形成鋼圍堰，以防止填筑的片石滾落進入樁位區域，待4 m大直徑護筒安裝完畢后填筑片石至護筒周邊，利用挖機掏出大直徑護筒內的散落片石，然后測量人員精準定位樁基中心，為防止淤泥及砂層塌孔影響樁基成孔質量，采用9 m長，大于樁徑15 cm左右的鋼護筒進行樁基造孔的護壁。利用振動錘安裝9 m長度的長護筒。測量復合后采用汽車反循環設備進行鉆孔作業。

綜合分析：雙護筒+汽車反循環組合方案，避免了上述方案的缺點，利用了設備的優點，達到了經濟性，高效性，安全性。保證了施工質量。

4 施工工藝流程及施工方法

4.1 施工工藝流程

4.2 施工方法

（1）施工準備。測量員會在施工前粗略定位樁基中心，并在水中插入標記旗。

（2）施工場地填筑及4 m大直徑護筒安裝。施工場地填筑靠近樁中心4 m左右位置利用振動錘有效作業半徑安裝4 m大直徑鋼護筒代替鋼板樁形成一個樁位施工平臺的填筑圍堰，以防止填筑片石進入樁位區域影響汽車反循環施工。待4 m大直徑護筒安裝完畢后填筑片石至護筒周邊，利用挖掘機掏出大直徑護筒內的散落片石。

圖2 施工工藝流程圖

圖3 施工示示意圖

（3）9 m長護筒安裝。待φ4 m護筒平臺填筑完成后，利用全站儀精準定位樁基中心，振動錘安裝9 m長度的長護筒。然后拔出φ4 m護筒，填筑平臺至9 m長護筒周邊。

（4）反循環鉆機施工。應用反循環鉆機進行施工前，應先保證設備就位且在在護筒內存進適量泥漿，開鉆作業時應保持慢速在低檔位進行鉆進，鉆至護筒下1m后再以正常速度鉆進。作業過程中要保證泥漿量滿足設備需求，及時進行檢查補充。

在鉆進砂類土或軟土層時可能會出現坍孔的情況，所以在作業中要注意選用平底鉆頭，控制進尺，低檔慢速、大泵量、稠泥漿鉆進。

卵石、礫石層存在土層軟硬不均的特點，對此類土層進行鉆進作業時要注意可能出現的鉆頭跳動、傾斜和鉆桿擺動大等現象，應進行低檔慢速的鉆進作業，并保證泥漿的優質和大泵量的鉆進準備，盡量避免鉆機出現超負荷損壞的情況。

鉆進過程中應經常測量孔深，并按照地質柱狀圖隨時調整鉆進技術參數。要保證在鉆進深度達到設計孔深后，及時進行提鉆清孔工作，在清孔時要更換新鮮泥漿，其要達到孔內泥漿含砂量逐漸減少至穩定不沉淀為度。

（5）成孔清孔灌注。成孔后需要進行清孔灌注作業，在清孔環節需進行兩次清孔，分別是在成孔后進行和在下放鋼筋籠和導管安裝后進行；清孔過程中應測定泥漿指標；清孔結束時應測定孔底沉淤，孔底沉淤厚度應符合摩擦樁小于等于100 mm。

圖4 淤泥沉淀池

待樁基造孔作業完成，進行清孔作業，安裝樁基鋼筋籠子，下放導管至孔底，進行水下混凝土灌注。

（6）場地清理。灌注完成后，利用震動錘拔出護筒，清理場地，護筒轉運至其他樁位。

5 實施效果

5.1 投入成本低

本施工工藝，因反循環設備教輕，對于填筑平臺作業要求較低，填筑的片石等材料可后期開挖重復利用，大直徑護筒及長護筒為可周轉重復利用的材料，投入的施工措施費用低較。有效降低了該類工程的建設成本。

5.2 施工效率較高

運用反循環鉆機施工，對于本工程砂層地質較厚的樁基施工清孔效率高。減少作業時間，減少工期。

5.3 樁基質量好

采用φ4 m護筒與9 m長護筒結合方式避免淤泥砂層塌孔風險，反循環鉆機清孔質量好。清孔效率高，樁基成樁樁低沉渣少。

6 結語

在本次施工作業中基于現場情況，我們共設計并實踐試驗了四種施工工藝方案。前三種工藝及方法在本工程樁基施工中運用中因安全、質量、經濟等綜合分析，無法達到施工的高效性、安全性、質量難以保障。該工程最終采取了雙護筒+反循環組合的方法施工，并通過實際施工檢驗，確保了工程如期完工。參考文獻：

[1]陳星光,張永.壓漿料配合比設計及試驗方法探討[J].廣東公路交通,2021,47(4):160-163.