不良地質中粗砂層鉆孔灌注樁施工質量的控制研究

梁文杰

（中交四航局第一工程有限公司，廣州 510420）

1 引言

在土木工程建筑歷史進程中，樁基礎是一種被世界各國廣泛運用的基礎形式。從古代的木樁使用，到近代的混凝土制樁和鋼樁,隨著新材料、新設備的發展，樁基礎的樁徑、樁長也得到同步提升，有力推進了地面建筑物的快速發展。由于打擊樁在施工程中會對周邊土體產生振動，同時噪聲污染大，在城市里建設中逐步被淘汰,因此鋼筋混凝土樁迅速發展。通過對國外先進技術的引進,結合中國國情加以創新，在施工實踐中不斷改進完善后,鉆孔灌注樁施工工藝不斷提升，基本滿足各種不良地質狀況的運用，根據現場的施工細節進行完善調整，達到承載地面上構建建筑物的基礎支撐需求。

2 工程概況

廣東省佛山市高明區明城鎮臨空經濟產業園基礎設施配套建設項目中，為進一步完善交通通行現狀，需要新建一座人行道天橋。高明大道呈東西走向，是貫穿高明中部的大動脈。高明大道為一級公路，雙向8 車道，標準段寬65 m。新建的天橋需要上跨高明大道，主橋為鋼箱梁，跨徑組合為2.05 m+30.7 m+29.9 m+2.05 m=64.7m，橋面凈寬3 m，總寬3.5 m。天橋兩側設置供人行走的鋼結構梯道，坡度設計值為1∶3，梯道的設計寬度為4.1 m[1]。

3 工程地質條件

本項目地處珠江三角洲平原區，經現場地質勘察，場地地表分布人工填土，均勻性差，局部厚度較大會出現一些不均勻沉降。沿線局部地段發育的淤泥主要呈現為高壓縮性軟土，此類土質具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高等地質特點，工程表現為力學強度差，容易產生側向滑移、不均勻沉降。由于土體靈敏度高，施工現場極易發生蠕變等地質災害，對采用的各類樁基礎都會有負摩阻力，對場地的穩定性影響較大，最嚴重的是部分樁基所處的局部地段存在含水率較大中粗砂層和溶洞，應采取相應的措施處理。

4 施工工藝概述

本工程施工期間需要考慮外界干擾因素，中橋墩樁位及兩側橋墩梯道樁位占道部分監管單位不同，需對應協調審批施工。項目部優先施工兩側橋墩樁位，再開展橋中樁基施工，本著“能做先做、快做”的施工總體原則，確保工程進度。

5 施工質量要點控制

5.1 鋼護筒設計

樁基鋼護筒形式分為單護筒和雙護筒[2]，根據地質勘探情況，對無溶洞等不良地質樁位采用單護筒形式施工，設計內徑宜比樁徑大200 mm；對特殊地質樁位采用雙護筒施工，設計外護筒內徑宜比樁徑大400 mm，內護筒內徑宜比樁徑大200 mm。鋼護筒采用壁厚12 mm 的Q235 鋼板卷制，壁厚的確定根據表1 中的直徑、長度計算。不同的樁位，根據現場放樣樁位的地質實際情況，對護筒進行加長，從而減少樁基在成孔過程中出現塌孔、 縮孔等意外事故的發生。本工程在護筒上、下端口和中部外側各焊一道加勁肋，有效增加護筒剛度，防止護筒在施工過程中產生變形[3]。

5.2 鋼護筒埋深

鋼護筒的埋設深度根據地質勘探說明，在制作中分節段進行拼裝，外護筒需要穿過軟弱覆蓋層以下2 m 或中微風化巖以下0.5 m 進行控制，內護筒埋設深度要求穿過溶洞至基巖面。

5.3 鋼護筒埋設

根據現場情況，鋼護筒采用液壓振動錘法進行施工，護筒的埋設需做好精準定位，埋設時護筒中心與樁位中心的偏差＜50 mm，傾斜度＜1%，確保旋挖鉆沿著樁位垂直方向準確、穩定工作。在施工中，對鋼護筒沉放全過程測量定位，從而有效控制護筒偏位和垂直度的偏差范圍。為增加有效護筒剛度，在護筒上、下端外側各加焊一道加勁鋼筋，防止護筒在施工中產生變形。護筒之間的接頭拼接平順且做好密封防止漏水，護筒內不允許出現突出物，施工中應抗拉、耐壓。

5.4 護筒施工注意事項

1）在鋼護筒振動下沉過程中，以10 s 為一振動控制周期，每振打10 s，測量一次護筒是否偏位，用吊裝設備進行微調。逐一振打使樁慢慢貫入。當達到設計標高時，停止振打，用儀器測量鋼管樁底的標高，做好相關測量數據的記錄。

2）護筒下沉過程中，注意觀察，當樁身突然傾斜，偏差超過容許范圍應立即停止施工，采取有針對性的措施后，繼續施工，確保沉樁安全。

3）鋼護筒的埋設，必須安排測量人員實時用線墜監控施工過程的垂直度，如有偏差，用吊機與振動錘配合，精準管控確保鋼護筒埋設的施工質量[4]。

4）鋼護筒的接長一般采用焊接方式。焊縫采用單邊V 形坡口形式，通過上節45°～55°坡口的角度與下節護筒焊接，鋼護筒應設置內襯套或內襯環在護筒內壁上，一個橫截面內，只允許出現一條縱向焊縫。鋼護筒在焊接完成并滿足相關要求后，才能進行下步整體振動的沉放組織施工。在整個施工過程中，根據地質狀況的變化，可以采用鋼護筒下沿配合鋼刃腳輔助切土的方式施工。

5）內護筒埋設：由于本工程內護筒平均長度27.7 m，施工過程內護筒難以一次下沉到位，內護筒的下沉與鉆機鉆進交替進行（3～5 m 為一次護筒下沉、鉆機鉆進周期），穿過溶洞段需一次性下沉到位，如圖1 所示。

圖1 外護筒設置大樣圖

6）經過現場管控，還需采用對稱填土、夯實來處治護筒周圍。

7）周邊土體施工完成后，對護筒的中心位置和垂直度再次校核糾偏。

5.5 鉆進成孔施工

1）準備工作及樁位復核完成后，可以組織鉆孔施工。樁基（5 m 內）的混凝土灌注完成1 d 后，才能進行下一顆鉆孔施工，避免出現擾動破壞。

2）準備鉆孔時，應先啟動鉆盤，緩慢旋轉，將鉆孔周圍的土體初步擠壓密實，再進行鉆進施工。

3）鉆孔過程中應適時觀測并記錄相關數據，鉆孔施工中按試驗規程做好泥漿黏度、重度和含砂率試驗，觀察鉆出的土體變化。

4）鉆孔過程應適時撈取鉆渣，與設計地勘資料比對，收集好渣樣，按規定取樣封存，現場與設計偏差較大時應馬上采取措施應對。

5）孔樁施工的整個環節必須連續施工，中途不能停止，直至成樁。

6）遇到溶洞地質的施工方法（本項目的重點難點）：鉆孔施工前，提前做好地勘復核，精準確認有溶洞區的樁基位置。通過地質雷達探勘，初步預估溶洞的容積，根據溶洞的地質狀況、深度、高度，制訂相應的施工方案，確定適宜的填充物類型。根據溶洞的容積，采取拋填、注漿固結、灌注混凝土等不同的處理方法。

本工程在穿越溶洞區域時，護筒施工順序為：外護筒一次埋設到位→內護筒埋設至穿透軟弱覆蓋層0.5～2 m→旋轉鉆進至樁底標高→內護筒跟進至樁底標高。具體施工控制如下。施工方法：鋼護筒跟進法。根據本工程的地勘資料，樁基穿越的為小型半充填的溶洞，即單個溶洞高度≤4.0 m 的溶洞。采取預鉆孔及埋設雙鋼護筒的方式對上部松軟覆蓋層的土體進行隔離。施工過程中有效避免了漏漿造成孔壁坍塌的事故。在采用護筒跟進法穿越半充填溶洞時，應先采用較大直徑的鉆頭沖擊至溶洞頂1.0 m 以后下內護筒至孔底，更換小鉆頭繼續沖擊，擊穿溶洞后回填黏土和片石的混合物，經過反復沖擊，將洞內填充物充填密實，就可以采用正常鉆進的施工方式了。

5.6 混凝土灌注過程的注意事項

1）灌注開始前，應精確計算導管的節數，保證合理的埋管深度。

2）為確保灌注樁的質量，應控制好混凝土的坍落度。

3）灌注過程中，應有規律地上下緩慢提升導管，可以起到振動混凝土使其密實又可避免導管埋置太深混凝土初凝后提不動，同時減小出現混凝土假凝堵管的現象。

4）鋼筋籠上浮的質量控制。施工中按作業規程要求控制各環節，避免出料沖擊過大或鉤帶鋼筋籠導致鋼筋籠上浮。

5）為保證樁基礎的密實，灌注過程中，要定時抽插振動導管，達到振搗效果。應沿導管壁徐徐灌入混凝土，避免在導管內形成氣囊，造成斷樁。

6）“爛樁頭”的質量控制。混凝土灌注標高應比設計樁頂高出0.5～1 m，灌注完后除掉多余部分，鑿除面應平整、干凈、無松散混凝土。

7）當樁孔間距過小時，為避免孔內串穿影響成樁質量，可以采取間隔施工的順序。一般應保證相鄰樁之間的距離不小于4 倍樁徑，避免造成混凝土擾動破壞。

5.7 鋼護筒拔出

科學合理地分析確定護筒拔出的時間，一般情況下鋼護筒在混凝土灌注完成后并在混凝土初凝之前拔出。施工時需要結合安全、質量、進度、成本等因素進行綜合評判，最終確保樁基的施工質量。

6 結語

高明大道人行道天橋工程中的鉆孔灌注樁施工，相比工程地質條件好的施工環境作業難度加大。施工中通過認真研讀設計圖紙，學習掌握施工、驗收規范，適時比對核查地質變化，及時分析處理施工過程中出現的問題，嚴格現場管理，解決了樁基礎施工的質量通病，有效保證了施工質量。通過本工程案例，鉆孔灌注樁在不良地質中粗砂層及穿越溶洞施工，采用雙層護筒工藝控制，施工技術具有可行性，可供類似工程參考。