临海回填区复杂地质条件下灌注桩施工技术总结

临海回填区复杂地质条件下灌注桩施工技术总结

孙伟1关明义2

中交一航局第三工程有限公司辽宁大连116000

摘要：本文结合大连长兴岛公共港区0#通用泊位水工工程临海回填区复杂地质条件下灌注桩的施工工艺，论述了钻孔灌注桩的施工技术以及施工过程中常见质量问题和解决措施，供类似工程参考。

关键词：灌注桩；护筒；塌孔；孔斜；孔径；混凝土

1引言

灌注桩由于对各种地质条件的适应性强、单桩荷载大、受施工水域面积和水深条件限制小，且施工简单易操作且设备投入小等优点，在各类工程上得到广泛的应用。

2工程概况

灌注桩施工位于长兴岛公共港区0#通用泊位北侧，灌注桩施工区域先进行回填，然后灌注桩在回填后的陆域上施工，需要施工的灌注桩共有24根，设计桩径为1.2m，嵌岩至少2m,钢护筒入土深度根据实际地质情况确定。

3施工工艺简介

3.1施工准备

桩间抛石回填完成后，在灌注桩施工区域进行回填施工，回填顶标高为+3m，回填范围比桩基施工区域大4m，回填料采用开山石渣，石渣粒径不大于20cm。考虑到回填土体对已施工桩基的侧压影响，将回填边坡设置为1：1.5，回填时采用挖掘机逐步向前回填，回填过程中严格控制回填速率，严禁因回填速度过快，对已施工桩基造成损害，当回填完成后防止海浪对回填边坡的影响，在回填土体坡面上用大块石护坡防护。灌注桩施工全部完成后利用长臂挖掘机从后往前予以挖除，在挖除过程中防止对桩基造成损害，保证设计的桩间抛石断面符合要求。

3.2测量放样

当施工场地回填完成，钻机进场前要完成桩位的测量工作，桩位放样采用全站仪进行施放，采用1.0m长钢筋棍顶入土体，然后再在钢筋棍顶部精确施放出桩中心坐标，施放完成后对桩位进行统一编号，记录其坐标及高程并妥善保护。

3.3钢护筒埋设与制作

①护筒用10mm钢板制作，护筒直径一般大于设计桩径100mm，本工程护筒直径采用1300mm用钢板卷焊成，每节护筒长度为1.50m，护筒总体长度根据地质资料确定，并根据设计要求（-1m~1.1m范围内）结合实际情况确定钢护筒防腐长度。

②护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。

③第一节钢护筒采用人工挖孔埋设，施工过程中根据钻孔深度焊接接长钢护筒用冲击钻锤击下沉钢护筒。

3.4钻机定位

①首先，用吊车将钻机吊放在桩位点附近，粗略对中后稳固机器，再改用千斤顶调整钻机前轴下枕木左右高度，或调整前后轴高度，采用十字对中法对位，保证天车、锤头中心与桩点在同一条垂直线上，以保证桩孔的垂直度。

②钻机摆放要平稳、周正、牢固，防止钻进过程中机架偏斜、晃动，机台自检合格后，必须经施工员复检合格后方可开钻施工。在施工中经常检查钻机的垂直度，发现倾斜及时处理解决。

③钻机安放平稳牢固后将护筒内灌入泥浆进行冲击成孔。

3.5钻孔施工

使用冲击式钻机钻孔，钻孔采用钢护筒和泥浆护壁，泥浆由水、粘土组成。钢护筒采用焊接连接，冲击锤锤击竖直下设。

3.6清孔

清孔是钻孔灌注桩施工重要的一道工序，清孔质量的好坏直接影响水下混凝土灌注、桩质量与承载力的大小。为了保证清孔质量，采用二次清孔的方法：

①第一次清孔在终孔后进行，采用掏渣捅掏渣的方法施工。

②第二次清孔在下好钢筋笼和导管后进行，利用导管或泵吸的方法进行清孔，清孔时经常上下窜动导管，以便能将孔底周围虚土清除干净。最终沉渣厚度及泥浆指标达到设计规范要求。

③清孔时应保持钻孔内泥浆面高于地下水位1.5～2.0m防止塌孔。

3.7钢筋笼制安

钢筋笼骨架由钢筋加工场统一制作，制作应符合现行行业标准规定和设计要求。制作完毕后由平板挂车运输至施工现场。

严格按照图纸所示加工钢筋笼，桩长约在45m左右，灌注桩主筋为长46mφ32mm的钢筋，将钢筋笼一次制作成型不易安放，故将每一根桩的钢筋笼分三段加工。每根主筋需搭接三次，分别长12m、12m、21m，采用机械连接。

施工区域的地质条件复杂，终孔前无法判断出桩长，故冲孔过程中，在钻头刚刚入岩时开始加工钢筋笼，钢筋笼的加工长度为桩设计标高减岩面标高加2m（桩嵌岩2m）再加1m(钢筋上部入梁1m)。

为使钢筋骨架有足够的刚度以保证在运输和吊放过程中不产生变形，每隔1.5m～2.0m设置一道加强箍筋。在箍筋上设混凝土垫块，以保证钢筋保护层的厚度。运输半成品时应防止其变形。

钢筋笼在吊装时要对准孔位、扶稳，缓慢，避免碰撞孔壁，到位后立即固定。

钢筋笼利用吊车进行吊装时，采用逐段接长法放入孔内。即先将第一段钢筋笼放入孔中，利用其上部架立筋暂时固定，此时钢筋笼位置要正确、竖直。然后吊起第二段钢筋笼，对准位置后，采用焊接方法接长后放入孔中。待钢筋笼吊装完毕后，应量测顶面是否符合设计标高，其定位标高及桩笼中心应符合要求，并采取措施防止上浮和下沉。

钢骨架安置到确认标高后，方可二次清孔和灌注混凝土。

3.8导管下设

下设导管长度依据孔深确定，导管底端距孔底300～500mm。采用吊车吊运对准孔口中心，垫平，导管垂直缓慢下到预定位置，导管连接的密封圈拧紧，保证不漏水漏气。

3.9混凝土灌注

灌注后桩顶混凝土标高要高于设计桩顶标高50㎝，并在混凝土达到一定强度后将这部分质量不好的混凝土凿除。

4常见质量问题的分析和解决措施

4.1进尺困难问题

由于基岩中的中风化灰岩硅化严重，其硬度比一般中风化灰岩大，设计要求的嵌岩深度又大，使初始阶段的施工进度很慢。根据冲击式钻机依靠钻锤从高处落下的动能冲击岩层成孔的原理，我们采取了如下措施：

①采用新式铸钢钻锤，提高钻锤的耐久性；

②通过在钻锤上焊接钢块以加大钻锤的锤重；

③在嵌岩过程中适当提高冲程至0.6～0.7m；

④由于冲击反循环式钻机在施工过程中能同时将孔底的沉渣随泥浆排走，所以冲击反循环式钻机在嵌岩过程中的进度比普通冲击式钻机快。

4.2经常塌孔问题

以下原因使施工过程中经常出现塌孔现象：

①前段回填区的上部土层为颗粒较小的杂填土、黑沙、淤泥、次生红粘土，钻锤冲击产生的震动使这些物质极易塌落到孔内；

②溶洞中淤泥和次生红粘土也容易塌落到孔内；

③孔内泥浆浓度太低，孔内泥浆与孔壁周围地下水的泥浆浓度差大到一定程度时，孔壁附近的颗粒不断向孔内塌落。

针对塌孔问题，我们采取如下措施：

①保持孔内泥浆浓度，在孔壁周围为黑砂、粘土、淤泥、粒径小的杂填土中应适当提高泥浆浓度至1.4～1.5。

②保持孔内外的水头差，保证孔内水位高于周围地下水位。

③清孔时保持一定泥浆浓度1.1～1.2。

④清孔后必须尽快浇筑混凝土。

⑤下设钢筋笼时应尽量避免碰撞孔壁。

⑥在复杂地质条件桩内尽可能下设护筒。

⑦一般的塌孔，只需要提高泥浆浓度掏干净即可。

⑧如果发生非常严重的塌孔，则继续下设护筒，穿过塌孔位置；抛入块石挤压、充填孔壁；抛入块石，重新冲击钻进，在钻进过程中利用碎石与泥浆的混合物填充孔壁。

4.3护筒下设困难问题

回填土中块石特别多，特别是前段回填的杂回填土中的块石埋藏在淤泥、粘土、黑砂中具有伸缩性，形成所谓“探头石”。钻锤挤压到块石时，块石被挤压进回填土内；钻锤离开时，块石又弹回孔内。同时，由于后段回填区回填的都是中块石，所以下设护筒到3～4m深度时，块石对护筒的挤压使护筒无法跟进。一旦护筒无法跟进，钻孔过程中很容易发生塌孔现象。

图4-1“探头石”示意图

即使采用8mm厚钢板制作护筒，下设过程依然非常困难。使用钻锤砸护筒使护筒卷曲、变形严重，经分析，4t重钻锤直接砸在护筒上，只能砸到护筒顶的一部分，这部分受力超过了钢板的屈服强度而变形，而另一部分却翘起来使整个护筒倾斜但没有进尺。所以，我们采用在护筒上加一个钢板盖的方法，使护筒受力均匀进尺，同护筒卷曲、变形。对于孔内的探头石，如果探头石过大，可以回填块石到探头石面重新钻进施工。

图4-2护筒进尺工艺示意图

4.4泥浆护壁困难问题

前段回填层中的淤泥、粘土、黑砂土质松散，后段回填层中的块石孔隙率大，使泥浆流失非常严重。同时，后段回填层紧靠胸墙，受到海水严重冲刷，桩内泥浆无法保存。针对这个问题，我们采取了以下两个措施：

①在地质条件复杂的桩内，提高泥浆浓度。

②将二片石、碎石投入孔内，经锤击成石子后被挤压到块石孔隙内。同时，泥浆与细砂拌和形成浓度更大的泥浆。

4.5孔斜问题

形成孔斜的主要原因：由于桩内同一高程的岩层硬度不均匀或回填层中有较大的块石，钻锤对桩底的冲击作用使桩底破碎、变形不均匀，形成斜面。钻锤落到桩底后发生倾斜，加剧桩底倾斜，最后形成的桩身随之倾斜。

解决这个问题的方法是通过上部钢丝绳偏移护筒中心大小及时发现问题，施工钻进同时在岩性软的一侧不断投入大块石。如果倾斜严重，用块石回填到桩身未倾斜位置，重新钻进施工，可不断采用这种方法直至完成施工。施工中及时观测孔位中心、钻锤中心、缆绳、滑轮中心是否及时在同一直线上，发现问题应及时采用以上方法处理。

图4-3孔位倾斜处理示意图

4.6混凝土跑浆问题

由于施工场地靠近海岸，地下水受潮汐影响严重，浪溅区的地下水的上下运动造成对桩内混凝土冲刷，尤其在潮位变化迅速的涨潮时间。地下水主要冲刷水泥浆和砂料，最后桩内只剩下粗骨料，严重削弱了桩内混凝土的强度，进而影响该桩的承载力。为防止这种现象，我们采取如下措施：

①根据每日潮汐表确定恰当的浇筑混凝土时间，尽量避免在涨潮时间浇筑混凝土。

②降低混凝土塌落度，缓解地下水对混凝土的冲刷。

③在混凝土内适当掺加早强剂。

④拔出导管时，让导管在混凝土里暂停一段时间，观察混凝土有没有下沉。

4.7护筒移位问题

①上层回填土的土质松散，冲击过程中对护筒壁和孔壁的震动，使上层护筒移位。

②塌孔使孔壁周围回填土严重塌落，从而挤压护筒移位。

③钻机吊环与护筒中心不在同一条直线上，钻锤的中心就不在护筒中心，从而使钻锤在冲击过程中总是冲击、碰撞护筒一侧，将护筒往一侧挤压。以上原因导致护筒移位，如果不能及时处理，将导致桩位偏移。

解决的办法有：

①埋设第一个护筒时应该将护筒周围的空隙回填，并且夯实。

②处理塌孔时，应该将护筒周围回填土夯实。

③保持钻机吊环、护筒中心、钻锤中心、桩位中心点在同一条直线上。

④对护筒位置应该采用十字对中法每隔一段施工时间校核一次，发现偏位，可用钻锤挤压护筒另一侧，同时将偏位一侧回填土不停夯实，从而将护筒中心调回至桩位中心。

图4-4护筒移位处理示意图

4.8扩径问题

由于冲程过大导致钻锤在孔内摆动幅度很大，或者是因为捞渣清孔时泥浆浓度低，回填土不断缓慢地塌落到孔内，结果孔径越捞越大。在粘土层施工中如果中断时间过长，粘土长时间浸泡在水中容易塌落。同时，孔斜、塌孔、采用内外双层护筒也将导致扩径。我们采用如下方法防止问题发生：

①施工过程中，冲程控制在0.6~0.8m范围内。

②施工过程中不随意中断施工，出现问题及时处理以减少中断时间。

③在回填层中尽可能下设护筒。

④进尺完成后，及时在1.1~1.2泥浆浓度下捞渣清孔，尽可能快地完成混凝土浇注。

⑤尽量避免孔斜、塌孔。

4.9混凝土充盈系数大问题

由于塌孔、孔斜、溶洞、跑浆、扩径、混凝土塌落度大等原因，混凝土浇注量远远大于设计混凝土浇注量。为减少混凝土浇注量，我们采取了如下措施：

①尽量避免上叙问题发生。

②存在溶洞的桩内，始终保持泥浆浓度在1.2左右。

③尽可能使护筒跟进，穿过土质松散的回填层。

④适当降低混凝土塌落度到18cm左右。经验表明，混凝土越稀，混凝土使用量越大。

⑤进尺完成后，及时浇注混凝土。

在施工过程中，我们虽然遇到了上述诸多的困难和问题，但是在领导的带领下，我们及时总结经验和教训，加强现场施工的监控和管理，出现问题及时解决。施工中，我们注意对易发生的质量问题采取有针对性的控制措施，取得了较好的效果，保质保量地完成了灌注桩施工，有力保证了工程质量和进度。施工完成后对灌注桩进行低应变反射波检测、高应变检测均达到合格标准。

参考文献：

〔1〕卢世深，林亚超著桥梁钻孔桩试验人民交通出版社；

〔2〕中国建筑工业出版社建筑桩基技术规范；

〔3〕朱之基著混凝土灌注桩质量无损检测技术人民交通出版杜；

〔4〕徐攸在，刘兴满著桩的动测新技术中国建筑工业出版社。

作者简介：孙伟（1982.07.23-）男大学本科土木工程鞍山科技大学；

关明义（1982.08.09-）女大学本科水利水电工程重庆交通大学。