浅析填海区冲孔灌注桩充盈系数过大的原因及处理措施

浅析填海区冲孔灌注桩充盈系数过大的原因及处理措施

周禄1项玲芳2张维杰3刘文杰4

中国建筑第八工程局有限公司青岛分公司山东省青岛266061

摘要:填海区采用开山石进行回填造陆后，冲击成孔灌注桩是最普遍的桩基形式。在潮汐动水作用下，孤石、淤泥等复杂地层中施工冲孔桩时，常因充盈系数增大而使成本居高不下。在保证设计桩长与桩身直径的情况下，充盈系数控制越合理，混凝土浪费越少，经济效益也就越高。因此，在灌注桩施工时，如何有效的控制充盈系数，从而提高经济效益是一个值得研讨的话题。

关键词:填海区；冲击成孔；灌注桩；充盈系数

前言

在开山填海造陆的大型填海区，冲孔灌注桩是首选的桩基类型。在潮汐动水作用下，孤石、淤泥等复杂地层中施工冲孔桩时，由于操作环境处于不可视的地下等原因，混凝土充盈系数会增大进而使成本居高不下，蒙受一定的经济损失。为降低工程造价，本文对冲击成孔灌注桩充盈系数过大的影响因素及处理办法进行了分析、阐述，希望对类似工程有一定的指导意义。

一.工程概况

青岛东方影都星光岛位于青岛西海岸经开区滨海大道以南、灵山湾北侧，占地面积161.6公顷，拟建地上建筑面积315.7万㎡，地下建筑面积62.0万㎡。该岛原为近岸浅海区，为近期回填而成，回填材料以大直径的碎块石为主，最大粒径约1.5m，粒径20cm以上的碎块石约占回填材料的20～50%不等。场区内有稳定分布的地下水，主要为孔隙潜水，与海水存在着水力联系，水位随着海水潮汐涨落而发生升降，响应时间相对滞后。

二.地质概况

星光岛表面为碎(块)石素填土层，厚度约2～13.5米，以块石为主，原岩花岗岩，矿物蚀变轻微，岩块坚硬。中间为淤泥素填土(扰动淤泥包）层，因原海相沉积层抛石挤於形成的局部淤泥包，厚度约4～12.9米，流塑、软塑状态，具高压缩性，成分复杂不均匀，工程性状较差。

根据钻探揭露，场区第四系厚度较大，以全新统人工填土层、海相沼泽化层以及上更新统陆相洪冲积层为主，地层结构简单，层序清晰；场区基岩主要为白垩系莱阳群杨家群组泥质粉砂岩，呈岩基产出。

三.设计概况

星光岛拟建建筑物基础桩类型为钢筋混凝土冲击成孔灌注桩，桩径800mm，1000mm，采用泥浆护壁冲击成孔，结合淤泥层加设钢套筒的工艺施工。灌注桩设计等级为甲级，桩基混凝土强度等级采用C45P8，纵筋采用HRB400级10φ16，加劲箍为HRB400级φ12@2000mm，箍筋HRB300级φ8@100/200螺旋箍，桩身混凝土保护层厚度为70mm。桩基以海底中等风化泥质粉砂岩作为桩基持力层，且桩端进入持力层的深度不小于2d，桩端进行后压浆技术处理。

四.充盈系数统计概况

充盈系数是指灌注桩施工时实际混凝土浇筑体积与理论混凝土浇筑量的比值，根据规范《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)要求，灌注桩的充盈系数不得小于1，一般土质为1.1，软土为1.2~1.3。但由于星光岛为近期人工填海造陆形成，地基成分复杂，地下水与海水存在着水力联系等原因，整个岛区内施工的冲击成孔灌注桩充盈系数约在1.6-2.4之间。

五.充盈系数过大原因分析

1、钻头直径选择不当，造成实际成孔孔径比钻头大30～50mm，混凝土灌注量增大。

2、回填材料为不均匀开山碎块石，石料粒径大，表面松散，孔隙大，在冲击成孔施工中，易塌孔，导致孔径变大，浇筑混凝土时，混凝土流入碎块石缝隙和扩大孔径中，导致混凝土灌注量增大。

3、场区低潮水位和高潮水位落差大，经水文观测最高水位和最低水位相差3～4m。频繁的潮汐运动，导致地下水流动能大，在桩基施工过程中造成冲孔时间长，泥浆护壁形成慢、薄，泥浆护壁效果差，混凝土随海水流动而流失，进而增加混凝土灌注量。

4、回填材料以大直径的碎块石为主，最大粒径约1.5m，冲击破碎时容易发生钻头晃动，造成孔径偏大，另外冲击破碎较大孤石后，原来空间的一部分需要混凝土填充(部分已有塌陷的回填土料填充)。

5、围堰回填导致海底淤泥无法外排，场区回填层中存在深度不均匀且流动的淤泥层，据勘察报告，淤泥层厚度为4～12.9m。此施工区域淤泥层在潮汐变化下呈流塑、软塑状态，具有高压缩性，淤泥触变性强，流动性大，有坍塌和流动的性质，在冲击成孔施工过程中容易产生扩径、塌孔等现象。由于灌注的混凝土密度比重比周围淤泥大，出现混凝土大幅度向淤泥层周围扩径现象导致混凝土灌注量变大。

6、桩顶标高及超灌长度控制不准，造成混凝土超灌量过大。

六.充盈系数过大的处理措施

1、选用适当的钻头直径，是控制充盈系数的一个重要因素。现场对φ800桩基孔径进行测量，在使用800mm直径钻头时，孔深10m范围内孔径在840mm左右。考虑垂直度偏差又会增大成孔孔径，本工程选用的钻头直径比设计桩径小50mm。施工中钢筋笼(上穿混凝土预制圆形垫块以保证保护层厚度)下放顺利，证明所选用的钻头能有效地保护设计桩径，同时避免了孔径超大造成混凝土浪费。

2、选择合适的地基加固处理方式。岛区全部使用强夯处理，根据不同的地质情况，结合建筑功能分区，选取3000KN•m、6000KN•m、10000KN•m的夯击能试验区，通过现场试验检测确定强夯处理方案及参数，中高能量时加大夯点距离(10m左右)，低水位时进行高能量的夯击，以取得最优的加固效果，以减小混凝土的超灌量。

3、泥浆护壁钻孔灌注桩施工中，在保证正常进尺速度和防塌孔、堵漏要求的前提下，泥浆的稠度偏稀将使泥浆护壁厚度偏薄，而使成孔孔径相对加大，混凝土浇筑量相对增加。施工现场的填土达不到造浆效果，岛区采用外购膨润土进行造浆，造浆效果好，稠度大，保证了泥浆护壁的效果。

4、根据岛区地基情况调整施工工艺

(1)硬岩石、孤石处理

施工中遇到较硬的岩石、孤石时，钻孔过程中钻机操作人员要注意进尺情况，如出现钻头晃动、跳动、进尺困难等情况，则可判断遇到较硬岩石、孤石。此时钻机操作人员应适当放慢转速以减少钻头振动，待钻过硬质岩石、孤石后再恢复正常进尺。同时增加垂直度检测频率(正常情况下每2m检测一次，遇硬质岩层可1m左右检测一次)，以便及时进行调整，避免孔径倾斜造成桩身超过设计长度。

(2)卵石层或淤泥等流动土层处理

钻孔过程中遇到卵石层或淤泥等流动性土层，产生局部塌孔，从而造成局部桩径增大，增加混凝土浇筑量。钻孔过程钻机操作人员应加强对出渣的观察，如发现进入卵石层或淤泥等流动性土层(易塌孔的土层)时，应加大护壁泥浆的稠度，同时减少进尺速度，待穿过该层后再恢复正常进尺，可有效避免局部塌孔。

在局部场区施工过程中遇到桩孔垮塌严重，无法成孔，对此我们首先采用更换桩头类型，加大泥浆护壁和深埋护筒施工方案，先开挖2～3m埋设1cm厚3m长钢护筒，然后边进行打孔边下岗护筒，依次分别下2m和1m钢护筒，共计6m。冲孔时，采用小范围分部高压灌入水泥浆，使周围形成固结。一定要保证膨润土不断填入并加入适量粒径较大的碎石。灌注混凝土完成后，拔出护筒。采用此方案后，桩基施工得以顺利进行，满足了过程进度要求。其次，采用回填黏土、素混凝土、全长钢护筒跟进的方法，保证成孔。

5、测量混凝土护筒表面标高，并明确该标高与理论桩顶标高的关系，通知现场操作人员，在浇筑时用以控制浇筑高度。混凝土浇筑时，现场人员用测探铅锤随时检查浇筑标高，以便及时了解浇灌顶标高情况，从而控制超灌长度，从而有效的避免了超灌过大造成的浪费；

七.结语

冲击成孔灌注桩较其它类型的泥浆护壁成孔灌注桩，在正常土层中的工效成本、钻进速度均相差无几。但在大型填海区的复杂地质条件下，其它类型的成孔方式无法实施，其优越性亦突显出来。在人工回填造陆场区冲击成孔的工艺很容易造成充盈系数过大，其原因除了以上几种主要因素外，钻机操作人员的专业水平，材料计划的控制等对充盈系数都有一定的影响，这就要求施工人员在冲击成孔灌注桩施工时加以重视，以获得更好的经济效益。

参考文献：

[1]郝艳霞，金志刚.灌注桩的造孔与浇筑[J].黑龙江水利科技，2005.09.10.