临海粉砂土质下的钻孔灌注桩施工技术应用

临海粉砂土质下的钻孔灌注桩施工技术应用

雷苏鸣

天津港航工程有限公司天津300456

摘要：临海粉砂土质下施工钻孔灌注桩，该类土质受到震动时易产生液化，造成孔壁土方坍塌，给施工造成很大困难。本次施工利用反循环、旋挖钻、正循环及冲击钻等工艺，在粉砂地质中，进行灌注桩施工。提高了易坍地质灌注桩的成孔率，减少了塌孔、缩颈风险。

关键词：灌注桩；不同工艺；易坍地质；施工技术

1、工程概况

工程所在地为江苏省如东县小洋口镇海边。需施工的灌注桩直径1200mm,桩长42.5-47.5m，桩间距4.8m。

2、工程特点及难点

（1）本工程地面以下14m~20m存在不同厚度的软塑状淤泥夹层，桩身高度范围其余部位绝大部分为松散~稍密粉砂土质，且地下水位高，孔隙比大。

（2）门机灌注桩距离地连墙外边线仅1.4m，龙门吊灌注桩距离地连墙外边线为1.9m，地连墙成槽对相邻土体产生扰动，粉细砂土灵敏度高，扰动后的土体承载力和抗剪力仅为扰动前1/5~1/8，甚至更低；

（3）作业区域土质是使用规划航道表面粉细砂吹填形成，较深层土质差，吹填土改善效果不明显，且处理深度浅，未达到吹填土以下原泥面淤积层。在粉砂地质中，进行无填料振冲处理，密实效果不佳。

3、工艺比对

3.1反循环工艺

反循环钻机通过泥浆的循环来保护孔壁和清除沉渣。其泥浆从孔口(钻杆外面)向孔内输送，再用泥浆泵从钻杆的中间抽出来。所以循环能力和排渣能力都比较强，清渣速度快，排渣干净，即使颗粒比较大的沉渣也能清除。但反循环钻机工艺较为复杂，价格高，且对土质适应性一般。

3.2正循环工艺

正循环钻机也是通过泥浆的循环达到保护孔壁和清除沉渣的目的。不同的是，正循环钻机的泥浆是由泥浆泵从泥浆池里抽到钻杆中，通过钻杆不断的输送到钻孔内，然后从孔口自然的排出来，同时把沉渣带出到地面上来。正循环钻机工艺简单，价格便宜，且成孔质量稳定，不易塌孔。但由于它是靠泥浆的自然循环方式排渣，所以循环能力和排渣能力都要弱于反循环工艺。清孔时间较长且排渣不彻底，颗粒稍大的沉渣无法排出。此工艺对钻具的磨损也比较大。

3.3旋挖工艺

旋挖钻机成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎土层，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。旋挖施工速度快，精度高，噪声小，且机械移动方便。但其前期投入较大，且护壁效果差。

4、施工过程及效果对比

4.1反循环工艺

基于反循环施工工艺清孔快，沉渣少，垂直度高的特点，我方首先选择的是反循环施工工艺进行灌注桩施工。但在施工过程中，发现本工程地质极差，成桩困难，质量难以保障。通过对施工过程中采集的相关数据进行分析，决定通过调整护壁泥浆比重、加水泥翻拌改良护筒周围原状土、增加护筒埋深、增加钻孔时间等保障措施来提高成孔率。将钻孔时间增长至6小时以上，泥浆比重调整在1.2～1.3之间。并安排多个专业管理人员全程跟踪施工，严格控制施工工艺。经过各种努力，成孔率虽有提升，但成孔效果仍不理想，多次出现不同程度的塌孔现象，护筒下沉严重。反循环工艺共施工灌注桩43根，其中8根灌注桩都出现了护筒塌陷现象，护筒塌陷率高达18.6%。有一根桩甚至在钻进至标高-14m左右时，出现严重塌孔，钻头被埋，无法拔出。至此，我方决定放弃反循环工艺，采用其他工艺进行灌注桩的施工。

经过研究讨论，认为在粉砂地质下，反循环工艺成孔较难。钻进过程中对护筒下土质扰动较大，极易造成护筒塌陷，施工风险大。但开挖之后发现，反循环工艺施工的灌注桩桩径均匀，无一根缩径。在施工顺利的情况下，成桩效果较好。

4.2旋挖工艺

我方共采用旋挖工艺进行了3次试成孔。

第一次成孔1小时后采用UDM进行成孔检测，结果显示：沉渣40cm、底部30m无法成像。且深度18m左右测锤无法从孔壁处下放，怀疑此处出现缩颈现象。4小时后再次进行UDM检测：沉渣达到6.95m，底部30m仍无法成像，怀疑孔底部出现塌孔。下放探孔器进行探孔时，探孔器下放至深度18m位置受阻，无法继续下放，说明该处确有缩颈。利用旋挖钻进行试清渣，因颗粒太细，沉渣不能进入清渣筒，清渣无法进行。

第二次试成孔时，挖至深约10m位置时出现塌孔，护筒急剧下陷，停止成孔，第二次试成孔失败。

第二次试成孔失败后，我方充分吸取经验，在护筒周围进行水泥拌和、黏土换填改良后进行了第三根试成孔。第三次试成孔于14:30开钻，15:00对护筒标高进行测量，护筒已累计下沉26cm，15:30护筒累计下沉36cm，16:40护筒突然下沉达70cm，护筒周围地面开裂严重，护筒变形，开挖无法继续进行，第三次试成孔失败。经过三次试成孔发现，在粉砂地质下，旋挖钻机较之反循环钻机成孔更加困难难，且沉渣极难清除。

4.3正循环工艺

正循环钻机进场后首先进行了异位试成孔，开始时按正常工艺施工，钻至约-3.0m发现有塌孔的迹象。之后采用红黏土+膨润土搅拌泥浆进行护壁，最终顺利成孔，经检测成孔质量满足设计及规范要求。

在接下来进行的灌注桩施工中，根据浇筑的混凝土用量推算，正循环工艺成孔后发生了不同程度的缩颈，个别桩位还出现了塌孔。针对施工过程中出现的护筒塌陷、缩颈和塌孔现象，经过多次研究讨论，采取了以下措施：

（1）在埋设护筒时，将护筒周围及底部1.0m范围内的砂土挖出，采用红粘土填埋夯实，护筒底部换填时掺拌水泥。有效减小了护筒的坍塌频率。

（2）采用红粘土混合优质膨润土制备泥浆，并掺以CMC，提高泥浆粘度，增强护壁能力，同时加入纯碱，使膨润土充分水化，并使有害阳离子惰化，防止泥浆被污染。

（3）在护筒（3m）高度范围内，特别在护筒底部的位置，增加红黏土使用量，放慢钻进速度充分研磨。要使泥浆充分附着于孔壁，提高护壁效果，减少护筒坍塌的可能。

（4）在钻进过程中，不断添加红粘土保证泥浆的比重在1.35～1.4之间。一次清孔时，保持泥浆比重在1.3～1.35之间；二次清孔时，保持泥浆比重在1.25～1.3之间。经过统计，完成一个孔需使用约15方红黏土和5t膨润土。保证泥浆护壁的效果良好，提高成孔率。

（5）采用“高钻速、低进尺”的方法减少缩颈问题，钻进速度不超过6m/h。在钻进过程中，经常提动钻头，维护孔壁，以减少缩颈现象，保证成孔直径达到要求。

（6）为保证在经常发生缩颈的情况下，成型桩径仍能满足设计要求，将钻头直径从1.16m，陆续增加到1.23m。

（7）为减小塌孔的可能性，要最大限度的缩短成孔后到浇筑前的时间。在提钻前，将探孔器和钢筋笼运至桩位附近。并且增加焊工人手，缩短钢筋笼对接时间。

通过以上措施，有效的避免了类似的问题。至此，正循环工艺成孔基本合格。护筒塌陷现象大大减少，仅发生了三次。护筒塌陷率为3.6%。经过比较，正循环工艺在粉砂地质中成孔率最高。但开挖后发现，正循环工艺成桩质量逊色于反循环工艺。

5、结语

临海粉砂土质下的灌注桩施工难度大，质量风险高。施工技术人员根据本工程地质条件和现场成孔、成桩效果的反馈，不断调整施工参数，严格控制各个工序的施工质量，最终圆满完成施工任务，提高了易坍地质下灌注桩的成功率。经过低应变和高应变检测，本工程灌注桩整体成桩质量良好，满足设计和规范要求，给类似土质下的灌注桩施工提供了参考。

参考文献

[1]《港口工程桩基规范》（JTS167-4-2012）.

[2]《港口工程灌注桩设计与施工规程》（JTJ248—2001）.