淺談填海拋石區(qū)鋼管立柱樁施工技術(shù)

亢云樂

上海隧道工程有限公司 上海 200232

隨著國家城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，土地資源日益成為制約城市發(fā)展的瓶頸，沿海區(qū)逐漸開展了大規(guī)模的填海造陸活動。昔日的灘涂地帶現(xiàn)已開展了大規(guī)模的城市建設(shè)活動。早期填筑的拋石、碎石對地基工程施工帶來了十分不利的影響。

1 工程概況

媽灣跨海通道工程盾構(gòu)始發(fā)井，基坑深度為28.4m-40.1m，基坑安全等級為一級，主要采用地下連續(xù)墻加七至八層鋼筋混凝土內(nèi)支撐的形式。始發(fā)井立柱樁采用鋼管立柱樁方式，立柱樁樁徑1200mm，鋼管采用Q235B鋼材，直徑800mm，壁厚16mm鋼管柱需插入鉆孔灌注樁3.0m，管內(nèi)灌注C30商品混凝土[1]。

根據(jù)勘察報告，本工程場地勘察深度范圍內(nèi)主要分布巖土層從上至下依次為：人工填土（素填土、雜填土、填石、填砂、沖填土），其下為第四系全新統(tǒng)海陸交互沉積淤泥，全新統(tǒng)沖洪積粘土、中粗砂，上更新統(tǒng)湖沼沉積淤泥質(zhì)粘土，沖洪積細(xì)砂（含淤泥）、粘土、粗砂，中更新統(tǒng)殘積砂質(zhì)粘性土、構(gòu)造巖及全-微風(fēng)化薊縣系的混合花崗巖。各地層巖性及野外特征自上而下依次為：

（1）人工填土（Qml）。場地內(nèi)人工填土層成分復(fù)雜，主要有素填土、雜填土、填砂、填石、沖填土五個亞類，主要成份為粘性土、砂、碎石、塊石，且混有淤泥、磚塊、混凝土碎塊等，大鏟灣段多見塑料插板。

（2）第四系全新統(tǒng)海積層（Q4m）。淤泥（地層編號③1）：灰黑-灰色，不均勻含粉砂、細(xì)砂及貝殼碎片，略有腥味，流塑狀，手感細(xì)膩，搖震反應(yīng)無，干強(qiáng)度高，韌性高，大鏟灣段軟基處理區(qū)域多見塑料插板。為Ⅱ級普通土。

（3）第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）。

（4）第四系上更新統(tǒng)湖沼沉積層（Q3h）。淤泥質(zhì)粘土（地層編號⑥1）：淺灰、灰黑色，局部混砂及腐木，很濕-飽和，軟塑狀為主，局部可塑，光滑，搖振反應(yīng)慢，干強(qiáng)度高，韌性高。為Ⅱ級普通土。

（5）第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）。

（6）第四系中更新統(tǒng)殘積層（Q2el）。砂質(zhì)粘性土（地層編號⑧1）：褐紅、灰黃夾灰白等色，由下伏混合花崗巖風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)可辨，可塑-硬塑狀，稍有光澤，搖振反應(yīng)無，干強(qiáng)度中等，韌性中等。為Ⅱ級普通土。

（7）薊縣系變質(zhì)巖（Jx-Qby）。混合花崗巖：中粒變晶花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成份為石英、長石等，局部含變粒巖。根據(jù)本次勘察采取的混合花崗巖樣品進(jìn)行的巖礦鑒定結(jié)果，該類型巖石呈粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由石英和長石及少量的白云母組成，石英含量約40-55%，長石含量約55-60%，礦物成分很不均勻，礦物粒度大小多在1.0-2.0mm之間，個別較大可達(dá)3.0mm左右。按其風(fēng)化程度及裂隙發(fā)育程度的差異可將其分為全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層上段、強(qiáng)風(fēng)化層下段、中風(fēng)化層（帶）及微風(fēng)化層（帶）

2 施工重難點

（1）在樁基底部連續(xù)進(jìn)入全、強(qiáng)、中、微風(fēng)化地層，部分鉆孔灌注樁成槽深度為44.7m左右，入巖深度約為16-21m，其中進(jìn)入中風(fēng)化巖層深度為3-7m、微風(fēng)化巖層深度為4-9m。

（2）立柱樁樁頂標(biāo)高為+4.8和+2.2m，而地面標(biāo)高為約為5.5m，鋼管吊裝定位困難，而立柱樁偏位，將對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響[2]。

（3）立柱樁樁徑1200mm，鋼管柱樁徑800mm.鋼管柱插入鉆孔樁3m，立柱樁混凝土澆筑過程中，隨著鋼管內(nèi)混凝土澆筑面上升，混凝土容易從鋼管外繞流，造成混凝土浪費嚴(yán)重，且后續(xù)基坑開挖時還須對鋼管柱外包裹的混凝土進(jìn)行人工破除，又較大增加了人工費。

（4）由于該區(qū)段回填塊石直徑多為0.2-0.4m，含量約為50-80%，局部填石塊徑大于1m，其余為碎石、角礫、砂及粘性土充填，對立柱樁成孔施工造成威脅，易坍塌、漏漿等

3 針對性措施及相關(guān)處理措施

（1）針對立柱樁底部部分進(jìn)入巖層成孔保證措施。

①擇合適的成孔設(shè)備。設(shè)備一：XR280或360旋挖鉆：XR280或360旋挖鉆有多種鉆桿配置可供選擇，最大鉆深孔徑2.5m，成孔垂直精度達(dá)到1/400，成孔深度可達(dá)到88m，完全適合本工程鉆孔灌注樁成槽施工。

設(shè)備二：CK-5沖擊鉆。

②選擇合適的成孔工藝。針對本工程復(fù)合型地層的特點，現(xiàn)場經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，旋挖鉆和沖擊鉆均可達(dá)到成孔質(zhì)量要求，但沖擊鉆在中風(fēng)化、微風(fēng)化巖層成孔效率低，施工周期長，無法滿足基坑開挖季度要求?，F(xiàn)場最重選用旋挖鉆進(jìn)行施工

（2）針對地面以下鋼管立柱定位保證措施。鋼管柱下放到位后，鋼管外壁焊接工字鋼，擱置在平臺上。去掉卸扣。將臨時法蘭吊起，臨時法蘭四角通過4根Φ28的鋼筋與鋼管柱連接，下部焊接，上部用套筒連接（后續(xù)混凝土澆筑完成，可以擰開，法蘭重復(fù)利用），吊筋等于平臺頂標(biāo)高—鋼管柱頂標(biāo)高+搭接焊長度。定位過程，將鋼管柱整體懸吊，人工推移定位，不得使用挖機(jī)推。

（3）針對混凝土澆筑鋼管外放繞流措施。在鋼管高出樁頂1m位置，焊接圓形鋼板防繞流環(huán)，防止混凝土繞流。在鋼管上部安放泡沫板，對繞流混凝土進(jìn)行二次阻斷。

（4）本工程立柱樁施工針對回填石塊對成槽施工可能造成的塌方影響，采取如下措施：

①控制泥漿指標(biāo)、確保泥漿質(zhì)量。本工程在泥漿指標(biāo)控制上要適當(dāng)提高泥漿的粘度和比重，選用粘度大，失水量小，形成護(hù)壁泥皮薄而韌性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)泥漿，以增加泥漿護(hù)壁能力和懸浮沉渣能力，降低沉渣厚度，避免徑縮現(xiàn)象，確保旋挖鉆反復(fù)上下運(yùn)動過程中土壁穩(wěn)定。

②采用挖機(jī)清除回填石塊。采用挖機(jī)對地面下2.5m-3m的回填石塊清除，根據(jù)地質(zhì)報告回填石塊深度與實際現(xiàn)場石塊深度吻合。

③試樁。通過試樁來確定在立柱樁成孔施工過程中是否存在漏漿、塌孔等現(xiàn)象，2020年3月28日，通過試樁驗證XR1050旋挖鉆能夠?qū)崿F(xiàn)淺海回填區(qū)成孔及巖層施工需要，且?guī)r層施工時，效率遠(yuǎn)大于沖擊成孔，能夠滿足施工進(jìn)度要求。

4 立柱樁施工工藝

4.1 埋設(shè)護(hù)筒

根據(jù)設(shè)計樁位放線，埋設(shè)好護(hù)筒，樁徑1200mm立柱樁護(hù)筒內(nèi)徑選用1400mm，樁徑1500mm立柱樁護(hù)筒內(nèi)徑選用1700mm，護(hù)筒高均為2.5米，壁厚12mm。護(hù)筒周圍填粘土；開鉆前應(yīng)縱橫調(diào)平鉆機(jī)，安裝導(dǎo)向套。護(hù)筒與樁心偏差不大于5cm，護(hù)筒埋設(shè)完成后再次復(fù)線，拉十字線重新確定樁心位置。

十字線確定樁心位置示意圖

4.2 泥漿指標(biāo)

泥漿指標(biāo)鉆孔方法 地層情況 泥漿比重 粘度（Pa.s） 含砂率（%） 膠體率（%）粘土、亞粘土 1.02-1.06 16-20 ≤4 ≥95旋挖鉆1.10-1.15 20-35 ≤4 ≥95易坍地層 1.06-1.10 18-28 ≤4 ≥95卵石、巖層

4.3 鉆進(jìn)成孔

（1）施工工藝。①鉆機(jī)就位，將鉆頭對準(zhǔn)樁位，復(fù)核無誤后調(diào)整鉆機(jī)垂直度。旋挖鉆機(jī)自帶垂直度控制儀，和坐標(biāo)控制儀。每次樁機(jī)就位均應(yīng)根據(jù)旋挖機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制。②開鉆前，用水平儀測量孔口護(hù)筒頂標(biāo)高，以便控制鉆進(jìn)深度。鉆進(jìn)開始時，注意鉆進(jìn)速度，調(diào)整不同地層的鉆速。③鉆進(jìn)過程中，采用工程檢測尺隨時觀測檢查，調(diào)整和控制鉆桿垂直度；邊鉆進(jìn)邊補(bǔ)充泥漿護(hù)壁[3]。

（2）施工要點。①初鉆時低檔慢速鉆進(jìn)，使護(hù)筒刃腳處形成堅固的泥皮護(hù)壁，鉆至護(hù)筒刃腳下1m后，按土質(zhì)情況以正常速度鉆進(jìn)。②在淤泥及砂土層中鉆進(jìn)方法：采用輕壓、低檔慢速、大泵量、稠泥漿并控制進(jìn)尺的鉆進(jìn)方法，目的是在孔壁中形成堅固泥皮防止地層塌孔。③鉆礫卵石等堅硬土層中鉆進(jìn)原則：采用低檔（即1檔）慢速，控制進(jìn)尺，優(yōu)質(zhì)泥漿，大泵量鉆進(jìn)。④在基巖中鉆進(jìn)原則：大泵量、優(yōu)質(zhì)泥漿、低檔慢速鉆進(jìn)。⑤在粘土層中鉆進(jìn)原則：中等鉆速、大的鉆進(jìn)方法。

4.4 清孔換漿

清孔方法：砂層謹(jǐn)慎清孔，一般砂層容易導(dǎo)致越清越厚的情況。其他層采用在鉆進(jìn)終孔后，將鉆頭提離孔底80-100mm，維持旋轉(zhuǎn)10-30分鐘，進(jìn)行第一次清孔，完全把樁孔內(nèi)懸浮在泥漿中的大粒徑鉆渣、沉渣置換出來，直到清除孔底沉渣為止，然后再下放鋼筋籠。

4.5 鋼筋籠、鋼管柱吊裝

鋼管柱分節(jié)工廠預(yù)制，采用高強(qiáng)螺栓連接。鋼管柱根據(jù)支撐標(biāo)高進(jìn)行分段，使鋼管接頭位于混凝土支撐中中間，為方便運(yùn)輸每節(jié)長度不大于12m，立柱樁第一次清孔完成，鋼筋籠鋼管柱經(jīng)監(jiān)理驗收合格后開始吊裝。

（1）鋼筋籠吊裝。鋼筋籠的吊放采用雙吊點，吊點位置在主筋與加強(qiáng)筋處。吊放入孔時，應(yīng)對準(zhǔn)孔位輕放、慢放，不得隨意扭動。

（2）第一節(jié)鋼管柱吊裝。鋼筋籠緩慢下放，下放至鋼筋籠距離頂端3m位置停車下放，用擱置鋼板將鋼筋籠固定在孔口。起吊第一節(jié)鋼管柱，鋼管柱插入鋼筋籠三米，用Φ20“U型筋”將鋼筋籠與鋼管柱焊接，成為整體，一起下放。

（3）第二節(jié)鋼管柱吊裝.第二節(jié)鋼管柱吊裝前用10cm高工字鋼焊接在鋼管柱上，擱置在固定好的工字鋼平臺上，用水平尺檢查平整度。水平尺氣泡居中后，起吊第二節(jié)鋼管柱，對好法蘭螺栓孔位，插入螺栓，用扳手一次擰緊。然后將扭緊扳手，調(diào)至1000N.m（螺栓強(qiáng)度等級8.8，M27對應(yīng)扭緊扭矩可取1000），二次逐個擰緊，聽到咔噠聲，表示擰緊。

鋼管柱與鋼筋籠連接大樣圖

扭緊扳手使用示意圖

依次逐節(jié)下放鋼管柱，下放完畢后，通過吊筋和臨時法蘭調(diào)整樁心及標(biāo)高后，將其整體固定在定位架上。

4.6 二次清孔

待鋼筋籠安裝完成后，安裝灌注導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔，清孔時應(yīng)不斷的注入新漿置換泥漿，調(diào)整泥漿性能，保證孔底500mm內(nèi)的泥漿比重小于1.25，含砂率小于8%，粘度應(yīng)小于28S，將孔內(nèi)的殘存泥渣清除干凈，清清孔以后，孔底的沉渣厚度應(yīng)不大于50mm。

4.7 水下混凝土澆筑

鋼管柱與鋼筋籠整體安放到位后，在鋼管內(nèi)下放料管后進(jìn)行二次清孔，滿足要求后然后采用傳統(tǒng)水下混凝土灌注要求進(jìn)行澆筑。

此處特別要注意的是，由于設(shè)置了防止混凝土繞流的圓環(huán)，在混凝土灌注至圓環(huán)部位時，將增加對鋼筋籠及鋼管整體的托舉力，因此，混凝土灌注過程中在保證埋管最低深度要求時，應(yīng)及時拆管以減小混凝土上升對鋼筋籠的托舉力，當(dāng)混凝土面接近防繞流環(huán)部位（基坑底）時，減緩混凝土澆灌速度以防鋼筋籠上浮，在鋼管內(nèi)外混凝土形成一定高差后盡快將料管拆管至其底端高于防繞流環(huán)，之后則可順利澆筑，不容易出現(xiàn)鋼筋籠上浮情況。另外混凝土澆灌至最后時須邊拔管邊灌注，確保鋼管頂端混凝土充滿。