海涂地質條件下的鉆孔灌注樁施工

楊 勇

上海公路橋梁（集團）有限公司 上海 200433

隨著海洋資源開發(fā)的逐漸深入，作為海洋空間資源利用的基礎手段之一，圍海造地成為了拓展陸地資源、外擴海岸線的一種重要舉措。在此基礎上，大量濱海新城、沿海經濟區(qū)開始投入不同規(guī)模的建設，各類市政道路工程、橋梁工程，乃至機場都在這類區(qū)域內有所涉及。然而海涂區(qū)因其地質條件的特殊性，在其上實施鉆孔灌注樁時存在諸多難題[1-3]。

本文通過剖析海涂區(qū)地質特點、施工難點，結合某項目系統(tǒng)地闡述了海涂區(qū)地質條件下的鉆孔灌注樁施工工藝，為類似工程提供借鑒。

1 海涂區(qū)地質特點

近期由吹砂填海形成的陸地稱之為海涂區(qū)。該類區(qū)域原為海洋范圍，后經設置圩堤吹砂填筑再實施地基處理，形成可供工程實施的場地。基于形成的方式，該類區(qū)域表層均覆蓋有不同厚度的雜填土、沖填土，且以砂為主。因海涂區(qū)一般普遍存在面積大、地勢起伏小等特點，且均為排水的入海口，為保證后期排水的通暢，海涂區(qū)均設有縱橫向的河道，河床底部設置拋石鎮(zhèn)腳以滿足抗隆起要求，致使河床影響范圍內均會存在厚度不一的拋石層。

同時，因該區(qū)域長期處于海洋環(huán)境，在一定深度的地層中以砂性土為主，土體含砂率較高，局部地層存在中砂層等不利地層。

2 背景工程地層情況

背景工程位于杭州灣畔，為2000年以后吹填形成的海涂區(qū)，該項目需要建設1座跨越排水河道的橋梁，水中墩臺位于河床中心位置，樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑1.2 m，有效樁長70 m，鉆進孔深82 m。以該項目水中墩位置的地勘報告為例，地質情況如下：①4雜填土，層厚10.1 m，為拋石層；②2粉土，層厚1.4 m；③1粉砂夾粉土，層厚12.4 m；④2粉砂夾粉土，層厚16.5 m；⑤1中砂，層厚4.4 m，為流砂層；⑥粉質黏土，層厚12.1 m。

3 施工難點及主要工藝

根據(jù)地勘報告顯示，海涂區(qū)水中墩鉆孔灌注施工時需要面臨的不良地層主要包括拋石層、流砂層以及砂性土等。同時，水上墩臺樁基施工因考慮平臺搭設的安全性與經濟性，對成樁機械選型也提出了相應的要求。通過該項目的實施驗證，最終優(yōu)化確定了海涂區(qū)地質條件下的沖擊鉆進結合回旋鉆進的鉆孔灌注樁施工工藝，具體為采用沖擊鉆進穿越拋石層后素土回填樁孔，沖擊鉆機移位回旋鉆機就位，回旋鉆進剩余土層，通過采取控制泥漿性能、優(yōu)化成孔工藝、縮短施工工期等措施完成鉆孔灌注樁施工。

4 針對拋石層影響的應對措施

該項目拋石層位于河床頂面，層厚較大。根據(jù)現(xiàn)場觀測，拋石層平均粒徑在60 cm，最大可視粒徑達2 m以上，質地堅硬，結構松散，同時拋石深度10 m左右不具備挖除的施工條件。該項目選用了打設長護筒的形式穿越拋石層形成樁孔，選用的鋼護筒內徑比樁基直徑大20 cm，打設深度以穿越拋石層5 m為控制標準，上口標高以高出常水位50 cm為控制標準。鋼護筒打設時，垂直度利用定位導向架進行控制。定位導向架采用型鋼制作，豎向采用雙拼20b#工字鋼，橫向連系采用10#工字鋼制作。頂部定位主橫梁采用32b#工字鋼（圖1）。定位導向架通過主橫梁擱置于鉆孔平臺上，利用千斤頂進行精確定位，通過臨時焊接與鉆孔平臺進行固定。

圖1 定位導向架設計

海涂區(qū)因拋石層的存在，護筒埋設時下沉難度較大，垂直度較難控制。施工時，首先將鋼護筒吊裝至定位導向架內，利用履帶吊結合振動錘振動下沉鋼護筒至無法下沉為止，然后利用沖擊鉆機在鋼護筒內進行沖擊鉆進，配合泥漿循環(huán)排出經沖擊破碎后的石渣，每鉆進1 m隨即利用振動錘振動下沉鋼護筒1 m，直至穿越拋石層后，利用振動錘下沉鋼護筒至拋石層底5 m位置。下沉鋼護筒的過程中需嚴格控制護筒的垂直度，以確保護筒壁不侵入樁孔部位且垂直度變化以不大于1%為控制標準。

鋼護筒埋設到位后，因拋石層結構松散、透水性強，護筒外壓力較小，極易發(fā)生護筒內泥漿外泄，造成成孔失敗。為解決此難題，在鋼護筒沉放到位后，護筒內采用素土回填至護筒頂部，利用素土的自重及自密實來充填護筒周邊的空隙，增加護筒外壓力，其間護筒內素土下沉后及時向護筒內補充素土，保證素土充滿護筒，直至靜置不小于3 d且素土標高不再下沉為止，方可進入下道工序。

5 針對流砂層影響的應對措施

該項目流砂層位于標高－40 m左右位置，層厚不深。流砂層中施工的控制重點為避免頸縮、糊鉆、埋鉆、坍孔等質量事故的發(fā)生。糊鉆的具體表現(xiàn)為砂土或其他膠泥吸附于鉆頭之上，導致鉆進異常緩慢，甚至出現(xiàn)無法鉆進、憋泵現(xiàn)象，最后造成鉆頭被埋的埋鉆現(xiàn)象。此類地層中鉆進時，應選用扭矩較高、鉆桿剛度較大的樁機型號，同時加大泥漿泵的泵送出漿量，提高泥漿置換速率。流砂層中鉆進時采用回旋鉆進，適當提高泥漿密度、黏度，并快速鉆進穿越流砂層后反復上下掃孔，確保在流砂層形成較為致密的泥皮護壁。經過試驗驗證，流砂層中鉆進時泥漿相對密度控制在1.4～1.5較為合適。

為防止成孔后流砂層處泥漿護壁破壞，應在施工中盡可能降低泥漿靜置時間，加快施工速度。根據(jù)實施情況，自清孔開始至混凝土澆筑完成，時長應控制在3 h以內。具體做法包括提高單次鉆桿拆除、鋼筋籠安裝、導管安裝的長度，具體為2節(jié)鉆桿1次拆除、2節(jié)長12 m的鋼筋籠連接完成后1次安裝、2～3節(jié)導管1次安拆等；清孔采用反循環(huán)清孔工藝，提高清孔速度，清孔以降低孔底沉渣厚度作為主控項目，泥漿性能指標可適當放寬，泥漿相對密度控制在1.2左右時即可灌注水下混凝土。

6 針對砂性土影響的應對措施

該項目鉆孔灌注樁實施范圍內主要土層為粉土、粉砂夾粉土、中砂、粉質黏土等，土體含砂率較高，導致泥漿循環(huán)中砂率將持續(xù)提高，若處理不到位將影響泥漿壁的形成與穩(wěn)定，極易導致頸縮、穿孔等質量問題，嚴重的將發(fā)生坍孔等致使成孔失敗。

鉆進過程中泥漿穿孔外泄主要是因為樁孔內壓力大于孔外壓力，泥漿壁強度不足以承受該部分不平衡壓力，導致樁孔內泥漿外泄至孔外，具體表現(xiàn)為孔內泥漿液位突然迅速下降。為有效解決泥漿外泄問題，考慮現(xiàn)場以砂性土為主，開孔時采用外購膨潤土造漿，嚴禁采用原土造漿。同時對循環(huán)的泥漿嚴格進行沉淀處理，通過沉淀池沉淀過濾樁孔內置換出來的泥砂并及時清運，將含砂率符合要求的泥漿排放至循環(huán)池，同時根據(jù)檢測指標及時向循環(huán)池內投遞膨潤土并攪拌均勻，以滿足循環(huán)泥漿相對密度指標要求，一般地層鉆進時控制在1.3～1.4，中砂層中鉆進時提高至1.4～1.5，實時監(jiān)測泥漿黏度。同時，護筒底部為剛性護壁與泥漿護壁的交界處，是穿孔現(xiàn)象防治的重點部位。該部位鉆進時應緩慢進尺并反復掃孔，以確保泥漿壁的形成及泥漿壁與護筒壁之間的連接質量。

因泥漿中含砂率較高，混凝土灌注時，泥漿中的懸浮物在混凝土頂面形成了沉積，為保證樁身質量，避免斷樁事故的發(fā)生，導管埋深應比規(guī)范要求超深2 m以上，即埋深按4～6 m控制?；炷撩鏈y量時，測繩觸碰沉積懸浮物表面容易產生已到混凝土表面的錯覺，故超灌高度應相應提高。承臺開挖后的數(shù)據(jù)顯示，懸浮物沉積厚度在2 m左右，即灌注時控制超灌高度應不小于4 m，方可保證混凝土面超出設計標高2 m以上的設計要求。

7 結語

本文通過某項目鉆孔灌注樁實例，系統(tǒng)闡述了海涂區(qū)地質條件下的鉆孔灌注樁施工工藝的重難點及對策，并得到了以下結論：

1）利用沖擊鉆進工藝完成拋石層中的成孔鉆進及護筒下沉，利用回旋鉆進工藝完成剩余土層的成孔作業(yè)。

2）一般土層中鉆進時泥漿相對密度控制在1.3～1.4，流砂層中鉆進時控制在1.4～1.5，清孔以降低孔底沉渣為控制項目，泥漿相對密度要求可適當放寬，控制在1.2即可。

3）鉆進過程中應盡可能降低成孔時間，尤其是泥漿靜置時間，可通過提高單次鉆桿拆除、鋼筋籠安裝、導管安拆的長度來提高施工效率。

4）混凝土灌注時應保證導管的有效埋深，以4～6 m為控制標準，超灌高度應不小于4 m。

5）本文主要描述膨潤土泥漿護壁下的沖擊鉆結合回旋鉆施工，未對化學泥漿、旋挖鉆等其他工藝進行研究驗證，在后續(xù)工程實施中，可根據(jù)具體情況補充該方面的研究內容。

[1] 姚明鑫,婁勇,周濤.不同地質下鉆孔灌注樁泥漿性能及鉆機效率的指標探究[J].公路,2020,65(6):33-36.

[2] 陳緒義,管先祥,何純橋.臨江穿越拋石層的鉆孔灌注樁施工方法研究[J].中國水運:航道科技,2017(1):9-11.

[3] 秦濤濤.水上鉆孔灌注樁護筒穿孔漏漿的預防與處理[J].四川建筑,2020,40(5):297-298.