淺談填海拋石區鋼管立柱樁施工技術

亢云樂

上海隧道工程有限公司 上海 200232

隨著國家城市化進程的不斷推進，土地資源日益成為制約城市發展的瓶頸，沿海區逐漸開展了大規模的填海造陸活動。昔日的灘涂地帶現已開展了大規模的城市建設活動。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始發井，基坑深度為28.4m-40.1m，基坑安全等級為一級，主要采用地下連續墻加七至八層鋼筋混凝土內支撐的形式。始發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，管內灌注C30商品混凝土[1]。

根據勘察報告，本工程場地勘察深度范圍內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海陸交互沉積淤泥，全新統沖洪積粘土、中粗砂，上更新統湖沼沉積淤泥質粘土，沖洪積細砂（含淤泥）、粘土、粗砂，中更新統殘積砂質粘性土、構造巖及全-微風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）。場地內人工填土層成分復雜，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）第四系全新統海積層（Q4m）。淤泥（地層編號③1）：灰黑-灰色，不均勻含粉砂、細砂及貝殼碎片，略有腥味，流塑狀，手感細膩，搖震反應無，干強度高，韌性高，大鏟灣段軟基處理區域多見塑料插板。為Ⅱ級普通土。

（3）第四系全新統沖洪積層（Q4al+pl）。

（4）第四系上更新統湖沼沉積層（Q3h）。淤泥質粘土（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，搖振反應慢，干強度高，韌性高。為Ⅱ級普通土。

（5）第四系上更新統沖洪積層（Q3al+pl）。

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

（7）薊縣系變質巖（Jx-Qby）。混合花崗巖：中粒變晶花崗結構，塊狀構造，主要礦物成份為石英、長石等，局部含變粒巖。根據本次勘察采取的混合花崗巖樣品進行的巖礦鑒定結果，該類型巖石呈粒狀結構，塊狀構造，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3.0mm左右。按其風化程度及裂隙發育程度的差異可將其分為全風化層、強風化層上段、強風化層下段、中風化層（帶）及微風化層（帶）

2 施工重難點

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

（2）立柱樁樁頂標高為+4.8和+2.2m，而地面標高為約為5.5m，鋼管吊裝定位困難，而立柱樁偏位，將對基坑支護結構產生不良影響[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，造成混凝土浪費嚴重，且后續基坑開挖時還須對鋼管柱外包裹的混凝土進行人工破除，又較大增加了人工費。

（4）由于該區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 針對性措施及相關處理措施

（1）針對立柱樁底部部分進入巖層成孔保證措施。

①擇合適的成孔設備。設備一：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，成孔垂直精度達到1/400，成孔深度可達到88m，完全適合本工程鉆孔灌注樁成槽施工。

設備二：CK-5沖擊鉆。

②選擇合適的成孔工藝。針對本工程復合型地層的特點，現場經過試驗發現，旋挖鉆和沖擊鉆均可達到成孔質量要求，但沖擊鉆在中風化、微風化巖層成孔效率低，施工周期長，無法滿足基坑開挖季度要求。現場最重選用旋挖鉆進行施工

（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（后續混凝土澆筑完成，可以擰開，法蘭重復利用），吊筋等于平臺頂標高—鋼管柱頂標高+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，防止混凝土繞流。在鋼管上部安放泡沫板，對繞流混凝土進行二次阻斷。

（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、確保泥漿質量。本工程在泥漿指標控制上要適當提高泥漿的粘度和比重，選用粘度大，失水量小，形成護壁泥皮薄而韌性強的優質泥漿，以增加泥漿護壁能力和懸浮沉渣能力，降低沉渣厚度，避免徑縮現象，確保旋挖鉆反復上下運動過程中土壁穩定。

②采用挖機清除回填石塊。采用挖機對地面下2.5m-3m的回填石塊清除，根據地質報告回填石塊深度與實際現場石塊深度吻合。

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、塌孔等現象，2020年3月28日，通過試樁驗證XR1050旋挖鉆能夠實現淺海回填區成孔及巖層施工需要，且巖層施工時，效率遠大于沖擊成孔，能夠滿足施工進度要求。

4 立柱樁施工工藝

4.1 埋設護筒

根據設計樁位放線，埋設好護筒，樁徑1200mm立柱樁護筒內徑選用1400mm，樁徑1500mm立柱樁護筒內徑選用1700mm，護筒高均為2.5米，壁厚12mm。護筒周圍填粘土；開鉆前應縱橫調平鉆機，安裝導向套。護筒與樁心偏差不大于5cm，護筒埋設完成后再次復線，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

泥漿指標鉆孔方法 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 鉆進成孔

（1）施工工藝。①鉆機就位，將鉆頭對準樁位，復核無誤后調整鉆機垂直度。旋挖鉆機自帶垂直度控制儀，和坐標控制儀。每次樁機就位均應根據旋挖機設備進行控制。②開鉆前，用水平儀測量孔口護筒頂標高，以便控制鉆進深度。鉆進開始時，注意鉆進速度，調整不同地層的鉆速。③鉆進過程中，采用工程檢測尺隨時觀測檢查，調整和控制鉆桿垂直度；邊鉆進邊補充泥漿護壁[3]。

（2）施工要點。①初鉆時低檔慢速鉆進，使護筒刃腳處形成堅固的泥皮護壁，鉆至護筒刃腳下1m后，按土質情況以正常速度鉆進。②在淤泥及砂土層中鉆進方法：采用輕壓、低檔慢速、大泵量、稠泥漿并控制進尺的鉆進方法，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原則：采用低檔（即1檔）慢速，控制進尺，優質泥漿，大泵量鉆進。④在基巖中鉆進原則：大泵量、優質泥漿、低檔慢速鉆進。⑤在粘土層中鉆進原則：中等鉆速、大的鉆進方法。

4.4 清孔換漿

清孔方法：砂層謹慎清孔，一般砂層容易導致越清越厚的情況。其他層采用在鉆進終孔后，將鉆頭提離孔底80-100mm，維持旋轉10-30分鐘，進行第一次清孔，完全把樁孔內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

鋼管柱分節工廠預制，采用高強螺栓連接。鋼管柱根據支撐標高進行分段，使鋼管接頭位于混凝土支撐中中間，為方便運輸每節長度不大于12m，立柱樁第一次清孔完成，鋼筋籠鋼管柱經監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筋處。吊放入孔時，應對準孔位輕放、慢放，不得隨意扭動。

（2）第一節鋼管柱吊裝。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）第二節鋼管柱吊裝.第二節鋼管柱吊裝前用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，調至1000N.m（螺栓強度等級8.8，M27對應扭緊扭矩可取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

依次逐節下放鋼管柱，下放完畢后，通過吊筋和臨時法蘭調整樁心及標高后，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，安裝灌注導管進行第二次清孔，清孔時應不斷的注入新漿置換泥漿，調整泥漿性能，保證孔底500mm內的泥漿比重小于1.25，含砂率小于8%，粘度應小于28S，將孔內的殘存泥渣清除干凈，清清孔以后，孔底的沉渣厚度應不大于50mm。

4.7 水下混凝土澆筑

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

此處特別要注意的是，由于設置了防止混凝土繞流的圓環，在混凝土灌注至圓環部位時，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，應及時拆管以減小混凝土上升對鋼筋籠的托舉力，當混凝土面接近防繞流環部位（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，之后則可順利澆筑，不容易出現鋼筋籠上浮情況。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。