濱海潮間帶塊石回填區樁基施工控制要點

劉杰

中鐵二十五局集團第五工程有限公司 山東 青島 266000

1 工程概況

膠州灣岸線整治工程-觀景平臺水工工程，位于青島市環灣大道西側膠州灣潮間地帶，觀景平臺結構工程采用樁基梁板式結構，下部樁基采用Φ800C35F300鋼筋混凝土灌注樁，樁長18.8m，樁柱一體，排樁中心距5.5m，單樁承載力設計值為2300KN，樁頂面為現澆鋼筋混凝土縱梁，樁柱及縱梁通過預制安裝的鋼筋混凝土面板與后方現澆的鋼筋混凝土承臺連接。

樁基采用沖擊成孔工藝，配備三臺手拉錘式沖擊鉆機和兩臺烏卡斯式沖擊鉆機。施工前期，發生了樁基偏位、塌孔、漏漿、卡錘、低效等若干問題，后通過及時采取相應的防范措施，上述問題基本得到有效控制。

橫斷面示意圖

2 工程地質及場地條件

根據基地質勘查報告并結合現場實際情況，樁基作業區地質條件較為復雜，屬于填海區，按從新到老、自上而下的層序分述如下。

①塊石護坡層，為環灣大道海基護坡，采用300mm-400mm厚花崗巖塊石干砌而成，坡度1:1.5；

②大塊石回填層，該層原為雜填土層，受多年潮汐海浪沖刷淘換影響，現保留的基本為大塊石，粒徑約為200mm-600mm，該層厚度3m-5m，下部局部夾有淤泥；

③淤泥質砂土層，上部為黑色，具有可塑性、流動性，下部逐漸由黑變灰再變黃，淤泥質含量逐漸減少，砂礫為中粗砂，層厚2m-3m，局部不均勻；

④粉質粘土層，上部夾有少量淤泥，大部為棕褐色，具有硬塑性，層厚5m-7m，局部不均勻；

⑤全風化角礫巖層，棕褐色，全風化，厚度不均勻，層厚2m-3m；

⑥強風化角礫巖層，棕褐色，強風化，為樁端持力層，含有煌斑巖。

作業區水文條件惡劣復雜，水質為海水，水位受潮汐影響顯著，設計高水位達到1.98m，極限高水位達到3.22m。漲潮時，水面可將樁位開孔位置全部淹沒，退潮時露出。

作業區場地條件受限制較多，作業區東側為現狀環灣大道，交通流量較大，不得占用車行道，西側為潮間帶回填區，潮間帶無法滿足樁機作業條件。根據現有場地條件及樁機安全作業要求，采用搭設型鋼-貝雷梁組合平臺的方式以滿足樁機作業要求。該區域附近無淡水及電力供給，采用水車供水、柴油發電機供電的方式滿足施工水電要求。

3 樁基施工過程中出現的問題、原因分析以及采取的防范措施

鉆孔偏位、歪斜。在第一批灌注樁沖孔過程中，在穿越上部塊石層時均發生樁位偏位和樁孔歪斜的現象。

經分析，造成樁位偏位和樁孔歪斜的主要原因是塊石回填層的地質原因，該地層現狀基本為200mm-600mm花崗巖塊石，且粒徑不均，極為松散，深度可達5m。雖然開鉆前已用挖掘機將樁位周邊塊石進行了挖出，但沖打過程中周邊石塊掉落嚴重，特別是大塊石掉落后直接影響錘擊位置和成孔角度，甚至危及鋼平臺和現狀環灣大道護岸的穩定性。

防范措施：根據原因分析并結合現場實際操作反復糾正，最終采用雙護筒的解決方案。首先在退潮時，以樁位為中心，用挖掘機將塊石挖出，挖深3m-4m，坑底回填約500mm厚黏土并鋪平，重新定位放點后，將壁厚12mm、直徑1300mm、高4500mm的鋼制大護筒用吊車吊裝就位，挖掘機配合將其壓入回填的黏土中，護筒就位后貼近護筒外壁回填黏土，邊回填黏土同時回填塊石，該過程需分層周圈平衡回填，以保證大護筒垂直度；然后大護筒內填滿黏土，重新測量標記好樁位，根據樁位搭設型鋼-貝雷梁組合平臺；平臺搭設完成后，采用吊車將壁厚10mm、直徑900mm、高3000mm的鋼制小護筒吊裝就位，并采用直徑25mm以上的鋼筋棍呈“米”字型分上下兩道分別固定于鋼平臺和大護筒上，鋼筋棍與大護筒和鋼平臺焊接牢固，與小護筒接觸端要頂在小護筒外壁上，不做固定，保持上下滑動；樁機就位后，將沖擊錘裝入小護筒內，開始慢慢錘擊成孔，隨著成孔深度加大，小護筒會隨著錘擊下沉，當小護筒頂部低于設計高水位前，拔出沖擊錘，再焊接一段同樣規格的小護筒，再行錘擊成孔。經統計，小護筒一般進入粘土層2m左右就不再下沉，每根樁基本需要三節（3*3m）小護筒接長使用。在護筒內沖孔時，要定時觀測小護筒垂直度，該段過程宜采用低錘快擊。

采用該雙護筒工藝后，基本避免了錘擊沖孔前期樁位偏移和樁孔歪斜的問題；并與設計單位溝通后，通過調整配筋和保護層厚度，將小護筒作為外露柱體的模板使用。

孔壁坍塌、漏漿。在第一批灌注樁沖孔過程中，在穿越塊石層和淤泥質砂土層時均發生較嚴重的孔壁坍塌現象。經分析，造成孔壁坍塌的主要原因由地層原因和水文原因兩方面：①地層原因，樁孔上部穿越回填塊石層，該層極為松散，塊石極易受錘擊振動塌落；淤泥質黏土層淤泥含量較大，具有遇水流動性。②水文原因，受海濱潮間帶潮汐影響，地下水位呈周期性漲落，且水量較大，沖刷性較強。漲潮時，海水可直接通過塊石空隙和砂土層空隙沖入孔道內，對泥漿造成嚴重稀釋，失去護壁效果；退潮時，孔內泥漿隨海水漏失，水頭高度不足，甚至出現干孔現象。

防范措施：根據造成孔壁坍塌、漏漿的原因分析，并經過現場反復改進修正，最終通過采取雙護筒結合潮汐規律控制孔內泥漿的方式，對該問題得到了有效的解決。雙護筒護壁方案在上條已作出詳細陳述，基本解決了地層原因造成的孔壁坍塌和漏漿。水文方面，潮汐造成的地下水位漲落的影響，控制的關鍵為樁孔內外水頭壓差的平衡和泥漿密度的保持。

退潮時，地下水位降低，孔內漿位高于孔外水位，泥漿會慢慢隨海水滲出，泥漿密度基本不變，漏漿點主要位于小護筒底部與孔壁結合處。對此，應盡量避開在退潮時施打粘土地層，適當控制沖孔速度。

漲潮時，地下水位升高，孔內漿位低于孔外水位，海水會慢慢滲入孔內，造成孔內泥漿密度稀釋，此時極易造成小護筒再次下沉。對此，漲潮時要同時做好孔內補漿工作，始終保持孔內足夠的水頭高度，并及時測量泥漿密度，適時補充黏土，保持好足夠的液柱壓力。

卡錘、埋錘。在第一批灌注樁沖孔過程中，經常出現卡錘現象，甚至在第三根樁成孔后出現埋錘現象。經分析，造成卡錘、埋錘的主要原因有三方面：①是在沖孔施打下部地層過程中，孔壁上部地層內塊石受錘擊震動影響，會出現探頭石、掉落石現象，在收錘時易造成卡錘；②是在采用鋼護筒護壁措施后，收錘時，在鋼護筒底部易造成卡頓現象；③是在成孔后，未及時灌注混凝土，樁錘未及時收回，孔內受潮汐影響，沉渣速度過快、厚度過厚，極易造成埋錘。

防范措施：根據上述原因分析，并與樁機操作人員反復摸索探討，收錘時不宜過快，應緩慢抖動式收錘，隨時觀察鋼絲繩緊度，遇見卡頓，應立即停止收錘，慢慢反復提拉，直至通過；在通過小護筒底部時，要在鋼絲繩上做好標記，緩慢提拉，遇見卡頓，應立即停止收錘，旋轉沖擊錘角度后再緩慢提拉收錘。

3號樁埋錘后，經過原因分析，在成孔后宜立即清孔、下方鋼筋籠并灌注混凝土，停止錘擊沖孔時，不得將沖擊錘置于孔內。該樁位埋錘后，經與設計單位溝通，直接將埋錘打入樁底，并增加3m樁長。

成孔效率低下。經統計，第一批五根樁平均成孔時間達到5.5天，成孔效率頗為低下。經分析，造成成孔效率低下的原因主要有兩方面：一是施工前期經驗不足，面對各種施工問題沒有預判，沒有提前采取有效的防治措施，多次造成施工停頓；二是受潮汐影響較大，漲潮期間水位淹沒樁頭，不可控因素增多，且提前沒有掌握潮汐變化規律，特別是碰上白天漲潮、夜間落潮期間，施工降效顯著。

防范措施：經過原因分析，在解決了前述問題后，成孔時間明顯縮短；提前根據《青島市潮汐時刻表》做好工作安排，施工計劃細化到以“時”為單位；同時提前與商砼站協調好供應時間，確保商砼能及時供應；合理安排好作業人員倒班，保證能全天候根據潮汐情況進行樁基作業；經手拉錘式沖擊鉆機與烏卡斯式沖擊鉆機成孔時間對比，烏卡斯式沖擊鉆機成孔速度明顯高于手拉錘式沖擊鉆機，烏卡斯式沖擊鉆機對砂土層以下地層沖擊穿越效果較好，隨在第三批樁開始全部更換為烏卡斯式沖擊鉆機。

在采取了上述措施后，后續成樁速度明顯加快。經統計，從第三批樁基施工開始，單根樁成樁時間平均為1.5天。

混凝土灌注嚴重超方。經統計，第一批五根樁混凝土平均用量達到14.5m3，而設計方量為9.45m3，超方率達到53%。經分析，混凝土灌注超方的主要原因有兩方面：一是塊石層存在空隙，低水位灌注時跑漿跑灰現象嚴重，每當混凝土面灌至塊石層時，砼面上升緩慢，嚴重低于計算上升速度；二是擴孔率較大，經對成孔測量發現，從淤泥質砂土層到孔底，成孔直徑逐漸變小，平均成孔直徑達到500mm，存在局部闊孔現象，且沖孔時間越長，擴孔率越大。

防范措施：針對超方問題，經過上述原因分析，在采用雙護筒后，超方量明顯減少，第二批樁單根混凝土平均用量降到12.5m3；同時，從第三批樁開始，采取不間斷施工，成孔、洗孔、安放鋼筋籠、灌注混凝土中間不間歇，將單根樁混凝土平均用量降至了11.5m3。

4 處理效果

在施工完畢后，根據《建筑樁基檢測技術規范》，本工程經青島軌道市政工程質量檢測鑒定中心對全部118根樁進行低應變動力檢測，全部達到二類樁及以上等級，樁身無明顯缺陷；對8根樁進行高應變動力檢測，單樁軸向承載力均滿足設計要求。

5 結束語

在濱海潮間帶塊石回填區進行樁基施工，根據地質條件復雜、水文條件多變、施工條件惡劣、安全環保要求嚴格、可借鑒施工經驗不足的工程特點，為更好的補充該項施工經驗，結合現有工程，發現問題，分析原因，并采取切實有效的防范措施，為后續類似工程能提供一定的參考價值，總結濱海潮間帶塊石回填區樁基施工控制要點如下：

（1）要根據出現的問題，分析問題原因，及時采取有針對性的防治措施。

（2）針對樁孔偏位歪斜、塌孔漏漿等問題，采取雙護筒后能有效得到防治。

（3）針對工效低、成本高等問題，應結合潮汐規律，提前細化工期、材料、勞動力、機械設備等各項安排，能有效地縮短工期、降低材料消耗。

（4）鑒于該工程的特殊性，傳統沖擊成孔灌注樁施工工藝不能很好地滿足施工效果，應根據問題的原因分析，及時調整適應的操作工藝，并做好交底，使施工工藝滿足現場需要。