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、沿海經濟區開始投入不同規模的建設，各類市政道路工程、橋梁工程，乃至機場都在這類區域內有所涉及。然而海涂區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地質特點、施工難點，結合某項目系統地闡述了海涂區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 海涂區地質特點

近期由吹砂填海形成的陸地稱之為海涂區。該類區域原為海洋范圍，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，海涂區均設有縱橫向的河道，河床底部設置拋石鎮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，因該區域長期處于海洋環境，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，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

根據地勘報告顯示，海涂區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，最終優化確定了海涂區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。根據現場觀測，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生。糊鉆的具體表現為砂土或其他膠泥吸附于鉆頭之上，導致鉆進異常緩慢，甚至出現無法鉆進、憋泵現象，最后造成鉆頭被埋的埋鉆現象。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節鉆桿1次拆除、2節長12 m的鋼筋籠連接完成后1次安裝、2～3節導管1次安拆等；清孔采用反循環清孔工藝，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，導致泥漿循環中砂率將持續提高，若處理不到位將影響泥漿壁的形成與穩定，極易導致頸縮、穿孔等質量問題，嚴重的將發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池，同時根據檢測指標及時向循環池內投遞膨潤土并攪拌均勻，以滿足循環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，避免斷樁事故的發生，導管埋深應比規范要求超深2 m以上，即埋深按4～6 m控制。混凝土面測量時，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。承臺開挖后的數據顯示，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，系統闡述了海涂區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。

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，在后續工程實施中，可根據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.