拋石區灌注樁施工技術探討

摘 要：由于事先城市規劃的局限性，沒有給港口倉儲服務預留足夠的空間，填海造地成為了提升一個城市的倉儲能力的方法，填海區一般采用拋石法，該填海區上部再修建其他建筑物時，尤其樁基礎，拋石會使灌注樁施工極其困難，境內往往采用沖擊鉆成孔方式施工，此方法施工效率低，擴孔嚴重，現介紹一種帶通鉆孔法樁基施工技術，以解決灌注樁施工困難的難題。

關鍵詞：灌注樁;拋石區;沖擊鉆;帶通鉆孔法

中圖分類號：U3T4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）03-0040-03

0引言

鉆孔灌注樁施工技術是工程中常用的一項施工技術，具有施工工藝成熟、效率高、質量有保障的特點，但是在具體施工中容易受到多種因素的影響，對建筑工程施工穩定性造成了嚴重的破壞。因此，文章基于工程實例，在簡要闡述鉆孔灌注樁施工技術優勢的基礎上，介紹了鉆孔灌注樁施工技術的應用流程[1]。

1工程概況

新城填海區A區至澳門半島之間的連接通道—連接橋建造工程，位于澳門友誼圓形地，新城填海區A區北部及其之間的海域，是連接港珠澳大橋的澳門段關鍵性工程之一。本工程包含3座高架橋，高架橋橋臺均處于拋石海堤上，橋臺共34根直徑610 mm灌注樁，樁長76 m。橋臺均位于填海拋石區，拋石深度15 m。

2施工方法選擇

澳門地區靠近海岸位置均為拋石回填，且拋石護坡拋石直徑較大，對該區域進行地質條件確認，根據柱狀圖顯示，該區域存在拋石層;且澳門本地對環保要求極高。境內對于巖層灌注樁施工，常規采用沖擊鉆、旋挖鉆施工，施工工藝分析如下：

（1）功效方面：沖擊鉆、旋挖鉆施工效率低，施工工程中需要反復回填以保證鉆進的垂直度，且施工過程中擴孔嚴重;拋石區采用帶通鉆孔法施工，經過前期34根灌注樁鉆孔時間的統計，此工法鉆土速率7.5 m/h，入巖速率2.5 m/h，通過拋石區時，速率可達到4.5 m/h。相比于境內常用的沖擊鉆成孔、旋挖鉆成孔的方式，拋石區施工效率可達到其的10倍左右;

（2）環保方面：境內采用泥漿護壁時，灌注樁混凝土過程中，會將孔內泥漿排出，由于灌注速度以及灌注總時間有要求，孔內泥漿需要在一個很短的時間內全部運走，需要準備大量的泥漿清運設備處理泥漿。工程處于澳門海邊，對環保要求高，采用帶通鉆孔法施工時，由于孔內為清水，可以直接排入河流中或下水管道內，僅需在鉆孔過程中清理沉渣即可，在環保要求嚴格或市區，此功法有很大優勢。根據如上對比，且考慮現場實際情況，灌注樁采用永久全套筒，內安裝鋼筋籠，鉆孔采取帶通鉆孔法，灌注B40混凝土[2]。

3施工方法

3.1 場地準備

先對橋臺樁基場地內的障礙物進行清理，并通過挖掘機和壓路機配合人工對整個施工區域進行整平壓實，特別是在樁和座機的范圍之內，要完全平整，以確保鉆孔以后灌注的樁可以垂直地深入地底。

3.2 確定樁位

依照設計圖則測定樁位及地面高程，并依照基樁點位坐標值于現場使用全站儀進行放樣。距樁位中心2m位置固定三個坐標控制工具，以便在套管鉆進時檢查套管是否偏移;在鉆進過程中用水平尺檢查套管壁垂直，樁位最大允許偏差為75 mm ，垂直度最大允許偏差為1/75。

3.3 鉆孔方法

在確立的樁位上，采取帶通鉆孔法（Odex-System）由氣動錘清洗鋼套管內頂層松軟土質及帶同鋼套管同步鉆入地底直至巖層。在鉆孔過程中會于每 3 m距離用水平尺檢查臨時鋼套管之垂直度，垂直度標準必須控制在設計要求之范圍內（1/75）。氣動錘由空氣壓縮機生產高壓氣體傳動，高壓氣體通過管道進入樁底，將松軟土及巖渣吹動與水體融合。同時將清水通過樁基灌至樁底，講過不斷注入將污水排除至沉淀池，以達到清理鉆渣的目的。灌注樁采用全護筒，鋼套筒外徑為610 mm，壁厚為10 mm，與境內最常采用的泥漿護壁不同，此方法不需要調整泥漿比例，直接注入清水即可，不存在塌孔的情況。但需接長護筒，護筒每標準節長度為12 m，當鉆孔深度超出鋼套管標準長度時，以開坡口焊接的方式接駁。

鉆孔過程中會由鋼套管邊吹出地底巖樣，顧問代表可檢查該巖樣及作出判定。當鉆孔至預定石面深度時，由顧問判定巖石樣本是否達到設計標準，用以確定該樁石層面標高。

3.4 清孔及成孔驗收

驗收通過后隨即于樁孔內注入水及風壓清洗樁孔，以確保樁孔清潔滿足設計要求，并用量筒取水樣予顧問代表驗收，由于采用全護筒，驗收標準為，量筒內為清水，不能含有大量泥沙。完成清孔及驗收通過后抽出整套鉆桿及氣動錘，再由顧問測量鉆孔深度，以判斷該鉆孔是否達到施工圖紙要求。顧問核實鉆孔一切達到施工圖則上之要求后，即完成該鉆孔過程。

3.5 成孔質量檢測（Koden 測試）

與境內采用的探孔測試不同的是，灌注樁成孔以Koden測試進行檢查。Koden超聲波成孔檢測，是應用超聲波反射技術，對鉆孔灌注樁成孔質量進行綜合檢測的新技術。將超聲波檢測設備固定在孔口，超聲波發射、接收探頭在電纜的牽引下，沿充滿泥漿的鉆孔中心以一定速度下放。在下放過程中，超聲波探頭連續向孔壁垂直定向發射固定頻率的超聲波脈沖，同時探頭連續接收孔壁處的反射波，根據聲波的走時及聲波的傳播速度，確定探頭與孔壁的距離。將探頭測定的水平距離連續繪制在記錄紙上，便可反映出不同斷面鉆孔的直徑、傾斜度及深度，從而判定成孔的質量。

現場實測時，超聲波探頭的下放依靠絞車自動控制完成，反射信號從接收探頭傳至地面的記錄儀，通過計算機打印成圖。檢測前應對超聲波側壁測定儀進行必要的檢查，如鋼絲繩是否有損壞，探頭與鋼絲繩之間的連接是否牢固，電纜是否正確連接，測試日期是否正確等。應確定測量剖面方向與實際方位（樁底標高、樁底標高、地面標高）的關系。

為避開超聲波法測試盲區、便于成果分析、儀器探頭應盡量對準鉆孔中心。測試中可采用有效手段，如降低絞車升降速度、增加聲波發射功率、提高靈敏度抑制干擾信號等，消除記錄中反射信號模糊斷續或空白段。現場測試成果超聲波掃描圖應有明顯的刻度標記，能清晰地反映孔壁形態。打印記錄紙應有足夠的長度，以滿足成圖需要。第三方將查看檢測結果后，將成孔質量是否滿足要求反饋至顧問，以進行下一步施工。

3.6 制作安裝鋼筋籠

當鉆孔過程完成及各項驗收通過后，便開始放置鋼筋籠。鋼筋籠會預先于地面根據圖紙要求綁扎好，縱向主筋內側每4 m設置一個Φ20 mm加強箍筋，加強鋼筋籠的整體穩定性。制作完成后經顧問驗收完成后方可進行安裝。澳門地區樁基主體鋼筋不允許焊接（輔助鋼筋可以焊接），加強箍筋與主筋之間采用U型鐵碼接駁器連接。鋼筋籠安裝過程中，兩節鋼筋籠之間使用U形鐵碼接駁器接駁，每根主筋搭接用2個U形鐵碼鎖緊，鋼筋搭接長度為56D。所有鋼筋籠會用分隔器（Spacer）每4 m穩固。鋼筋籠放置完后，隨即安裝Φ220 mm之輸送導管至孔底，以備灌注混凝土。聲波管和界面取芯管焊接在鋼筋籠內加強箍筋上，測試管底部用2.5 mm厚鋼板燒焊密封。所有預埋管都應在澆筑混凝土之前進行水封，預埋管及管端密封材料均需防水。

3.7灌注混凝土

本工程鉆孔樁使用B40的混凝土，采用水下導管澆筑法澆筑，導管直徑為220 mm。安裝灌漿導管時，導管底部下至距樁底200 mm以上位置。灌漿導管頂部與灌漿漏斗牢固連接，導管及灌漿平臺需安全固定在臨時鋼套管頂部。

在初次混凝土澆筑時，使用兩個漏斗，首斗（1～3 m3）采用B40無收縮水漿（同樁身混凝土強度等級）作為接漿料，另外在水泥漿斗上方備一斗（6 m3/斗）混凝土。于澆筑前，在導管上部使用隔離球隔離導管內水與水泥漿。澆筑時，先打開無收縮水泥漿斗閥門，澆至一半后，打開上方準備的另一斗混凝土閥門，混凝土通過水泥漿斗一次性澆灌至樁端。

在安裝末節鋼筋籠時，在鋼筋籠頂端綁條尼龍繩，尼龍繩長度以可延伸至地面操作人員手中為宜。在澆筑混凝土及拔出臨時套管過程中，監督人員需通過密切監測手中拉緊之尼龍繩是否松動來判斷鋼筋籠是否上浮。澆筑過程中，灌漿導管底部埋深應始終保持在2 m以上，每次拆管時間要快，迅速連貫。要準確測定孔內砼上升速度，控制好導管提升速度。嚴禁把導管底端提出砼面，避免造成斷樁。每澆注一攪拌車混凝土應測量孔內混凝土面標高，提拔導管時要準確測算埋管深度，拆除的導管要立即清洗干凈。混凝土澆注工作接近完成時，要加強樁頂標高的測定，可用測錘、取樣器等手段，以超過樁頂標高2 m以上為宜。

澆注混凝土完畢，立即拆除導管清洗管內殘留混凝土及四周泥沙，并做好檢修及保養。在澆筑過程中，安排專人做好詳細記錄，填好水下混凝澆筑記錄表，運輸、容量和混凝土平水應被記錄。另外要在澆筑前測試混凝土塌落度，并及時取樣制作混凝土試塊，以作強度測試。

3.8 樁身質量檢測

（1）聲波測試：于預埋聲測管中使用超聲波儀檢查樁的完整性，測試范圍為100%。（2）全長取芯測試：當混凝土澆筑達到28天后，安裝鉆探機進行樁身全長取芯，通過對芯樣進行強度測試，以判斷成樁質量。使用雙管鉆心筒來取樣，取芯直徑至少100 mm。測試范圍為10%，具體樁位由質量控制單位確認。（3）界面取芯測試：取芯方法同全長取芯測試，在預埋管中安裝鉆具及取芯筒，以抽取樁底混凝土及基巖芯樣，以判斷接觸面成樁質量及基巖質量。測試范圍為100%。（4）測試完畢后，測試管內灌入抗壓強度大于40 MPa無收縮水泥漿。

4常見事故的預防及處理

此工法施工時，灌注樁常見的問題，如鋼筋籠上浮、混凝土堵管、偏彎孔、短樁、斷樁也會發生，與境內一般灌注樁處理方法相同，就不在贅述。現就成孔時“漏砂”問題進行詳細介紹及處理辦法。帶通鉆孔法成孔時，采用全護筒，且伸入巖層。正常施工時，護筒伸入巖層后，巖層與護筒形成一個封閉環境，將鉆孔內外隔離，泥沙等不會進入樁孔，鉆孔內部為清水環境。當遇到底部巖層為傾斜面時，會造成一側護筒已伸入巖層，而另一側仍有空隙的情況，導致泥砂通過空隙進入孔底，從而引起“漏砂”，樁底沉渣過厚影響樁基質量。漏砂的處理辦法有三種，現一一進行介紹。（1）繼續鉆孔：利用鉆機將入巖部分擴大，將護筒伸入巖層部分增長，將護筒與斜面巖層之間的縫隙消除，從而不漏砂，達到處理“漏砂”的目的。（2）灌注混凝土后重新鉆孔：若經過多次鉆孔，將護筒伸入巖層長度增加后，還有漏砂情況，可采用灌混凝土的方法解決。采用帶通鉆孔法施工時，灌注樁入巖部分施工效率很高，所以可以先用混凝土封閉后再鉆孔。混凝土封閉方法與樁身灌注混凝土相同，同樣采用B40的混凝土，采用水下導管澆筑法澆筑，導管直徑為220 mm，為保障再次漏砂可將混凝土灌注高度控制在巖面以上約2.5 m。混凝土灌注后，待混凝強度達到設計強的60%后，即可開始重新鉆孔，鉆孔至設計深度后清孔，查看是否還有漏砂情況，若還有漏砂情況，則重復此項工作，直至不漏砂為止。（3）泥漿護壁法：若采用混凝土封閉后，還是無法達到阻止漏砂的情況，則可以考慮泥漿護壁法。即鉆孔到位后，采用膨潤土造漿，注入孔內，將清水更換。將膨潤土與水按照比例用攪漿桶拌和，泥漿比重控制在1.03～1.10、黏度17～20 s、含砂率<2%。泥漿攪拌完成后，安裝導管，將泥漿從底部開始灌入，直至頂部溢出的泥漿滿足要求時，停止灌注。利用泥漿的粘稠度，將護筒外砂隔離在外。同時開始安裝鋼筋籠，鋼筋籠安裝完成后再安裝導管，循環泥漿，檢測泥漿質量，然后灌注水下混凝土。此方法存在一定的風險，即底部可能有沉渣，而采用全護筒的樁基底部不允許有沉渣，界面取芯測試時有不合格的風險，此方法慎用[3]。

5與傳統灌注樁施工方法利弊分析

拋石區采用帶通鉆孔法施工與境內常規的灌注樁成孔相比有很多的優勢，也有很多的弊端，結合實際施工情況進行對比如下：

5.1 造價方面

由于采用全護筒，護筒壁厚10 mm，且護筒為一次性投入，造成樁基的成本大幅度增加，是同等直徑樁基造價的4倍左右，但由于護筒也可承受一部分承載力，灌注樁直徑可以適當減小，綜合分析后該功法是境內常規灌注樁造價的2.5倍左右，其高昂的造價也是造成其未在境內廣泛推廣的重要原因。

5.2 樁基質量

帶通鉆孔法施工，采用全護筒，用護筒與外界隔離，可以有效的避免了塌孔、擴孔、縮孔、夾砂等常見樁基事故的發生。另外由于成孔后，孔內為清水，可以有效的避免樁底沉渣過厚造成樁基承載力下降的問題。

5.3 功法限制

由于需要采用空壓機帶動鉆機鉆孔，并將孔底鉆渣吹出，此造成了如樁基直接過大時，就難以帶動鉆機成孔，該功法限制了樁基直徑必須在0.8 m以內，此也致使其無法在大型結構物或對沉降要求高的建筑物施工時應用。

6結語

灌注樁在境內已是成熟工藝，由于中國地大物博，填海造陸的情況很少，在拋石區施工灌注樁的情況更是少見，所以相應的施工經驗也很少，但一些領土較小的國家填海、填湖造陸的情況較多，如荷蘭、日本、摩納哥、新加坡等，填海之后往往會在上部修建橋梁、房屋等建筑物。采用帶通鉆孔法施工，可以有效通過填筑的拋石區，而且工期得到很大縮短，樁基質量也易得到控制，而此工法在國外也屬于成熟工藝，云貴喀斯特地貌區也可考慮此功法，以有效避免溶洞造成的困擾。帶通鉆孔法施工拋石區灌注樁為我們提供了另外一種施工思路，也可以為境內、國外類以工程提供一定的參考。

參考文獻

[1] 李進.旋挖灌注樁施工工藝探討[J].工程建設與設計，2016（18）： 173-174.

[2] 李昂.鉆孔灌注樁施工技術研究[J].工程技術研究，2020（8）：66-67.

[3] 楊玉輝.鉆孔灌注樁施工要點[J].建筑技術開發，2007（7）：51-52.

Construction Technology of Cast-in-place Pile in Riprap Area

WANG Zhaozhao

（CCCC THIRD HARBOR ENGINEERING Co.， Ltd.， Lianyungang? Jiangsu? 222042）

Abstract： Due to the unreasonable urban planning in advance and the lack of sufficient space reserved for port storage services， land reclamation has become a method to improve the storage capacity of a city. The riprap method is generally used in the reclamation area. When other buildings are built on the upper part of the reclamation area， especially the pile foundation， riprap will make the construction of cast-in-place pile extremely difficult， Percussion drilling is often used for construction in China. This method has low construction efficiency and serious hole expansion. This paper introduces a band-pass drilling pile foundation construction technology to solve the difficult problem of cast-in-place pile construction.

Keywords： cast in place pile; riprap area; percussion drill; band pass drilling method

收稿日期：2021-12-20

作者簡介：王兆召（1987—），男，河北衡水人，本科，工程師，研究方向：土木工程、拋石區灌注樁施工技術。