不良地质中粗砂层钻孔灌注桩施工质量的控制研究

梁文杰

（中交四航局第一工程有限公司，广州 510420）

1 引言

在土木工程建筑历史进程中，桩基础是一种被世界各国广泛运用的基础形式。从古代的木桩使用，到近代的混凝土制桩和钢桩,随着新材料、新设备的发展，桩基础的桩径、桩长也得到同步提升，有力推进了地面建筑物的快速发展。由于打击桩在施工程中会对周边土体产生振动，同时噪声污染大，在城市里建设中逐步被淘汰,因此钢筋混凝土桩迅速发展。通过对国外先进技术的引进,结合中国国情加以创新，在施工实践中不断改进完善后,钻孔灌注桩施工工艺不断提升，基本满足各种不良地质状况的运用，根据现场的施工细节进行完善调整，达到承载地面上构建建筑物的基础支撑需求。

2 工程概况

广东省佛山市高明区明城镇临空经济产业园基础设施配套建设项目中，为进一步完善交通通行现状，需要新建一座人行道天桥。高明大道呈东西走向，是贯穿高明中部的大动脉。高明大道为一级公路，双向8 车道，标准段宽65 m。新建的天桥需要上跨高明大道，主桥为钢箱梁，跨径组合为2.05 m+30.7 m+29.9 m+2.05 m=64.7m，桥面净宽3 m，总宽3.5 m。天桥两侧设置供人行走的钢结构梯道，坡度设计值为1∶3，梯道的设计宽度为4.1 m[1]。

3 工程地质条件

本项目地处珠江三角洲平原区，经现场地质勘察，场地地表分布人工填土，均匀性差，局部厚度较大会出现一些不均匀沉降。沿线局部地段发育的淤泥主要呈现为高压缩性软土，此类土质具有含水量高、孔隙比大、压缩性高等地质特点，工程表现为力学强度差，容易产生侧向滑移、不均匀沉降。由于土体灵敏度高，施工现场极易发生蠕变等地质灾害，对采用的各类桩基础都会有负摩阻力，对场地的稳定性影响较大，最严重的是部分桩基所处的局部地段存在含水率较大中粗砂层和溶洞，应采取相应的措施处理。

4 施工工艺概述

本工程施工期间需要考虑外界干扰因素，中桥墩桩位及两侧桥墩梯道桩位占道部分监管单位不同，需对应协调审批施工。项目部优先施工两侧桥墩桩位，再开展桥中桩基施工，本着“能做先做、快做”的施工总体原则，确保工程进度。

5 施工质量要点控制

5.1 钢护筒设计

桩基钢护筒形式分为单护筒和双护筒[2]，根据地质勘探情况，对无溶洞等不良地质桩位采用单护筒形式施工，设计内径宜比桩径大200 mm；对特殊地质桩位采用双护筒施工，设计外护筒内径宜比桩径大400 mm，内护筒内径宜比桩径大200 mm。钢护筒采用壁厚12 mm 的Q235 钢板卷制，壁厚的确定根据表1 中的直径、长度计算。不同的桩位，根据现场放样桩位的地质实际情况，对护筒进行加长，从而减少桩基在成孔过程中出现塌孔、 缩孔等意外事故的发生。本工程在护筒上、下端口和中部外侧各焊一道加劲肋，有效增加护筒刚度，防止护筒在施工过程中产生变形[3]。

5.2 钢护筒埋深

钢护筒的埋设深度根据地质勘探说明，在制作中分节段进行拼装，外护筒需要穿过软弱覆盖层以下2 m 或中微风化岩以下0.5 m 进行控制，内护筒埋设深度要求穿过溶洞至基岩面。

5.3 钢护筒埋设

根据现场情况，钢护筒采用液压振动锤法进行施工，护筒的埋设需做好精准定位，埋设时护筒中心与桩位中心的偏差＜50 mm，倾斜度＜1%，确保旋挖钻沿着桩位垂直方向准确、稳定工作。在施工中，对钢护筒沉放全过程测量定位，从而有效控制护筒偏位和垂直度的偏差范围。为增加有效护筒刚度，在护筒上、下端外侧各加焊一道加劲钢筋，防止护筒在施工中产生变形。护筒之间的接头拼接平顺且做好密封防止漏水，护筒内不允许出现突出物，施工中应抗拉、耐压。

5.4 护筒施工注意事项

1）在钢护筒振动下沉过程中，以10 s 为一振动控制周期，每振打10 s，测量一次护筒是否偏位，用吊装设备进行微调。逐一振打使桩慢慢贯入。当达到设计标高时，停止振打，用仪器测量钢管桩底的标高，做好相关测量数据的记录。

2）护筒下沉过程中，注意观察，当桩身突然倾斜，偏差超过容许范围应立即停止施工，采取有针对性的措施后，继续施工，确保沉桩安全。

3）钢护筒的埋设，必须安排测量人员实时用线坠监控施工过程的垂直度，如有偏差，用吊机与振动锤配合，精准管控确保钢护筒埋设的施工质量[4]。

4）钢护筒的接长一般采用焊接方式。焊缝采用单边V 形坡口形式，通过上节45°～55°坡口的角度与下节护筒焊接，钢护筒应设置内衬套或内衬环在护筒内壁上，一个横截面内，只允许出现一条纵向焊缝。钢护筒在焊接完成并满足相关要求后，才能进行下步整体振动的沉放组织施工。在整个施工过程中，根据地质状况的变化，可以采用钢护筒下沿配合钢刃脚辅助切土的方式施工。

5）内护筒埋设：由于本工程内护筒平均长度27.7 m，施工过程内护筒难以一次下沉到位，内护筒的下沉与钻机钻进交替进行（3～5 m 为一次护筒下沉、钻机钻进周期），穿过溶洞段需一次性下沉到位，如图1 所示。

图1 外护筒设置大样图

6）经过现场管控，还需采用对称填土、夯实来处治护筒周围。

7）周边土体施工完成后，对护筒的中心位置和垂直度再次校核纠偏。

5.5 钻进成孔施工

1）准备工作及桩位复核完成后，可以组织钻孔施工。桩基（5 m 内）的混凝土灌注完成1 d 后，才能进行下一颗钻孔施工，避免出现扰动破坏。

2）准备钻孔时，应先启动钻盘，缓慢旋转，将钻孔周围的土体初步挤压密实，再进行钻进施工。

3）钻孔过程中应适时观测并记录相关数据，钻孔施工中按试验规程做好泥浆黏度、重度和含砂率试验，观察钻出的土体变化。

4）钻孔过程应适时捞取钻渣，与设计地勘资料比对，收集好渣样，按规定取样封存，现场与设计偏差较大时应马上采取措施应对。

5）孔桩施工的整个环节必须连续施工，中途不能停止，直至成桩。

6）遇到溶洞地质的施工方法（本项目的重点难点）：钻孔施工前，提前做好地勘复核，精准确认有溶洞区的桩基位置。通过地质雷达探勘，初步预估溶洞的容积，根据溶洞的地质状况、深度、高度，制订相应的施工方案，确定适宜的填充物类型。根据溶洞的容积，采取抛填、注浆固结、灌注混凝土等不同的处理方法。

本工程在穿越溶洞区域时，护筒施工顺序为：外护筒一次埋设到位→内护筒埋设至穿透软弱覆盖层0.5～2 m→旋转钻进至桩底标高→内护筒跟进至桩底标高。具体施工控制如下。施工方法：钢护筒跟进法。根据本工程的地勘资料，桩基穿越的为小型半充填的溶洞，即单个溶洞高度≤4.0 m 的溶洞。采取预钻孔及埋设双钢护筒的方式对上部松软覆盖层的土体进行隔离。施工过程中有效避免了漏浆造成孔壁坍塌的事故。在采用护筒跟进法穿越半充填溶洞时，应先采用较大直径的钻头冲击至溶洞顶1.0 m 以后下内护筒至孔底，更换小钻头继续冲击，击穿溶洞后回填黏土和片石的混合物，经过反复冲击，将洞内填充物充填密实，就可以采用正常钻进的施工方式了。

5.6 混凝土灌注过程的注意事项

1）灌注开始前，应精确计算导管的节数，保证合理的埋管深度。

2）为确保灌注桩的质量，应控制好混凝土的坍落度。

3）灌注过程中，应有规律地上下缓慢提升导管，可以起到振动混凝土使其密实又可避免导管埋置太深混凝土初凝后提不动，同时减小出现混凝土假凝堵管的现象。

4）钢筋笼上浮的质量控制。施工中按作业规程要求控制各环节，避免出料冲击过大或钩带钢筋笼导致钢筋笼上浮。

5）为保证桩基础的密实，灌注过程中，要定时抽插振动导管，达到振捣效果。应沿导管壁徐徐灌入混凝土，避免在导管内形成气囊，造成断桩。

6）“烂桩头”的质量控制。混凝土灌注标高应比设计桩顶高出0.5～1 m，灌注完后除掉多余部分，凿除面应平整、干净、无松散混凝土。

7）当桩孔间距过小时，为避免孔内串穿影响成桩质量，可以采取间隔施工的顺序。一般应保证相邻桩之间的距离不小于4 倍桩径，避免造成混凝土扰动破坏。

5.7 钢护筒拔出

科学合理地分析确定护筒拔出的时间，一般情况下钢护筒在混凝土灌注完成后并在混凝土初凝之前拔出。施工时需要结合安全、质量、进度、成本等因素进行综合评判，最终确保桩基的施工质量。

6 结语

高明大道人行道天桥工程中的钻孔灌注桩施工，相比工程地质条件好的施工环境作业难度加大。施工中通过认真研读设计图纸，学习掌握施工、验收规范，适时比对核查地质变化，及时分析处理施工过程中出现的问题，严格现场管理，解决了桩基础施工的质量通病，有效保证了施工质量。通过本工程案例，钻孔灌注桩在不良地质中粗砂层及穿越溶洞施工，采用双层护筒工艺控制，施工技术具有可行性，可供类似工程参考。