楊 勇

上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司 上海 200433

隨著海洋資源開發(fā)的逐漸深入，作為海洋空間資源利用的基礎(chǔ)手段之一，圍海造地成為了拓展陸地資源、外擴(kuò)海岸線的一種重要舉措。在此基礎(chǔ)上，大量濱海新城、沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)開始投入不同規(guī)模的建設(shè)，各類市政道路工程、橋梁工程，乃至機(jī)場都在這類區(qū)域內(nèi)有所涉及。然而海涂區(qū)因其地質(zhì)條件的特殊性，在其上實(shí)施鉆孔灌注樁時(shí)存在諸多難題[1-3]。

本文通過剖析海涂區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)、施工難點(diǎn)，結(jié)合某項(xiàng)目系統(tǒng)地闡述了海涂區(qū)地質(zhì)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(qū)地質(zhì)特點(diǎn)

近期由吹砂填海形成的陸地稱之為海涂區(qū)。該類區(qū)域原為海洋范圍，后經(jīng)設(shè)置圩堤吹砂填筑再實(shí)施地基處理，形成可供工程實(shí)施的場地?；谛纬傻姆绞?，該類區(qū)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(qū)一般普遍存在面積大、地勢(shì)起伏小等特點(diǎn)，且均為排水的入?？冢瑸楸ＷC后期排水的通暢，海涂區(qū)均設(shè)有縱橫向的河道，河床底部設(shè)置拋石鎮(zhèn)腳以滿足抗隆起要求，致使河床影響范圍內(nèi)均會(huì)存在厚度不一的拋石層。

同時(shí)，因該區(qū)域長期處于海洋環(huán)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(qū)，該項(xiàng)目需要建設(shè)1座跨越排水河道的橋梁，水中墩臺(tái)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(jìn)孔深82 m。以該項(xiàng)目水中墩位置的地勘報(bào)告為例，地質(zhì)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(zhì)黏土，層厚12.1 m。

3 施工難點(diǎn)及主要工藝

根據(jù)地勘報(bào)告顯示，海涂區(qū)水中墩鉆孔灌注施工時(shí)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(shí)，水上墩臺(tái)樁基施工因考慮平臺(tái)搭設(shè)的安全性與經(jīng)濟(jì)性，對(duì)成樁機(jī)械選型也提出了相應(yīng)的要求。通過該項(xiàng)目的實(shí)施驗(yàn)證，最終優(yōu)化確定了海涂區(qū)地質(zhì)條件下的沖擊鉆進(jìn)結(jié)合回旋鉆進(jìn)的鉆孔灌注樁施工工藝，具體為采用沖擊鉆進(jìn)穿越拋石層后素土回填樁孔，沖擊鉆機(jī)移位回旋鉆機(jī)就位，回旋鉆進(jìn)剩余土層，通過采取控制泥漿性能、優(yōu)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(duì)拋石層影響的應(yīng)對(duì)措施

該項(xiàng)目拋石層位于河床頂面，層厚較大。根據(jù)現(xiàn)場觀測，拋石層平均粒徑在60 cm，最大可視粒徑達(dá)2 m以上，質(zhì)地堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)松散，同時(shí)拋石深度10 m左右不具備挖除的施工條件。該項(xiàng)目選用了打設(shè)長護(hù)筒的形式穿越拋石層形成樁孔，選用的鋼護(hù)筒內(nèi)徑比樁基直徑大20 cm，打設(shè)深度以穿越拋石層5 m為控制標(biāo)準(zhǔn)，上口標(biāo)高以高出常水位50 cm為控制標(biāo)準(zhǔn)。鋼護(hù)筒打設(shè)時(shí)，垂直度利用定位導(dǎo)向架進(jìn)行控制。定位導(dǎo)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(dǎo)向架通過主橫梁擱置于鉆孔平臺(tái)上，利用千斤頂進(jìn)行精確定位，通過臨時(shí)焊接與鉆孔平臺(tái)進(jìn)行固定。

圖1 定位導(dǎo)向架設(shè)計(jì)

海涂區(qū)因拋石層的存在，護(hù)筒埋設(shè)時(shí)下沉難度較大，垂直度較難控制。施工時(shí)，首先將鋼護(hù)筒吊裝至定位導(dǎo)向架內(nèi)，利用履帶吊結(jié)合振動(dòng)錘振動(dòng)下沉鋼護(hù)筒至無法下沉為止，然后利用沖擊鉆機(jī)在鋼護(hù)筒內(nèi)進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)，配合泥漿循環(huán)排出經(jīng)沖擊破碎后的石渣，每鉆進(jìn)1 m隨即利用振動(dòng)錘振動(dòng)下沉鋼護(hù)筒1 m，直至穿越拋石層后，利用振動(dòng)錘下沉鋼護(hù)筒至拋石層底5 m位置。下沉鋼護(hù)筒的過程中需嚴(yán)格控制護(hù)筒的垂直度，以確保護(hù)筒壁不侵入樁孔部位且垂直度變化以不大于1%為控制標(biāo)準(zhǔn)。

鋼護(hù)筒埋設(shè)到位后，因拋石層結(jié)構(gòu)松散、透水性強(qiáng)，護(hù)筒外壓力較小，極易發(fā)生護(hù)筒內(nèi)泥漿外泄，造成成孔失敗。為解決此難題，在鋼護(hù)筒沉放到位后，護(hù)筒內(nèi)采用素土回填至護(hù)筒頂部，利用素土的自重及自密實(shí)來充填護(hù)筒周邊的空隙，增加護(hù)筒外壓力，其間護(hù)筒內(nèi)素土下沉后及時(shí)向護(hù)筒內(nèi)補(bǔ)充素土，保證素土充滿護(hù)筒，直至靜置不小于3 d且素土標(biāo)高不再下沉為止，方可進(jìn)入下道工序。

5 針對(duì)流砂層影響的應(yīng)對(duì)措施

該項(xiàng)目流砂層位于標(biāo)高－40 m左右位置，層厚不深。流砂層中施工的控制重點(diǎn)為避免頸縮、糊鉆、埋鉆、坍孔等質(zhì)量事故的發(fā)生。糊鉆的具體表現(xiàn)為砂土或其他膠泥吸附于鉆頭之上，導(dǎo)致鉆進(jìn)異常緩慢，甚至出現(xiàn)無法鉆進(jìn)、憋泵現(xiàn)象，最后造成鉆頭被埋的埋鉆現(xiàn)象。此類地層中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)選用扭矩較高、鉆桿剛度較大的樁機(jī)型號(hào)，同時(shí)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(jìn)時(shí)采用回旋鉆進(jìn)，適當(dāng)提高泥漿密度、黏度，并快速鉆進(jìn)穿越流砂層后反復(fù)上下掃孔，確保在流砂層形成較為致密的泥皮護(hù)壁。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，流砂層中鉆進(jìn)時(shí)泥漿相對(duì)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(hù)壁破壞，應(yīng)在施工中盡可能降低泥漿靜置時(shí)間，加快施工速度。根據(jù)實(shí)施情況，自清孔開始至混凝土澆筑完成，時(shí)長應(yīng)控制在3 h以內(nèi)。具體做法包括提高單次鉆桿拆除、鋼筋籠安裝、導(dǎo)管安裝的長度，具體為2節(jié)鉆桿1次拆除、2節(jié)長12 m的鋼筋籠連接完成后1次安裝、2～3節(jié)導(dǎo)管1次安拆等；清孔采用反循環(huán)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(xiàng)目，泥漿性能指標(biāo)可適當(dāng)放寬，泥漿相對(duì)密度控制在1.2左右時(shí)即可灌注水下混凝土。

6 針對(duì)砂性土影響的應(yīng)對(duì)措施

該項(xiàng)目鉆孔灌注樁實(shí)施范圍內(nèi)主要土層為粉土、粉砂夾粉土、中砂、粉質(zhì)黏土等，土體含砂率較高，導(dǎo)致泥漿循環(huán)中砂率將持續(xù)提高，若處理不到位將影響泥漿壁的形成與穩(wěn)定，極易導(dǎo)致頸縮、穿孔等質(zhì)量問題，嚴(yán)重的將發(fā)生坍孔等致使成孔失敗。

鉆進(jìn)過程中泥漿穿孔外泄主要是因?yàn)闃犊變?nèi)壓力大于孔外壓力，泥漿壁強(qiáng)度不足以承受該部分不平衡壓力，導(dǎo)致樁孔內(nèi)泥漿外泄至孔外，具體表現(xiàn)為孔內(nèi)泥漿液位突然迅速下降。為有效解決泥漿外泄問題，考慮現(xiàn)場以砂性土為主，開孔時(shí)采用外購膨潤土造漿，嚴(yán)禁采用原土造漿。同時(shí)對(duì)循環(huán)的泥漿嚴(yán)格進(jìn)行沉淀處理，通過沉淀池沉淀過濾樁孔內(nèi)置換出來的泥砂并及時(shí)清運(yùn)，將含砂率符合要求的泥漿排放至循環(huán)池，同時(shí)根據(jù)檢測指標(biāo)及時(shí)向循環(huán)池內(nèi)投遞膨潤土并攪拌均勻，以滿足循環(huán)泥漿相對(duì)密度指標(biāo)要求，一般地層鉆進(jìn)時(shí)控制在1.3～1.4，中砂層中鉆進(jìn)時(shí)提高至1.4～1.5，實(shí)時(shí)監(jiān)測泥漿黏度。同時(shí)，護(hù)筒底部為剛性護(hù)壁與泥漿護(hù)壁的交界處，是穿孔現(xiàn)象防治的重點(diǎn)部位。該部位鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)尺并反復(fù)掃孔，以確保泥漿壁的形成及泥漿壁與護(hù)筒壁之間的連接質(zhì)量。

因泥漿中含砂率較高，混凝土灌注時(shí)，泥漿中的懸浮物在混凝土頂面形成了沉積，為保證樁身質(zhì)量，避免斷樁事故的發(fā)生，導(dǎo)管埋深應(yīng)比規(guī)范要求超深2 m以上，即埋深按4～6 m控制?；炷撩鏈y量時(shí)，測繩觸碰沉積懸浮物表面容易產(chǎn)生已到混凝土表面的錯(cuò)覺，故超灌高度應(yīng)相應(yīng)提高。承臺(tái)開挖后的數(shù)據(jù)顯示，懸浮物沉積厚度在2 m左右，即灌注時(shí)控制超灌高度應(yīng)不小于4 m，方可保證混凝土面超出設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m以上的設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語

本文通過某項(xiàng)目鉆孔灌注樁實(shí)例，系統(tǒng)闡述了海涂區(qū)地質(zhì)條件下的鉆孔灌注樁施工工藝的重難點(diǎn)及對(duì)策，并得到了以下結(jié)論：

1）利用沖擊鉆進(jìn)工藝完成拋石層中的成孔鉆進(jìn)及護(hù)筒下沉，利用回旋鉆進(jìn)工藝完成剩余土層的成孔作業(yè)。

2）一般土層中鉆進(jìn)時(shí)泥漿相對(duì)密度控制在1.3～1.4，流砂層中鉆進(jìn)時(shí)控制在1.4～1.5，清孔以降低孔底沉渣為控制項(xiàng)目，泥漿相對(duì)密度要求可適當(dāng)放寬，控制在1.2即可。

3）鉆進(jìn)過程中應(yīng)盡可能降低成孔時(shí)間，尤其是泥漿靜置時(shí)間，可通過提高單次鉆桿拆除、鋼筋籠安裝、導(dǎo)管安拆的長度來提高施工效率。

4）混凝土灌注時(shí)應(yīng)保證導(dǎo)管的有效埋深，以4～6 m為控制標(biāo)準(zhǔn)，超灌高度應(yīng)不小于4 m。

5）本文主要描述膨潤土泥漿護(hù)壁下的沖擊鉆結(jié)合回旋鉆施工，未對(duì)化學(xué)泥漿、旋挖鉆等其他工藝進(jìn)行研究驗(yàn)證，在后續(xù)工程實(shí)施中，可根據(jù)具體情況補(bǔ)充該方面的研究內(nèi)容。

[1] 姚明鑫,婁勇,周濤.不同地質(zhì)下鉆孔灌注樁泥漿性能及鉆機(jī)效率的指標(biāo)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(yùn):航道科技,2017(1):9-11.

[3] 秦濤濤.水上鉆孔灌注樁護(hù)筒穿孔漏漿的預(yù)防與處理[J].四川建筑,2020,40(5):297-298.