复杂地质条件下冲孔灌注桩施工技术

时间：2024-07-28

占智林

（福州市琅岐城市建设投资发展有限公司，福建福州 350000）

1 工程地质基本情况

1.1 场地地质情况

总图运输工程（厂前东区景观改造）位于福建省福州市罗源湾经济开发区，紧邻104 国道，交通便利。拟建工程场地位于宝钢德盛不锈钢有限公司厂前区，厂外路网发达，交通较为便捷。项目由宝钢德胜不锈钢有限公司建设，福建擎宇建设工程有限公司施工。本工程中包含了新建一座景观人行天桥（见图1 卫星地貌图红框处）。

图1 场地周边卫星地貌拍摄图

通过查阅以往卫星地图和走访调查，拟建场地原多为鱼塘，属浅海滩涂地貌，后因生产活动改造，原状地貌已不可见，该区域现状为施工区、生产区和生活区。根据本次勘察结果，拟建场地内分布的主要地层有人工填积层、第四系全新统东山组海积层、第四系全新统长乐组海积层、第四系上更新统龙海组冲洪积层，第四系残积层，燕山期侵入花岗岩层，各地层特性如图2 所示。

图2 地层特性

1.2 地下水

此外，拟建场地内地下水分潜水、承压水和基岩裂隙水三种类型。潜水赋存于人工填土中，大气降水和周边生产排水的渗入为其主要补给来源，径流方向依地势由高往低径流，多以潜流的形式排泄入海、沟渠和地表，部分耗于开采、地表蒸发和叶面蒸腾；潜水水位受季节及潮汐的影响明显（最大潮差达9m，最高潮位9.21m，最低潮位-0.54m），厂区外围500m 外有长4km 的防潮堤，不会形成海水倒灌，孔隙潜水水位呈季节性动态变化，年水位变化幅度在1.00～2.00m 左右。

1.3 地下不利埋藏物

地下不利埋藏物：拟建场地内表层杂填土平均厚度约11.52m，桥梁桩基所在位置钻孔JG02，如图3 所示，揭露的层厚为13.4m。其中局部区域杂填土中花岗岩块石粒径大于1m。主要由块石、中粗砂组成，夹杂少量细砂等，硬质物含量约50%～80%，局部块石含量达90%以上，本区域粒径一般在20～50cm 之间，局部地段含有大粒径花岗岩块石，直径在1m 以上。该层呈稍密～中密，局部松散状态，不均匀，全场分布。

图3 钻孔JG02 钻孔柱状图

1.4 地质条件对施工影响分析

地下潜水水位受季节及潮汐的影响明显，施工场地的地下潜水与外界连通，对成桩前泥浆护壁影响极大；13.4m 厚度的杂填土，如何在此地层打桩成孔，是本工程冲孔灌注桩施工的难点和重点。

2 桥梁桩基施工情况

当前我国桥梁桩基施工中可以选择的桩基类型较多，各种桩基的施工工艺和技术也都有一定的差异，因此在施工单位组织桩基施工之前，必须全面审核设计方案，明确施工技术的应用范围以及优劣势，从质量、适用、经济多方面考虑，选择最合适的施工技术[1]。

桥梁桩基工程涉及到桥梁结构、工程地质、水文地质、工程材料、土力学等多个学科的知识，因此施工难度较高，要求施工管理和技术人员必须能够掌握先行的知识，具有较高的专业素养，还需要了解我国现阶段出台的各项规范和规程，保证桩基施工质量，防止事故的发生。

3 桥梁桩基施工技术应用前相关工作

在施工桥梁桩基之前，应该先做好准备工作，避免施工过程中由于准备不充分而中断施工，影响工程质量和工期。钻孔灌注桩施工前的准备工作包括平整场地闭合导线网、准备泥浆池、检查机架位置等[2]。

把导线网闭合，满足规范要求的精确度，验收合格之后，将导线点作为桩位点的放样基准点。由于桩位点在安装护筒之后会被破坏掉，因此还应该额外放两个保护桩点，用其确认护壁安装的精确度。挖好泥浆池、沉淀池等区域，准备好合格的黏土和膨润土，配置钻孔使用的泥浆，泥浆的密度略大于水即可，控制在1.1～1.2 之间[3]。

检查钻机的状态，保证钻机固定牢固，钻头垂直向下，基座稳当，能够牢牢地固定在位置上，一般桩基不直接接触土壤，都会垫上枕木。在钻孔的过程中，机架位置不能移动，保证土壤不发生不均匀沉降。

4 市政工程中桥梁桩基施工技术的具体应用

钻孔灌注桩分为正循环钻孔法和反循环钻孔法。这种方法通过使用钻孔设备将土体进行破坏，而后通过成孔设备将泥浆运送出来，根据地基的具体条件形成桩孔，验收合格之后即可安装定型钢筋笼，浇筑混凝土，完成桩基的施工。这种施工方法的优点在于操作简单，桩径大小可以调节，施工成本不高，对地形的要求不高，施工产生的噪声和振动较小，施工速度快、效果好。由于施工人员无法直观地看到桩孔内部的情况，导致该技术在使用的过程中容易被各种因素所影响，使得施工质量难以保证。因此，想要将该技术的优势发挥出来，就必须在使用之前掌握施工要点，防止由于技术问题导致施工质量得不到应有的控制，使工程的安全、成本等多方面受到威胁[4]。

4.1 钻孔施工技术的应用

钻孔是钻孔灌注桩施工的核心部分，只有钻孔的质量得到保障，钢筋笼才能顺利安装，混凝土灌注才能够顺利。在钻孔之前，应该先将护筒埋置到位，防止钻孔过程中出现孔壁坍塌的现象。在钻孔施工的时候，应该保证钻机平稳，钻头要垂直向下进行施工作业，为了保证钻孔深度和垂直度，钻孔过程应该使用标尺进行测量控制。保证周围土体的稳定，防止出现塌方，应及时进行灌浆，保证泥浆水位稳定。钻孔结束后要用清水将孔底进行完全清理，防止其中带有残渣，影响钢筋笼的安装。

4.2 杂填土地质踏孔事故分析处理

彩虹桥（景观人行天桥）做为总图运输工程（厂前东区景观改造）的一个重要的标志性的单项工程，桩基施工采用了钻孔灌注桩成桩工艺，设计桩径600mm，设计桩长40m。工程选用用CZ_6D 桩机，匹配动力55kW。从勘查报告里的钻孔柱状图里看出，彩虹桥所处位置的地址情况从上到下分别为：杂填土（13.4m）、淤泥（21.7m）、淤泥质黏土（5.3m）、含黏性土软石（5.7m）。其中杂填土主要由块石、中粗砂组成，夹杂少量细砂等，硬质物含量约50%～80%，局部块石含量达90%以上，本区域粒径一般在20～50cm 之间，局部地段含有大粒径花岗岩块石，直径在1m 以上，呈稍密、中密，局部松散状态，不均匀，全场分布。施工前，对施工过程做了技术分析，杂填土的复杂地质情况加大了桩基成孔的难度，成孔时需要采取以下措施：（1）重锤低拍，放慢成孔速度，速度不得超过2m/h；（2）制备好泥浆，泥浆密度控制在1.3～1.4g/cm3、黏度为20～30s、含砂率不大于6%；（3）成孔后立即开展后续工作，减少孔洞放置时间。

尽管已经制定好了施工方案，并严格按方案施工，但是塌孔事故仍然发生了。在4#桩的成孔过程中，当钻头钻进到-10m 左右的位置时（杂填土层），发生了塌孔。项目部立即停止了施工，开始重新制定成孔方案。首先，分析了造成塌孔的原因：（1）杂填土层地址较为复杂；（2）钻进速度过快；（3）泥浆护壁性能不满足要求、（4）钢护筒埋置深度不够。其次，排除了后三个原因，因为在施工过程中，后三个原因都已经安装事先制定好的施工方案中予以规避。最后，项目部针对杂填土的特性，分析了塌孔的原因是因为施工场地内的杂填土是由建筑垃圾、工业废物堆填而成，存在结构松散、密实度低的缺陷，因此杂填土往往具有浸水湿陷性。成孔过程中，泥浆渗透到孔洞的缝隙中，未能在孔内形成有效的护壁，同时泥浆的流动性带动了杂填土的沉陷从而引发了塌孔。

针对塌孔的原因，项目部调整施工方案。为了稳定孔内地质情况，项目部决定在塌孔的孔内浇灌C20 混凝土。让混凝土充满整个孔洞内，使得孔洞内及周边一定范围内的杂填土形成一个相对稳定的整体，待混凝土终凝后，重新开始冲孔钻进，最终完成彩虹桥4#桩的施工。

4.3 钻孔垂直度控制

在杂填土层施工时，由于土层结构不均匀，有时钻压过高使钻头受力不均，造成钻进方向的偏移。故在施工时要放慢钻进速度，低速低钻压钻进，一旦发现钻孔偏斜，应及时回填黏土，冲平后再低速低钻压钻进，必要时在钻杆上加设扶正器。

4.4 钢筋笼的加工技术

加工钢筋笼之前首先要对钢筋和焊条的质量进行检验校对，确认钢筋无误后即可开始进行绑扎。绑扎应该严格按照施工设计图纸和技术规范来完成，钢筋和钢筋笼的直径一定要在绑扎的时候控制好，对主筋外部的箍筋应该进行加紧处理，降低吊装钢筋笼放入孔洞的难度。

钢筋笼在安装之前，需要由施工单位监理进行桩孔验收，确保桩孔的深度、直径和垂直度等都满足要求之后方可终孔。钢筋笼安装之前，还应该对孔内基本情况再次进行检查，在吊运钢筋笼的时候一定要注意保证钢筋笼能够垂直向下，并能够对准桩孔，尽可能不要出现碰撞孔壁的现象，放置钢筋笼的时候要注意测量标高，降低钢筋笼下沉或者在灌注混凝土后出现上浮的情况[5]。