地铁工程中明挖区间抗拔桩施工质量控制要点

2019-01-25齐振东上海地铁咨询监理科技有限公司上海200032

建设监理 2018年10期

齐振东（上海地铁咨询监理科技有限公司，上海 200032）

0 引言

本段区间明挖段设计桩基础兼抗拔桩，局部增加独立抗拔桩。由于现场已经完成了冠梁挡土墙工程，施工场地狭窄，大型桩机无法施工，故抗拔桩采用冲击钻工法施工，混凝土采用 C45 P10 水下混凝土。根据地勘资料，明挖段岩层的单轴饱和抗压强度在 8.5 MPa～35 MPa 范围内。明挖段区间距已建成并投入运营地铁线较近。左线钻孔桩距离该地铁线结构 3.46 m～8.90 m，右线距离 8.9 m～10.5 m，施工过程中须时刻关注在运地铁线的运营动态，并设立了动态监测点。

本区间抗拔桩设计共有 80 根，左右线各 40 根，每根抗拔桩间距 4.2 m，桩直径 1 m，桩长 10 m，桩顶标高（绝对）－10.388 m～－12.500 m。抗拔桩的钢筋笼主筋20 C25，加强箍筋 A20@2000 mm，螺旋箍筋 A12@100/150 mm，加密区间 100 mm，非加密区间 150 mm，定位钢筋4 A18@3000 mm，抗拔桩采用 C45 P10 混凝土水下灌注。

1 地质情况简介

1.1 地形地貌

地貌类型为剥蚀斜坡地貌，拟建场地地势较平坦，地面标高约 4.90 m～5.10 m。

1.2 地层特征

经钻探揭示，场区第四系厚度约 18 m，主要由第四系统全新人工填土层（Q4 ml）、海积层（Q4 m）、洪冲积层（Q4 al+pl）及上更新统洪冲积层（Q3 al+pl）组成。基岩为白垩系青山群流纹岩、安山岩、凝灰岩和王氏群泥质砂岩及火山角砾岩等。受断裂影响，部分地段揭露砂土状～块状碎裂岩、糜棱岩等构造岩。

1.2.1 第①1层，杂填土（建筑垃圾为主）

该层分布较为局限，多为新近堆积的建筑垃圾为主，揭露层厚 1.10 m～3.20 m，层底标高 1.29 m～5.31 m；颜色以褐色为主，稍湿～湿，松散，由碎石、混凝土块、砖块等组成；杂填土以新近堆填为主，成分杂，压缩性高，自稳性差。

1.2.2 第①2层，杂填土（生活垃圾为主）

该层分布较为局限，多为新近堆积的生活垃圾为主，揭露层厚 3.70 m～11.30 m，层底标高－5.99 m～－2.41 m；颜色为杂色，以灰黑色为主，稍湿～湿，松散，由塑料带、生活垃圾等组成；杂填土以新近堆填为主，成分杂，压缩性高，自稳性差。

1.2.3 第⑥1层、含有机质粉质黏土

该层为第⑥层海滨淤泥质土，是经填海造地再经上部荷载固结后的地层，局限分布于东侧填海造地冲填土下方，海积成因；颜色呈灰色～深灰色，饱和，流塑～软塑，较均匀，切面光滑，干强度高，韧性中等；局部含有粉细砂薄层或透镜体，干强度中等，物理力学性质差；揭露厚度 1.60 m～5.20 m，底层标高－9.62 m～－6.71 m。

1.2.4 第⑪层，粉质黏土

该层分布在剥蚀堆积斜坡地貌段较广泛，但在局部不连续，揭露层厚 0.40 m～22.30 m，层底标高－30.87 m～11.48 m，其他主要分布在海域东侧及东侧陆域；颜色呈黄褐～褐黄色，可塑～硬塑，含少量砂粒，有光泽反应，切面光滑，见有铁锰氧化物及结核，夹有灰白色高岭土条带，韧性较高干强度高，局部相变为黏土。

1.2.5 第⑯11层，强风化火山角砾岩

该层为红褐色，角砾结构、块状结构，胶结程度低，成分复杂，主要为玄武岩块、砂岩碎块，粒径 3 cm～5 cm，偶见安山岩块，次棱角状，岩石风化强烈，岩体破碎，岩芯呈碎石状；岩体属极破碎～破碎的软岩，依据GB 50021—2012《岩土工程勘察规范》规定，岩体基本质量等级 V 级。

1.2.6 第⑯11－2层，碎裂岩

该层分布于 F1、F2 和 F3 构造破碎带内；颜色呈红褐色，块状结构，胶结程度低，风化强烈，原岩结构、构造已不清晰，呈砂土、土状，手掰易碎；成分复杂，主要为玄武岩块、碎岩碎块，粒径 3 cm～5 cm，岩体基本质量等级 V 级。

1.2.7 第⑯13层，强风化泥质粉砂岩

该层厚度 0.50 m～19.90 m，揭露层顶标高为－55.27 m～－14.94 m；颜色呈棕红色，粉砂泥质结构，块状构造；岩石主要由泥质和砂屑组成，泥质呈隐晶状及显微鳞片状集合体，砂屑呈次棱角，散布于泥质中，主要为长石和岩屑，颗粒以粉砂为主，原岩结构已破坏，但尚可辨认，土质较松散，泥质胶结，胶结程度差，近黏土状，岩石遇水软化现象比较明显；岩体属极破碎～破碎的软岩，岩体基本质量等级 V 级。

1.2.8 第⑯7层，泥岩

该层为泥质结构，块状构造，矿物成分以黏土矿物为主，揭露厚度 0.50 m～19.90 m，层高 2.10 m～8.20 m，层顶标高－17.40 m～－7.36 m；颜色呈浅红～棕褐色，可见原岩结构，矿物均已风化成土状，湿时易软化呈可塑状；该层岩体为极破碎的软岩，岩体基本质量等级V级。

经过以上分析表明，桩持力层位于○169-1、○1614-1、○169-2构造岩；本施工段地质结构较为复杂，施工过程中需多种工法交替操作。

1.3 水文地质

1.3.1 地表水及地下水的赋存

该区间地下水主要赋存在第四系松散土层及基岩的裂隙中。

1.3.2 沿线地下水类型及富水性

场区地下水主要有两种类型：松散土层孔隙水和基岩裂隙水。

1.3.3 松散土层孔隙水

主要分布在第四系洪冲积层，属松散层孔隙潜水。该区间含水层以杂填土为主，松散土层孔隙水发育，富水性中等。

1.3.4 基岩裂隙水

基岩裂隙水可分为风化裂隙水及构造裂隙水。经过以上分析表明，本区间富水性中等。

2 质量控制参数

（1）依据 GB 50202－2002《地基与基础工程施工质量验收规范》要求，抗拔桩允许偏差如表 1 所示。

表 1 抗拔桩允许偏差

（2）依据 JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》，施工中钢筋笼安装到位后必须二次清孔，保证孔底沉渣厚度＜100 mm。

（3）对于泥浆用黏土的选择主要通过现场试验的方法确定，其主要技术指标包括：胶体率不低于 95%，含砂率不大于 4%，造浆能力不低于 2.5 L/kg，塑性指数大于 17。

3 施工质量和安全控制的重点、难点，控制措施及效果

3.1 桩身垂直度控制措施

施工场地位于围护桩内部区间，施工空间过于狭窄，桩身外缘距围护桩冠梁距离为 300 mm。同时，由于钻孔深度达到 26 m 左右，2/3 孔深段为填海回填的杂土，成分复杂，各层地质软硬相差悬殊，软地基、淤泥层等交叉出现，施工过程的成孔质量控制难度较大，为保证桩的垂直度，采取如下措施：

（1）首先保证护筒安放的稳定性，护筒外部回填土均匀夯实，保证护筒中心与桩孔中心重合，并保证施工过程中不因冲击力振动和地下泥浆浸泡而造成护筒位移、下沉和倾斜；

（2）增加桩孔施工过程中检测次数，保证每次进深2 m～3 m，即采用垂直度检测器（孔径与设计桩径相同的特制检测笼）进行一次垂直度检测，在定位准确后，检测笼进出顺畅，即可判断垂直度和桩径指标合格。

采取上述控制措施后，达到以下良好效果。

（1）由于及时检测，并采取行之有效的防斜措施，桩孔垂直度及桩径均达到了设计要求，合格率达 100%。

（2）桩孔施工至较深点位时，特别在由软岩入持力岩时应及时检测，终孔必须检测。

（3）孔底检测：将提引环改到检验器底部，上部用活环导正检验器以防倾斜，避免刮挂孔壁。

（4）检验器的加强筋应视桩孔直径大小增加或减少，确保检验器的刚度；如感到检验器过轻时，可在底部加配重物。

（5）采用等孔径垂直度检测笼进行检验的优点：在检测垂直度的同时，还可检测孔径是否满足设计要求；可就地取材，随时加工制作，经济实惠；方便、简单、适用，可随时检测任何高度孔段的垂直度和桩径指标。

3.2 持力层入岩深度控制措施

抗拔桩设计持力层位于地层代号⑯9-2等安山岩（砂土状碎裂岩）构造岩，钻孔揭示岩层垂直厚度 3 m～14.7 m，颜色呈褐色或灰褐色。在实际操作中，由于采用冲击钻孔泥浆护壁，桩孔内注满了工艺泥浆，无法采用取样判断岩层情况，实际操作中采取分析泥浆颜色变化的方法，当泥浆中出现褐色或灰褐色时即可判断已钻至持力岩层，现场施工员记下孔深，并继续施工至设计孔深，保证入岩深度符合设计要求。

3.3 混凝土浇筑时控制钢筋笼不上浮措施

在抗拔桩施工过程中，由于钢筋笼在桩孔内处于悬挂状态，浇灌水下混凝土时，经常会发生钢筋笼上浮，从而引起桩身配筋发生改变，影响钻孔灌注桩施工的顺利进行和质量。钻孔灌注桩施工过程中采取钢筋笼上浮的措施十分必要。防止钢筋笼上浮的以下措施。

（1）浇筑混凝土前，将钢筋笼与钢护筒顶口连接并焊接牢固。

（2）在混凝土灌注前，应先通过置换孔内泥浆来进行清孔作业，使孔内残留的钻渣能够尽量随泥浆排出孔外，以免在混凝土表面形成“垫层”，从而导致钢筋笼因托起而上浮。

（3）调整好混凝土的坍落度。浇注桩基的混凝土坍落度应控制在 16 cm～20 cm，要求浇筑桩基的混凝土要有很好的和易性，以此来保证混凝土在浇注的过程中能有很好的“泛浆”，否则就会降低混凝土的和易性和流动性。先浇筑的混凝土已经快要凝固成整体，而将钢筋笼子整体托起，从而引起其上浮。

（4）浇灌混凝土时，合理控制导管埋置深度。若导管埋置深度过大，则会导致钢筋笼上浮。灌注混凝土时，应随时掌握混凝土浇筑的标高及导管埋深，当混凝土面低于钢筋笼底端 2 m～3 m 时，应及时减缓混凝土灌注速度，待混凝土埋过钢筋笼底端 4 m 后，方可恢复正常灌注速度，并根据导管埋至深度，适当提升导管，以避免钢筋骨架上浮。导管的埋置深度一般控制在 2 m～3 m 为宜。当发生钢筋笼上浮时，应立即停止灌注混凝土，并准确计算导管埋深和已浇混凝土面的标高，将导管提升后再进行浇注。

（5）在钢筋笼制作中，将对称的 4 根主筋的下部各加长 3 m～4 m，延长至孔底，并将加长钢筋末端弯起或加工成圈状，以加强混凝土灌注初期对钢筋笼下部的握裹力。在设计要求允许范围内，适当减少钢筋笼下部的箍筋和加强筋的数量。待钢筋笼就位后，在钢筋笼顶部用钢筋或钢管将上部主筋与钻台架连接顶牢，或将钢筋笼顶部固定在钢护筒上，以防钢筋笼上浮。

（6）可以采用在主筋上焊“倒刺”的方法，防止钢筋笼上浮。在钢筋笼同一截面上焊接 3～4 个“倒刺”，每个笼子设两道即可。

（7）以 φ42 钢管作为吊筋，在井口加配重，或将定位好的吊筋直接焊在护筒上进行可靠定位。

（8）当灌注到钢筋笼底部时，应缓慢放料。缓慢放料能减少对钢筋笼的冲击力，直到埋住钢筋笼并且导管口也在钢筋笼内，方可加大放料速度。

（9）无论是钢管或导管，向孔内下放时，必须保证位置都不能发生偏位，否则就会造成钢筋笼上浮。

（10）连续浇筑并尽可能减少混凝土浇筑时间，争取在最短时间灌注完混凝土，以防止混凝土表面形成硬壳带动钢筋笼上浮。

3.4 清孔工序的控制措施

3.4.1 泥浆护壁抗拔桩清孔

（1）钻孔达到设计标高后先进行初次清孔，待接近规范取值时进行钢筋笼的吊装，经终孔检查后，立即进行二次清孔，除去孔底沉淀的钻碴和泥浆。

（2）清孔方法是用原浆换浆法清孔，清孔后泥浆指标比重 1.15～1.20 之间，含砂量小于 4%，黏度 18″～22″，孔底沉渣不大于 10 cm。

3.4.2 清孔注意事项

（1）在清孔过程中，要及时向孔内注入清水，保持孔内压力及水面高度，钻孔内水位应高出地下水位 1.5 m，以避免塌孔。

（2）进行清孔的操作人员要认真负责，不允许以加钻孔深来替代清孔，避免造成孔桩标高移位现象。

（3）清孔达到要求，由监理工程师再次验收孔深、泥浆比重和沉渣厚度。经现场监理工程师签证，待隐蔽工程验收合格后，方可进入下道工序。

3.4.3 二次清孔

二次清孔的目的是将孔底沉渣清除到设计要求，降低泥浆含砂率及泥浆比重，以达到混凝土灌注要求。清孔后及时用测绳测量孔深，用检孔器检测孔径、垂直度等各项指标，孔深、孔径、垂直度合格后方可进行下道工序。

4 混凝土浇筑工序的质量控制措施

4.1 混凝土工程的冬季施工

4.1.1 负温混凝土施工要点

（1）商品混凝土必须符合 GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》。

（2）商品混凝土运至现场后必须进行坍落度检验，坍落度及入模温度合格后方可进行浇注。

（3）当气温低于 0℃ 且不低于－5℃ 时，掺加－5℃抗冻剂；当气温低于－5℃ 且不低于－10℃ 时，用热水拌和混凝土，水温高于 65℃ 时，应先将水和骨料拌合，再加入水泥，并掺加－10℃ 抗冻剂；气温低于－10℃ 且不低于－15℃ 时，骨料可搭建暖棚或采取加热措施，水温不高于 60℃，并掺加－15℃ 抗冻剂；当温度低于－15℃ 时，混凝土输送管道必须用布包裹保温，以防混凝土瞬间冻结，影响施工。

（4）根据大气温度选择负温防冻商品混凝土，负温防冻混凝土配比（－5℃、－10℃、－15℃），理论上以保证混凝土不受冻为准。所谓混凝土受冻，是指混凝土强度达到早期临界抗冻强度前，混凝土的早期养护温度等于或低于规定温度—防冻剂使用温度，混凝土毛细孔中的自由水结晶呈膨胀现象。

（5）搅拌前用热水冲洗搅拌机并适当延长搅拌时间50%。拌合物出搅拌机到现场出料口的入孔温度不低于12℃。

4.1.2 材料要求

（1）水泥：为了缩短养护时间，水泥选用强度不低于 42.5 的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，最小水泥用量280 kg/m3。

（2）骨料：对砂、石子的要求是不得含有冰块、雪团或易结冰的物质，级配良好。砂子中若有冻块，投料拌和前必须筛分，材料进场后必须做好遮挡措施。

（3）水：采用生活用水。水的热容量较大，施工时采用给水加温的方法，拌制混凝土的水应符合 JGJ 63《混凝土搅拌用水》的规定。

（4）外加剂：外加剂即为防冻剂，应具有低掺杂量、全水溶、早强、减水和防冻等多种功能，并可明显改善混凝土的和易性，保证其在－15℃ 时仍可施工。

4.1.3 混凝土搅拌

在进行混凝土搅拌时，首先投入部分骨料和水，稍加搅拌后再投入全部的骨料和水泥，以防止水泥与温度较高的水直接接触发生“假凝”现象。投料时必须严格按照使用说明控制防冻早强剂的用量。可用蒸汽加温砂子和水，砂子加温后必须及时使用，及时测定含水率，避免因水灰比和坍落度发生变化而影响混凝土的浇筑和强度增长。

4.1.4 混凝土运输

当混凝土出料后，为尽量减少热量损失，可采取以下措施。

（1）尽量缩短运距，选择最佳运输路线，保证运输道路畅通。

（2）对罐车进行保温处理。罐车覆盖岩棉保温并套以胶圈固定；尽量减少装卸次数，合理组织混凝土的装运和卸出工作。

4.2 灌注混凝土注意事项

（1）混凝土采用商品混凝土，尽量缩短运输里程和运输时间，确保浇筑施工连续，到达现场后及时检查坍落度、和易性，防止因混凝土离析而发生卡管事故。

（2）若混凝土在灌注过程中发生塌孔、缩孔等现象，必须及时处理，保持孔内水头高度。

（3）在浇筑过程中，可能因混凝土坍落度过小、混凝土浇筑速度过快、吊筋松动及导管与钢筋笼间摩擦而导致钢筋笼上浮。因此，在浇筑过程中必须随时检测混凝土坍落度，控制混凝土浇筑速度及吊筋连接情况，并减小导管左右摆动的幅度。

（4）在灌注时，同一配合比每施工班组取样不得少于1 组，灌注桩每根不得少于 1 组试块。按规范要求，做好钻孔桩无损检测工作，确保成桩质量。

（5）为防止混凝土发生离析，出料口离混凝土面垂直高度不得大于 2000 mm。若大于 2000 mm，必须使用导管进行混凝土浇筑。

（6）抗拔桩施工完成后，钢筋笼露出桩顶设计标高不小于 39 d，浇注标高应比设计桩顶标高增加不小于 500 mm，保证桩头部分浇筑的密实度。

（7）桩顶设抗拔计标高处的混凝土强度必须满足设计强度要求，桩顶设计标高处不得有浮碴。施工时应控制最后一次灌注量，桩顶不得低于应凿除的泛浆高度，保证暴露的桩顶混凝土达到强度设计值。

（8）水下混凝土必须连续浇筑，每根桩的浇注时间按初盘混凝土的初凝时间控制，对浇筑过程中的一切故障如实记录备案。

（9）当混凝土升到钢筋笼下端时，为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，应采取以下措施：①在孔口固定钢筋笼的上端；②灌注混凝土的时间尽量加快，以防止混凝土进入钢筋笼时其流动性过小；③当孔内混凝土接近钢筋笼时，应保持埋管深度，并放慢灌注进度；④当孔内混凝土面进入钢筋笼 1 m～2 m 后，应适当提升导管，以免导管埋入混凝土深度过大；⑤在灌注将近结束时，由于导管内混凝土桩高度减小，压力降低，导致管外的泥浆及所含渣土的稠度和比重增大，若出现混凝土上升困难，可在孔内加水稀释泥浆，也可掏出部分沉淀物，使灌注工作顺利进行。