浅谈填海抛石区钢管立柱桩施工技术

亢云乐

上海隧道工程有限公司 上海 200232

随着国家城市化进程的不断推进，土地资源日益成为制约城市发展的瓶颈，沿海区逐渐开展了大规模的填海造陆活动。昔日的滩涂地带现已开展了大规模的城市建设活动。早期填筑的抛石、碎石对地基工程施工带来了十分不利的影响。

1 工程概况

妈湾跨海通道工程盾构始发井，基坑深度为28.4m-40.1m，基坑安全等级为一级，主要采用地下连续墙加七至八层钢筋混凝土内支撑的形式。始发井立柱桩采用钢管立柱桩方式，立柱桩桩径1200mm，钢管采用Q235B钢材，直径800mm，壁厚16mm钢管柱需插入钻孔灌注桩3.0m，管内灌注C30商品混凝土[1]。

根据勘察报告，本工程场地勘察深度范围内主要分布岩土层从上至下依次为：人工填土（素填土、杂填土、填石、填砂、冲填土），其下为第四系全新统海陆交互沉积淤泥，全新统冲洪积粘土、中粗砂，上更新统湖沼沉积淤泥质粘土，冲洪积细砂（含淤泥）、粘土、粗砂，中更新统残积砂质粘性土、构造岩及全-微风化蓟县系的混合花岗岩。各地层岩性及野外特征自上而下依次为：

（1）人工填土（Qml）。场地内人工填土层成分复杂，主要有素填土、杂填土、填砂、填石、冲填土五个亚类，主要成份为粘性土、砂、碎石、块石，且混有淤泥、砖块、混凝土碎块等，大铲湾段多见塑料插板。

（2）第四系全新统海积层（Q4m）。淤泥（地层编号③1）：灰黑-灰色，不均匀含粉砂、细砂及贝壳碎片，略有腥味，流塑状，手感细腻，摇震反应无，干强度高，韧性高，大铲湾段软基处理区域多见塑料插板。为Ⅱ级普通土。

（3）第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）。

（4）第四系上更新统湖沼沉积层（Q3h）。淤泥质粘土（地层编号⑥1）：浅灰、灰黑色，局部混砂及腐木，很湿-饱和，软塑状为主，局部可塑，光滑，摇振反应慢，干强度高，韧性高。为Ⅱ级普通土。

（5）第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）。

（6）第四系中更新统残积层（Q2el）。砂质粘性土（地层编号⑧1）：褐红、灰黄夹灰白等色，由下伏混合花岗岩风化残积而成，原岩结构可辨，可塑-硬塑状，稍有光泽，摇振反应无，干强度中等，韧性中等。为Ⅱ级普通土。

（7）蓟县系变质岩（Jx-Qby）。混合花岗岩：中粒变晶花岗结构，块状构造，主要矿物成份为石英、长石等，局部含变粒岩。根据本次勘察采取的混合花岗岩样品进行的岩矿鉴定结果，该类型岩石呈粒状结构，块状构造，由石英和长石及少量的白云母组成，石英含量约40-55%，长石含量约55-60%，矿物成分很不均匀，矿物粒度大小多在1.0-2.0mm之间，个别较大可达3.0mm左右。按其风化程度及裂隙发育程度的差异可将其分为全风化层、强风化层上段、强风化层下段、中风化层（带）及微风化层（带）

2 施工重难点

（1）在桩基底部连续进入全、强、中、微风化地层，部分钻孔灌注桩成槽深度为44.7m左右，入岩深度约为16-21m，其中进入中风化岩层深度为3-7m、微风化岩层深度为4-9m。

（2）立柱桩桩顶标高为+4.8和+2.2m，而地面标高为约为5.5m，钢管吊装定位困难，而立柱桩偏位，将对基坑支护结构产生不良影响[2]。

（3）立柱桩桩径1200mm，钢管柱桩径800mm.钢管柱插入钻孔桩3m，立柱桩混凝土浇筑过程中，随着钢管内混凝土浇筑面上升，混凝土容易从钢管外绕流，造成混凝土浪费严重，且后续基坑开挖时还须对钢管柱外包裹的混凝土进行人工破除，又较大增加了人工费。

（4）由于该区段回填块石直径多为0.2-0.4m，含量约为50-80%，局部填石块径大于1m，其余为碎石、角砾、砂及粘性土充填，对立柱桩成孔施工造成威胁，易坍塌、漏浆等

3 针对性措施及相关处理措施

（1）针对立柱桩底部部分进入岩层成孔保证措施。

①择合适的成孔设备。设备一：XR280或360旋挖钻：XR280或360旋挖钻有多种钻杆配置可供选择，最大钻深孔径2.5m，成孔垂直精度达到1/400，成孔深度可达到88m，完全适合本工程钻孔灌注桩成槽施工。

设备二：CK-5冲击钻。

②选择合适的成孔工艺。针对本工程复合型地层的特点，现场经过试验发现，旋挖钻和冲击钻均可达到成孔质量要求，但冲击钻在中风化、微风化岩层成孔效率低，施工周期长，无法满足基坑开挖季度要求。现场最重选用旋挖钻进行施工

（2）针对地面以下钢管立柱定位保证措施。钢管柱下放到位后，钢管外壁焊接工字钢，搁置在平台上。去掉卸扣。将临时法兰吊起，临时法兰四角通过4根Φ28的钢筋与钢管柱连接，下部焊接，上部用套筒连接（后续混凝土浇筑完成，可以拧开，法兰重复利用），吊筋等于平台顶标高—钢管柱顶标高+搭接焊长度。定位过程，将钢管柱整体悬吊，人工推移定位，不得使用挖机推。

（3）针对混凝土浇筑钢管外放绕流措施。在钢管高出桩顶1m位置，焊接圆形钢板防绕流环，防止混凝土绕流。在钢管上部安放泡沫板，对绕流混凝土进行二次阻断。

（4）本工程立柱桩施工针对回填石块对成槽施工可能造成的塌方影响，采取如下措施：

①控制泥浆指标、确保泥浆质量。本工程在泥浆指标控制上要适当提高泥浆的粘度和比重，选用粘度大，失水量小，形成护壁泥皮薄而韧性强的优质泥浆，以增加泥浆护壁能力和悬浮沉渣能力，降低沉渣厚度，避免径缩现象，确保旋挖钻反复上下运动过程中土壁稳定。

②采用挖机清除回填石块。采用挖机对地面下2.5m-3m的回填石块清除，根据地质报告回填石块深度与实际现场石块深度吻合。

③试桩。通过试桩来确定在立柱桩成孔施工过程中是否存在漏浆、塌孔等现象，2020年3月28日，通过试桩验证XR1050旋挖钻能够实现浅海回填区成孔及岩层施工需要，且岩层施工时，效率远大于冲击成孔，能够满足施工进度要求。

4 立柱桩施工工艺

4.1 埋设护筒

根据设计桩位放线，埋设好护筒，桩径1200mm立柱桩护筒内径选用1400mm，桩径1500mm立柱桩护筒内径选用1700mm，护筒高均为2.5米，壁厚12mm。护筒周围填粘土；开钻前应纵横调平钻机，安装导向套。护筒与桩心偏差不大于5cm，护筒埋设完成后再次复线，拉十字线重新确定桩心位置。

十字线确定桩心位置示意图

4.2 泥浆指标

泥浆指标钻孔方法 地层情况 泥浆比重 粘度（Pa.s） 含砂率（%） 胶体率（%）粘土、亚粘土 1.02-1.06 16-20 ≤4 ≥95旋挖钻1.10-1.15 20-35 ≤4 ≥95易坍地层 1.06-1.10 18-28 ≤4 ≥95卵石、岩层

4.3 钻进成孔

（1）施工工艺。①钻机就位，将钻头对准桩位，复核无误后调整钻机垂直度。旋挖钻机自带垂直度控制仪，和坐标控制仪。每次桩机就位均应根据旋挖机设备进行控制。②开钻前，用水平仪测量孔口护筒顶标高，以便控制钻进深度。钻进开始时，注意钻进速度，调整不同地层的钻速。③钻进过程中，采用工程检测尺随时观测检查，调整和控制钻杆垂直度；边钻进边补充泥浆护壁[3]。

（2）施工要点。①初钻时低档慢速钻进，使护筒刃脚处形成坚固的泥皮护壁，钻至护筒刃脚下1m后，按土质情况以正常速度钻进。②在淤泥及砂土层中钻进方法：采用轻压、低档慢速、大泵量、稠泥浆并控制进尺的钻进方法，目的是在孔壁中形成坚固泥皮防止地层塌孔。③钻砾卵石等坚硬土层中钻进原则：采用低档（即1档）慢速，控制进尺，优质泥浆，大泵量钻进。④在基岩中钻进原则：大泵量、优质泥浆、低档慢速钻进。⑤在粘土层中钻进原则：中等钻速、大的钻进方法。

4.4 清孔换浆

清孔方法：砂层谨慎清孔，一般砂层容易导致越清越厚的情况。其他层采用在钻进终孔后，将钻头提离孔底80-100mm，维持旋转10-30分钟，进行第一次清孔，完全把桩孔内悬浮在泥浆中的大粒径钻渣、沉渣置换出来，直到清除孔底沉渣为止，然后再下放钢筋笼。

4.5 钢筋笼、钢管柱吊装

钢管柱分节工厂预制，采用高强螺栓连接。钢管柱根据支撑标高进行分段，使钢管接头位于混凝土支撑中中间，为方便运输每节长度不大于12m，立柱桩第一次清孔完成，钢筋笼钢管柱经监理验收合格后开始吊装。

（1）钢筋笼吊装。钢筋笼的吊放采用双吊点，吊点位置在主筋与加强筋处。吊放入孔时，应对准孔位轻放、慢放，不得随意扭动。

（2）第一节钢管柱吊装。钢筋笼缓慢下放，下放至钢筋笼距离顶端3m位置停车下放，用搁置钢板将钢筋笼固定在孔口。起吊第一节钢管柱，钢管柱插入钢筋笼三米，用Φ20“U型筋”将钢筋笼与钢管柱焊接，成为整体，一起下放。

（3）第二节钢管柱吊装.第二节钢管柱吊装前用10cm高工字钢焊接在钢管柱上，搁置在固定好的工字钢平台上，用水平尺检查平整度。水平尺气泡居中后，起吊第二节钢管柱，对好法兰螺栓孔位，插入螺栓，用扳手一次拧紧。然后将扭紧扳手，调至1000N.m（螺栓强度等级8.8，M27对应扭紧扭矩可取1000），二次逐个拧紧，听到咔哒声，表示拧紧。

钢管柱与钢筋笼连接大样图

扭紧扳手使用示意图

依次逐节下放钢管柱，下放完毕后，通过吊筋和临时法兰调整桩心及标高后，将其整体固定在定位架上。

4.6 二次清孔

待钢筋笼安装完成后，安装灌注导管进行第二次清孔，清孔时应不断的注入新浆置换泥浆，调整泥浆性能，保证孔底500mm内的泥浆比重小于1.25，含砂率小于8%，粘度应小于28S，将孔内的残存泥渣清除干净，清清孔以后，孔底的沉渣厚度应不大于50mm。

4.7 水下混凝土浇筑

钢管柱与钢筋笼整体安放到位后，在钢管内下放料管后进行二次清孔，满足要求后然后采用传统水下混凝土灌注要求进行浇筑。

此处特别要注意的是，由于设置了防止混凝土绕流的圆环，在混凝土灌注至圆环部位时，将增加对钢筋笼及钢管整体的托举力，因此，混凝土灌注过程中在保证埋管最低深度要求时，应及时拆管以减小混凝土上升对钢筋笼的托举力，当混凝土面接近防绕流环部位（基坑底）时，减缓混凝土浇灌速度以防钢筋笼上浮，在钢管内外混凝土形成一定高差后尽快将料管拆管至其底端高于防绕流环，之后则可顺利浇筑，不容易出现钢筋笼上浮情况。另外混凝土浇灌至最后时须边拔管边灌注，确保钢管顶端混凝土充满。