基岩变化场区(基岩接触带)桩基施工技术要点

徐恒鑫

(龙岩交通建设集团有限公司，福建 龙岩 364000)

1 工程概况

新天地大桥作为福州城区北二通道贵安连接线的关键节点工程跨越敖江，桥梁位置属于冲洪积河谷-剥蚀丘陵地貌，根据钻孔揭示，桥区地层由上而下依次为：第四系素填土层；第四系冲洪积粉质黏土，坡积层坡积粉质黏土；下伏基岩主要为及其风化层。

桥梁场区为两种岩性(凝灰岩、花岗岩)，且存在基岩陡坡，基岩接触带，岩性变化大，岩层变化快；尤其是4号桩基落于侏罗系南园组凝灰熔岩、燕山晚期侵入花岗岩岩性接触带造成的风化凹槽，设计桩基属于端承桩(支承)，长度50 m，钻孔成孔的施工周期较长，并且在钻孔过程中穿越的地质多变，钻孔进尺速度变化明显，容易造成孔径变大、偏孔，甚至坍孔。

该桥的桩基施工采用钻孔灌注桩，钻机具备自动和人工两种操作模式，在岩层稳定变化不大的情况下，自动冲孔节省人力，遇到岩层变化区或者岩层倾斜面采用人工操作，能充分发挥工人的经验水平，保证成孔顺利。同时，灵活调整泥浆制备，控制孔内静水压力和泥浆相对密度，在土层及强风化岩层的冲孔过程中孔壁稳定，孔径变化小，不发生卡钻和坍孔；在碎块状及中风化岩层的冲孔过程中，返渣明显，冲孔进尺不滞后，既保证桩基施工质量又保证桩基施工进度。

2 施工控制要点

2.1 机械设备的选择

在项目前期施工组织安排阶段，经技术人员和桩基施工班组通过对设计地质资料仔细研读和现场施工场区探勘调查，初步提出了旋挖钻和冲孔钻两种施工工艺，设计地质资料和待施工的桩基长度适合旋挖钻工艺，成孔快速，泥浆用量小，泥浆指标要求低，对河流周边环境污染小，不需要额外进行电力线缆敷设。项目部技术人员经过测算和施工模拟，发现旋挖钻虽然非常适合施工场区的地质，但是综合各项因素后无法采用旋挖钻作为本场区施工设备，原因有：①旋挖钻进出场费用大，综合成本高，新天地大桥一共有桩基32根，其中只有20根非水中桩，从项目成本控制来说，旋挖钻是用经济成本换时间成本；②旋挖钻安装拆卸场地要求较大，新天地大桥适合旋挖钻施工的只有4号桩数量4根，5号桥台桩基数量16根，其中4号桩位毗邻敖江，5号桥台衔接贵安沿江大道，4号桩和5号桩之间沿路线方向长度约40 m，垂直路线宽度约50 m，并且4号桩与5号桩存在约3.5 m高差，整个施工场区无法满足旋挖钻设备的进场组装及机位移动。综合上述施工现场条件，项目部放弃了旋挖钻，采用冲孔钻来进行该场区桩基施工。

2.2 护筒埋设

本场区4号桩基顶部为砂土层(中细砂多，土少)，覆盖层约2 m，其下是卵石层。根据现场地质及施工经验，技术人员向桩基施工班组进行技术交底，做好以下几点。

1)护筒高度大于2 m，并且护筒底需嵌入卵石层，护筒定溢浆口底需高于地表标高20 cm，护筒顶高于地表高度40 cm。该条要求是为了在冲孔过程中护筒发生沉降后仍能满足排浆及护筒露空高度要求。

2)护筒外采用优质黄土(造浆用黄土)进行回填夯实。同时溢浆口至泥浆池采用彩条布覆盖，进行防渗防冲刷处理。该条要求可以进一步防止护筒过度沉降，同时因为是砂质覆盖层，做好防渗防冲刷处理也利于护筒稳定，保证护筒不下沉不偏位。

3)做好护筒放样测量，确保护筒中心竖直线和桩中心线重合，之前必须做好联测复测工作，对坐标和标高复核后报监理确认。

2.3 泥浆制备及使用

泥浆性能指标对于冲孔桩是非常关键的控制要点，好的泥浆能保证孔壁稳定，不扩径不坍孔，能提高冲孔进尺效率，能加快清孔速度。泥浆质量差，轻则进度缓慢，严重导致坍孔。泥浆性能指标有相对密度、黏度、含砂率、胶体率、失水量和泥皮厚。其中相对密度、黏度、含砂率、胶体率在公路桥涵施工技术规范中的清孔后泥浆指标有明确的数值要求，在冲孔过程中这些指标均应跟土层情况相适应，并没有明确数值要求，实际施工中都高于清孔后的泥浆性能指标。冲孔过程中可通过测定泥皮厚来评价泥浆的造壁效果，泥皮一般不得厚于2～3 mm，越平坦、越薄说明泥浆性能越好。4号桩基开孔初期泥浆性能指标通过多次测量数值见表1。

表1 新天地大桥4-2桩基泥浆性能指标(开孔阶段)

4号桩基位置下穿地质依次为砂层、卵石层、粉黏土、基岩及其风化层，其中粉质黏土为基岩中长石全风化形成，基岩层为凝灰岩和花岗岩两种岩质的接触带，复杂多变的地质条件以及50 m的桩基深度要求冲孔过程泥浆能够保持优良的性能指标。4号桩开孔时考虑到浅层是砂层和卵石层，外购了红黏土用于造浆，同时添加了少量的膨润土，确保桩孔四周形成优良性能的护壁泥皮，降低失水量，

这样就减少了孔内自由水向孔壁四周渗透流失，对孔壁的稳定起到了很好的保护作用。初开孔采用人工操作冲孔机，先让锤头保持较小冲程，逐步进尺成孔。直到孔深达到锤头高度，可适当加大冲程，期间通过观察进尺速度来调整锤头的冲击冲程，进尺快减小冲程，进尺慢则增加冲程。冲孔过程中通过加水加黏土造浆始终保持泥浆的水头高度，规范要求泥浆水头高于地下水位30～50 cm且高于护筒底部50 cm。本桩在施工中护筒高度2 m，考虑到泥浆从溢浆口排渣，实际泥浆水头高度高于护筒底部约1.7 m。

2.4 冲孔过程技术要点

在开孔初期，技术人员和工人对各项工序准备充分，安排合理，冲孔顺利且进尺速度不慢，每天平均进尺保持在100～130 cm，锤头磨损也较小。当冲孔深度达到13 m左右，冲孔进尺突然变小，现场工人反映锤头撞击孔底反弹及震动力度较弱，通过加大冲程也仅能每天进尺20～30 cm，泥浆返渣夹带细小颗粒，用手指搓揉会粉化，对比地质图纸，判定桩孔进入全风化岩层，风化层为砂土状黏土岩芯，为保证桩孔施工进度，技术人员制定以下措施。

1)调整泥浆指标，增加泥浆比重，进一步降低含砂率(加大泥浆沉淀池的清渣频率，防止循环泥浆含砂率偏高，添加的造浆土采用含砂率低的)。

2)回填片石，利用片石进行挤压切割(施工验证后效果不明显)。

3)提高锤头冲程，加大循环泥浆的冲洗功率，从而加大孔底泥浆扰动。

在整个桩基冲孔过程中，应始终做好下列工作，来确保冲孔的安全和质量。

1)泥浆池、孔口做好硬制围挡，本项目采用1.5 m长，1.2 m高的铁质护栏逐个摆放于泥浆池边以外1 m处，护栏用卡扣或者铁线进行绑扎形成整体受力。

2)沿河施工必须做好环保水保措施，即把废弃泥浆和孔渣外运，外运车辆料斗为封闭式的，运至指定的弃渣场进行废弃。做好修理和维护机械的机油和黄油收集工作，不得跑冒滴漏于地表。焊条头及焊渣集中收集，不得随地丢弃。

3)工期较紧的情况下现场储备足量的造浆黏土，并用彩条布进行覆盖，备用锤头根据需要进行配备。

4)冲孔锤头重量应超过桩径的2.5倍，比如桩径2 m，锤头重量应超过5 t；在冲孔过程中妥善保存好渣样，小袋子装好并做好详细标注。

5)重视清孔、验孔工作，工序安排紧凑及时进行混凝土灌注作业。新天地4-2号桩基在冲孔过程中因地质变化大，进尺也变化明显，原先预计在浅层时冲孔进度以慢进尺保护孔壁稳定，在进入全风化层后加大冲程以满足效率，实际施工中进入了全风化层进尺比砂层更小，锤头磨损也比砂层更大，分析原因在桩深13～21 m岩层风化严重，表面风化部分遇水软化具有很强的黏性，为表面下端和水接触的岩层提供了较大承载能力，导致了进尺缓慢，锤头磨损严重。此类地质对冲孔方式不友好，旋挖钻相对来说更适合。

3 桩基混凝土灌注

桩基施工中冲孔工序所用时间长，人员机械投入少，各项环节较为松散，一些环节暂停时间较长也不会有明显影响。桩基混凝土灌注则不同，是一项配合严密、衔接有序的工序。经监理工程师验收合格的钢筋笼下笼后，二次清孔合格后就可开始组织进行桩基混凝土灌注。应做好如下工作。

1)通知混凝土拌和站开盘，核对混凝土标号、需求数量(扩孔系数按1.2计算，考虑到砂土层和卵石层作为覆盖层，同时在全风化黏土层冲击时间和力度较大，可能有扩径现象)。

2)该桩基桩径2 m，桩长50 m，灌注混凝土方量较大，为确保满足灌注时间小于首车混凝的初凝时间，需要控制好外加剂的添加剂量。同时控制好混凝土坍落度，2 m桩一般是160～200 mm。

3)导管入孔后做好排气工作，当导管内充满水再上接料斗。料斗容量第一斗料灌注后要足够埋置导管1 m以上，然后连续灌注混凝土，过程中时刻观察钢筋笼是否浮笼。

4)桩基混凝土灌注时，孔内泥浆因被混凝土挤压上涌会快速沿着溢浆口流至泥浆池，应提前将泥浆池进行抽浆处理，并在灌注混凝土过程中保持抽浆，防止泥浆池满溢污染环境。

4 结 语

本文阐述在两种基岩接触带进行桩基施工的过程，并对遇到的困难进行分析，桩基冲孔过程和施工方案预计情况有所不同，在施工中需要灵活处理，尤其是高品质的泥浆能显著提高冲孔效率和保证成孔质量，同时节约了施工成本。

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