海涂地质条件下的钻孔灌注桩施工

杨 勇

上海公路桥梁（集团）有限公司 上海 200433

随着海洋资源开发的逐渐深入，作为海洋空间资源利用的基础手段之一，围海造地成为了拓展陆地资源、外扩海岸线的一种重要举措。在此基础上，大量滨海新城、沿海经济区开始投入不同规模的建设，各类市政道路工程、桥梁工程，乃至机场都在这类区域内有所涉及。然而海涂区因其地质条件的特殊性，在其上实施钻孔灌注桩时存在诸多难题[1-3]。

本文通过剖析海涂区地质特点、施工难点，结合某项目系统地阐述了海涂区地质条件下的钻孔灌注桩施工工艺，为类似工程提供借鉴。

1 海涂区地质特点

近期由吹砂填海形成的陆地称之为海涂区。该类区域原为海洋范围，后经设置圩堤吹砂填筑再实施地基处理，形成可供工程实施的场地。基于形成的方式，该类区域表层均覆盖有不同厚度的杂填土、冲填土，且以砂为主。因海涂区一般普遍存在面积大、地势起伏小等特点，且均为排水的入海口，为保证后期排水的通畅，海涂区均设有纵横向的河道，河床底部设置抛石镇脚以满足抗隆起要求，致使河床影响范围内均会存在厚度不一的抛石层。

同时，因该区域长期处于海洋环境，在一定深度的地层中以砂性土为主，土体含砂率较高，局部地层存在中砂层等不利地层。

2 背景工程地层情况

背景工程位于杭州湾畔，为2000年以后吹填形成的海涂区，该项目需要建设1座跨越排水河道的桥梁，水中墩台位于河床中心位置，桩基采用钻孔灌注桩，桩径1.2 m，有效桩长70 m，钻进孔深82 m。以该项目水中墩位置的地勘报告为例，地质情况如下：①4杂填土，层厚10.1 m，为抛石层；②2粉土，层厚1.4 m；③1粉砂夹粉土，层厚12.4 m；④2粉砂夹粉土，层厚16.5 m；⑤1中砂，层厚4.4 m，为流砂层；⑥粉质黏土，层厚12.1 m。

3 施工难点及主要工艺

根据地勘报告显示，海涂区水中墩钻孔灌注施工时需要面临的不良地层主要包括抛石层、流砂层以及砂性土等。同时，水上墩台桩基施工因考虑平台搭设的安全性与经济性，对成桩机械选型也提出了相应的要求。通过该项目的实施验证，最终优化确定了海涂区地质条件下的冲击钻进结合回旋钻进的钻孔灌注桩施工工艺，具体为采用冲击钻进穿越抛石层后素土回填桩孔，冲击钻机移位回旋钻机就位，回旋钻进剩余土层，通过采取控制泥浆性能、优化成孔工艺、缩短施工工期等措施完成钻孔灌注桩施工。

4 针对抛石层影响的应对措施

该项目抛石层位于河床顶面，层厚较大。根据现场观测，抛石层平均粒径在60 cm，最大可视粒径达2 m以上，质地坚硬，结构松散，同时抛石深度10 m左右不具备挖除的施工条件。该项目选用了打设长护筒的形式穿越抛石层形成桩孔，选用的钢护筒内径比桩基直径大20 cm，打设深度以穿越抛石层5 m为控制标准，上口标高以高出常水位50 cm为控制标准。钢护筒打设时，垂直度利用定位导向架进行控制。定位导向架采用型钢制作，竖向采用双拼20b#工字钢，横向连系采用10#工字钢制作。顶部定位主横梁采用32b#工字钢（图1）。定位导向架通过主横梁搁置于钻孔平台上，利用千斤顶进行精确定位，通过临时焊接与钻孔平台进行固定。

图1 定位导向架设计

海涂区因抛石层的存在，护筒埋设时下沉难度较大，垂直度较难控制。施工时，首先将钢护筒吊装至定位导向架内，利用履带吊结合振动锤振动下沉钢护筒至无法下沉为止，然后利用冲击钻机在钢护筒内进行冲击钻进，配合泥浆循环排出经冲击破碎后的石渣，每钻进1 m随即利用振动锤振动下沉钢护筒1 m，直至穿越抛石层后，利用振动锤下沉钢护筒至抛石层底5 m位置。下沉钢护筒的过程中需严格控制护筒的垂直度，以确保护筒壁不侵入桩孔部位且垂直度变化以不大于1%为控制标准。

钢护筒埋设到位后，因抛石层结构松散、透水性强，护筒外压力较小，极易发生护筒内泥浆外泄，造成成孔失败。为解决此难题，在钢护筒沉放到位后，护筒内采用素土回填至护筒顶部，利用素土的自重及自密实来充填护筒周边的空隙，增加护筒外压力，其间护筒内素土下沉后及时向护筒内补充素土，保证素土充满护筒，直至静置不小于3 d且素土标高不再下沉为止，方可进入下道工序。

5 针对流砂层影响的应对措施

该项目流砂层位于标高－40 m左右位置，层厚不深。流砂层中施工的控制重点为避免颈缩、糊钻、埋钻、坍孔等质量事故的发生。糊钻的具体表现为砂土或其他胶泥吸附于钻头之上，导致钻进异常缓慢，甚至出现无法钻进、憋泵现象，最后造成钻头被埋的埋钻现象。此类地层中钻进时，应选用扭矩较高、钻杆刚度较大的桩机型号，同时加大泥浆泵的泵送出浆量，提高泥浆置换速率。流砂层中钻进时采用回旋钻进，适当提高泥浆密度、黏度，并快速钻进穿越流砂层后反复上下扫孔，确保在流砂层形成较为致密的泥皮护壁。经过试验验证，流砂层中钻进时泥浆相对密度控制在1.4～1.5较为合适。

为防止成孔后流砂层处泥浆护壁破坏，应在施工中尽可能降低泥浆静置时间，加快施工速度。根据实施情况，自清孔开始至混凝土浇筑完成，时长应控制在3 h以内。具体做法包括提高单次钻杆拆除、钢筋笼安装、导管安装的长度，具体为2节钻杆1次拆除、2节长12 m的钢筋笼连接完成后1次安装、2～3节导管1次安拆等；清孔采用反循环清孔工艺，提高清孔速度，清孔以降低孔底沉渣厚度作为主控项目，泥浆性能指标可适当放宽，泥浆相对密度控制在1.2左右时即可灌注水下混凝土。

6 针对砂性土影响的应对措施

该项目钻孔灌注桩实施范围内主要土层为粉土、粉砂夹粉土、中砂、粉质黏土等，土体含砂率较高，导致泥浆循环中砂率将持续提高，若处理不到位将影响泥浆壁的形成与稳定，极易导致颈缩、穿孔等质量问题，严重的将发生坍孔等致使成孔失败。

钻进过程中泥浆穿孔外泄主要是因为桩孔内压力大于孔外压力，泥浆壁强度不足以承受该部分不平衡压力，导致桩孔内泥浆外泄至孔外，具体表现为孔内泥浆液位突然迅速下降。为有效解决泥浆外泄问题，考虑现场以砂性土为主，开孔时采用外购膨润土造浆，严禁采用原土造浆。同时对循环的泥浆严格进行沉淀处理，通过沉淀池沉淀过滤桩孔内置换出来的泥砂并及时清运，将含砂率符合要求的泥浆排放至循环池，同时根据检测指标及时向循环池内投递膨润土并搅拌均匀，以满足循环泥浆相对密度指标要求，一般地层钻进时控制在1.3～1.4，中砂层中钻进时提高至1.4～1.5，实时监测泥浆黏度。同时，护筒底部为刚性护壁与泥浆护壁的交界处，是穿孔现象防治的重点部位。该部位钻进时应缓慢进尺并反复扫孔，以确保泥浆壁的形成及泥浆壁与护筒壁之间的连接质量。

因泥浆中含砂率较高，混凝土灌注时，泥浆中的悬浮物在混凝土顶面形成了沉积，为保证桩身质量，避免断桩事故的发生，导管埋深应比规范要求超深2 m以上，即埋深按4～6 m控制。混凝土面测量时，测绳触碰沉积悬浮物表面容易产生已到混凝土表面的错觉，故超灌高度应相应提高。承台开挖后的数据显示，悬浮物沉积厚度在2 m左右，即灌注时控制超灌高度应不小于4 m，方可保证混凝土面超出设计标高2 m以上的设计要求。

7 结语

本文通过某项目钻孔灌注桩实例，系统阐述了海涂区地质条件下的钻孔灌注桩施工工艺的重难点及对策，并得到了以下结论：

1）利用冲击钻进工艺完成抛石层中的成孔钻进及护筒下沉，利用回旋钻进工艺完成剩余土层的成孔作业。

2）一般土层中钻进时泥浆相对密度控制在1.3～1.4，流砂层中钻进时控制在1.4～1.5，清孔以降低孔底沉渣为控制项目，泥浆相对密度要求可适当放宽，控制在1.2即可。

3）钻进过程中应尽可能降低成孔时间，尤其是泥浆静置时间，可通过提高单次钻杆拆除、钢筋笼安装、导管安拆的长度来提高施工效率。

4）混凝土灌注时应保证导管的有效埋深，以4～6 m为控制标准，超灌高度应不小于4 m。

5）本文主要描述膨润土泥浆护壁下的冲击钻结合回旋钻施工，未对化学泥浆、旋挖钻等其他工艺进行研究验证，在后续工程实施中，可根据具体情况补充该方面的研究内容。

[1] 姚明鑫,娄勇,周涛.不同地质下钻孔灌注桩泥浆性能及钻机效率的指标探究[J].公路,2020,65(6):33-36.

[2] 陈绪义,管先祥,何纯桥.临江穿越抛石层的钻孔灌注桩施工方法研究[J].中国水运:航道科技,2017(1):9-11.

[3] 秦涛涛.水上钻孔灌注桩护筒穿孔漏浆的预防与处理[J].四川建筑,2020,40(5):297-298.