抛石区灌注桩施工技术探讨

摘 要：由于事先城市规划的局限性，没有给港口仓储服务预留足够的空间，填海造地成为了提升一个城市的仓储能力的方法，填海区一般采用抛石法，该填海区上部再修建其他建筑物时，尤其桩基础，抛石会使灌注桩施工极其困难，境内往往采用冲击钻成孔方式施工，此方法施工效率低，扩孔严重，现介绍一种带通钻孔法桩基施工技术，以解决灌注桩施工困难的难题。

关键词：灌注桩;抛石区;冲击钻;带通钻孔法

中图分类号：U3T4                                  文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2022）03-0040-03

0引言

钻孔灌注桩施工技术是工程中常用的一项施工技术，具有施工工艺成熟、效率高、质量有保障的特点，但是在具体施工中容易受到多种因素的影响，对建筑工程施工稳定性造成了严重的破坏。因此，文章基于工程实例，在简要阐述钻孔灌注桩施工技术优势的基础上，介绍了钻孔灌注桩施工技术的应用流程[1]。

1工程概况

新城填海区A区至澳门半岛之间的连接通道—连接桥建造工程，位于澳门友谊圆形地，新城填海区A区北部及其之间的海域，是连接港珠澳大桥的澳门段关键性工程之一。本工程包含3座高架桥，高架桥桥台均处于抛石海堤上，桥台共34根直径610 mm灌注桩，桩长76 m。桥台均位于填海抛石区，抛石深度15 m。

2施工方法选择

澳门地区靠近海岸位置均为抛石回填，且抛石护坡抛石直径较大，对该区域进行地质条件确认，根据柱状图显示，该区域存在抛石层;且澳门本地对环保要求极高。境内对于岩层灌注桩施工，常规采用冲击钻、旋挖钻施工，施工工艺分析如下：

（1）功效方面：冲击钻、旋挖钻施工效率低，施工工程中需要反复回填以保证钻进的垂直度，且施工过程中扩孔严重;抛石区采用带通钻孔法施工，经过前期34根灌注桩钻孔时间的统计，此工法钻土速率7.5 m/h，入岩速率2.5 m/h，通过抛石区时，速率可达到4.5 m/h。相比于境内常用的冲击钻成孔、旋挖钻成孔的方式，抛石区施工效率可达到其的10倍左右;

（2）环保方面：境内采用泥浆护壁时，灌注桩混凝土过程中，会将孔内泥浆排出，由于灌注速度以及灌注总时间有要求，孔内泥浆需要在一个很短的时间内全部运走，需要准备大量的泥浆清运设备处理泥浆。工程处于澳门海边，对环保要求高，采用带通钻孔法施工时，由于孔内为清水，可以直接排入河流中或下水管道内，仅需在钻孔过程中清理沉渣即可，在环保要求严格或市区，此功法有很大优势。根据如上对比，且考虑现场实际情况，灌注桩采用永久全套筒，内安装钢筋笼，钻孔采取带通钻孔法，灌注B40混凝土[2]。

3施工方法

3.1 场地准备

先对桥台桩基场地内的障碍物进行清理，并通过挖掘机和压路机配合人工对整个施工区域进行整平压实，特别是在桩和座机的范围之内，要完全平整，以确保钻孔以后灌注的桩可以垂直地深入地底。

3.2 确定桩位

依照设计图则测定桩位及地面高程，并依照基桩点位坐标值于现场使用全站仪进行放样。距桩位中心2m位置固定三个坐标控制工具，以便在套管钻进时检查套管是否偏移;在钻进过程中用水平尺检查套管壁垂直，桩位最大允许偏差为75 mm ，垂直度最大允许偏差为1/75。

3.3 钻孔方法

在确立的桩位上，采取带通钻孔法（Odex-System）由气动锤清洗钢套管内顶层松软土質及带同钢套管同步钻入地底直至岩层。在钻孔过程中会于每 3 m距离用水平尺检查临时钢套管之垂直度，垂直度标准必须控制在设计要求之范围内（1/75）。气动锤由空气压缩机生产高压气体传动，高压气体通过管道进入桩底，将松软土及岩渣吹动与水体融合。同时将清水通过桩基灌至桩底，讲过不断注入将污水排除至沉淀池，以达到清理钻渣的目的。灌注桩采用全护筒，钢套筒外径为610 mm，壁厚为10 mm，与境内最常采用的泥浆护壁不同，此方法不需要调整泥浆比例，直接注入清水即可，不存在塌孔的情况。但需接长护筒，护筒每标准节长度为12 m，当钻孔深度超出钢套管标准长度时，以开坡口焊接的方式接驳。

钻孔过程中会由钢套管边吹出地底岩样，顾问代表可检查该岩样及作出判定。当钻孔至预定石面深度时，由顾问判定岩石样本是否达到设计标准，用以确定该桩石层面标高。

3.4 清孔及成孔验收

验收通过后随即于桩孔内注入水及风压清洗桩孔，以确保桩孔清洁满足设计要求，并用量筒取水样予顾问代表验收，由于采用全护筒，验收标准为，量筒内为清水，不能含有大量泥沙。完成清孔及验收通过后抽出整套钻杆及气动锤，再由顾问测量钻孔深度，以判断该钻孔是否达到施工图纸要求。顾问核实钻孔一切达到施工图则上之要求后，即完成该钻孔过程。

3.5 成孔质量检测（Koden 测试）

与境内采用的探孔测试不同的是，灌注桩成孔以Koden测试进行检查。Koden超声波成孔检测，是应用超声波反射技术，对钻孔灌注桩成孔质量进行综合检测的新技术。将超声波检测设备固定在孔口，超声波发射、接收探头在电缆的牵引下，沿充满泥浆的钻孔中心以一定速度下放。在下放过程中，超声波探头连续向孔壁垂直定向发射固定频率的超声波脉冲，同时探头连续接收孔壁处的反射波，根据声波的走时及声波的传播速度，确定探头与孔壁的距离。将探头测定的水平距离连续绘制在记录纸上，便可反映出不同断面钻孔的直径、倾斜度及深度，从而判定成孔的质量。

现场实测时，超声波探头的下放依靠绞车自动控制完成，反射信号从接收探头传至地面的记录仪，通过计算机打印成图。检测前应对超声波側壁测定仪进行必要的检查，如钢丝绳是否有损坏，探头与钢丝绳之间的连接是否牢固，电缆是否正确连接，测试日期是否正确等。应确定测量剖面方向与实际方位（桩底标高、桩底标高、地面标高）的关系。

为避开超声波法测试盲区、便于成果分析、仪器探头应尽量对准钻孔中心。测试中可采用有效手段，如降低绞车升降速度、增加声波发射功率、提高灵敏度抑制干扰信号等，消除记录中反射信号模糊断续或空白段。现场测试成果超声波扫描图应有明显的刻度标记，能清晰地反映孔壁形态。打印记录纸应有足够的长度，以满足成图需要。第三方将查看检测结果后，将成孔质量是否满足要求反馈至顾问，以进行下一步施工。

3.6 制作安装钢筋笼

当钻孔过程完成及各项验收通过后，便开始放置钢筋笼。钢筋笼会预先于地面根据图纸要求绑扎好，纵向主筋内侧每4 m设置一个Φ20 mm加强箍筋，加强钢筋笼的整体稳定性。制作完成后经顾问验收完成后方可进行安装。澳门地区桩基主体钢筋不允许焊接（辅助钢筋可以焊接），加强箍筋与主筋之间采用U型铁码接驳器连接。钢筋笼安装过程中，两节钢筋笼之间使用U形铁码接驳器接驳，每根主筋搭接用2个U形铁码锁紧，钢筋搭接长度为56D。所有钢筋笼会用分隔器（Spacer）每4 m稳固。钢筋笼放置完后，随即安装Φ220 mm之输送导管至孔底，以备灌注混凝土。声波管和界面取芯管焊接在钢筋笼内加强箍筋上，测试管底部用2.5 mm厚钢板烧焊密封。所有预埋管都应在浇筑混凝土之前进行水封，预埋管及管端密封材料均需防水。

3.7灌注混凝土

本工程钻孔桩使用B40的混凝土，采用水下导管浇筑法浇筑，导管直径为220 mm。安装灌浆导管时，导管底部下至距桩底200 mm以上位置。灌浆导管顶部与灌浆漏斗牢固连接，导管及灌浆平台需安全固定在临时钢套管顶部。

在初次混凝土浇筑时，使用两个漏斗，首斗（1～3 m³）采用B40无收缩水浆（同桩身混凝土强度等级）作为接浆料，另外在水泥浆斗上方备一斗（6 m³/斗）混凝土。于浇筑前，在导管上部使用隔离球隔离导管内水与水泥浆。浇筑时，先打开无收缩水泥浆斗阀门，浇至一半后，打开上方准备的另一斗混凝土阀门，混凝土通过水泥浆斗一次性浇灌至桩端。

在安装末节钢筋笼时，在钢筋笼顶端绑条尼龙绳，尼龙绳长度以可延伸至地面操作人员手中为宜。在浇筑混凝土及拔出临时套管过程中，监督人员需通过密切监测手中拉紧之尼龙绳是否松动来判断钢筋笼是否上浮。浇筑过程中，灌浆导管底部埋深应始终保持在2 m以上，每次拆管时间要快，迅速连贯。要准确测定孔内砼上升速度，控制好导管提升速度。严禁把导管底端提出砼面，避免造成断桩。每浇注一搅拌车混凝土应测量孔内混凝土面标高，提拔导管时要准确测算埋管深度，拆除的导管要立即清洗干净。混凝土浇注工作接近完成时，要加强桩顶标高的测定，可用测锤、取样器等手段，以超过桩顶标高2 m以上为宜。

浇注混凝土完毕，立即拆除导管清洗管内残留混凝土及四周泥沙，并做好检修及保养。在浇筑过程中，安排专人做好详细记录，填好水下混凝浇筑记录表，运输、容量和混凝土平水应被记录。另外要在浇筑前测试混凝土塌落度，并及时取样制作混凝土试块，以作强度测试。

3.8 桩身质量检测

（1）声波测试：于预埋声测管中使用超声波仪检查桩的完整性，测试范围为100%。（2）全长取芯测试：当混凝土浇筑达到28天后，安装钻探机进行桩身全长取芯，通过对芯样进行强度测试，以判断成桩质量。使用双管钻心筒来取样，取芯直径至少100 mm。测试范围为10%，具体桩位由质量控制单位确认。（3）界面取芯测试：取芯方法同全长取芯测试，在预埋管中安装钻具及取芯筒，以抽取桩底混凝土及基岩芯样，以判断接触面成桩质量及基岩质量。测试范围为100%。（4）测试完毕后，测试管内灌入抗压强度大于40 MPa无收缩水泥浆。

4常见事故的预防及处理

此工法施工时，灌注桩常见的问题，如钢筋笼上浮、混凝土堵管、偏弯孔、短桩、断桩也会发生，与境内一般灌注桩处理方法相同，就不在赘述。现就成孔时“漏砂”问题进行详细介绍及处理办法。带通钻孔法成孔时，采用全护筒，且伸入岩层。正常施工时，护筒伸入岩层后，岩层与护筒形成一个封闭环境，将钻孔内外隔离，泥沙等不会进入桩孔，钻孔内部为清水环境。当遇到底部岩层为倾斜面时，会造成一侧护筒已伸入岩层，而另一侧仍有空隙的情况，导致泥砂通过空隙进入孔底，从而引起“漏砂”，桩底沉渣过厚影响桩基质量。漏砂的处理办法有三种，现一一进行介绍。（1）继续钻孔：利用钻机将入岩部分扩大，将护筒伸入岩层部分增长，将护筒与斜面岩层之间的缝隙消除，从而不漏砂，达到处理“漏砂”的目的。（2）灌注混凝土后重新钻孔：若经过多次钻孔，将护筒伸入岩层长度增加后，还有漏砂情况，可采用灌混凝土的方法解决。采用带通钻孔法施工时，灌注桩入岩部分施工效率很高，所以可以先用混凝土封闭后再钻孔。混凝土封闭方法与桩身灌注混凝土相同，同样采用B40的混凝土，采用水下导管浇筑法浇筑，导管直径为220 mm，为保障再次漏砂可将混凝土灌注高度控制在岩面以上约2.5 m。混凝土灌注后，待混凝强度达到设计强的60%后，即可开始重新钻孔，钻孔至设计深度后清孔，查看是否还有漏砂情况，若还有漏砂情况，则重复此项工作，直至不漏砂为止。（3）泥浆护壁法：若采用混凝土封闭后，还是无法达到阻止漏砂的情况，则可以考虑泥浆护壁法。即钻孔到位后，采用膨润土造浆，注入孔内，将清水更换。将膨润土与水按照比例用搅浆桶拌和，泥浆比重控制在1.03～1.10、黏度17～20 s、含砂率<2%。泥浆搅拌完成后，安装导管，将泥浆从底部开始灌入，直至顶部溢出的泥浆满足要求时，停止灌注。利用泥浆的粘稠度，将护筒外砂隔离在外。同时开始安装钢筋笼，钢筋笼安装完成后再安装导管，循环泥浆，检测泥浆质量，然后灌注水下混凝土。此方法存在一定的风险，即底部可能有沉渣，而采用全护筒的桩基底部不允许有沉渣，界面取芯测试时有不合格的风险，此方法慎用[3]。

5与传统灌注桩施工方法利弊分析

抛石区采用带通钻孔法施工与境内常规的灌注桩成孔相比有很多的优势，也有很多的弊端，结合实际施工情况进行对比如下：

5.1 造价方面

由于采用全护筒，护筒壁厚10 mm，且护筒为一次性投入，造成桩基的成本大幅度增加，是同等直径桩基造价的4倍左右，但由于护筒也可承受一部分承载力，灌注桩直径可以适当减小，综合分析后该功法是境内常规灌注桩造价的2.5倍左右，其高昂的造价也是造成其未在境内广泛推广的重要原因。

5.2 桩基质量

带通钻孔法施工，采用全护筒，用护筒与外界隔离，可以有效的避免了塌孔、扩孔、缩孔、夹砂等常见桩基事故的发生。另外由于成孔后，孔内为清水，可以有效的避免桩底沉渣过厚造成桩基承载力下降的问题。

5.3 功法限制

由于需要采用空压机带动钻机钻孔，并将孔底钻渣吹出，此造成了如桩基直接过大时，就难以带动钻机成孔，该功法限制了桩基直径必须在0.8 m以内，此也致使其无法在大型结构物或对沉降要求高的建筑物施工时应用。

6结语

灌注桩在境内已是成熟工艺，由于中国地大物博，填海造陆的情况很少，在抛石区施工灌注桩的情况更是少见，所以相应的施工经验也很少，但一些领土较小的国家填海、填湖造陆的情况较多，如荷兰、日本、摩纳哥、新加坡等，填海之后往往会在上部修建桥梁、房屋等建筑物。采用带通钻孔法施工，可以有效通过填筑的抛石区，而且工期得到很大缩短，桩基质量也易得到控制，而此工法在国外也属于成熟工艺，云贵喀斯特地貌区也可考虑此功法，以有效避免溶洞造成的困扰。带通钻孔法施工抛石区灌注桩为我们提供了另外一种施工思路，也可以为境内、国外类以工程提供一定的参考。

参考文献

[1] 李进.旋挖灌注桩施工工艺探讨[J].工程建设与设计，2016（18）： 173-174.

[2] 李昂.钻孔灌注桩施工技术研究[J].工程技术研究，2020（8）：66-67.

[3] 杨玉辉.钻孔灌注桩施工要点[J].建筑技术开发，2007（7）：51-52.

Construction Technology of Cast-in-place Pile in Riprap Area

WANG Zhaozhao

（CCCC THIRD HARBOR ENGINEERING Co.， Ltd.， Lianyungang  Jiangsu  222042）

Abstract： Due to the unreasonable urban planning in advance and the lack of sufficient space reserved for port storage services， land reclamation has become a method to improve the storage capacity of a city. The riprap method is generally used in the reclamation area. When other buildings are built on the upper part of the reclamation area， especially the pile foundation， riprap will make the construction of cast-in-place pile extremely difficult， Percussion drilling is often used for construction in China. This method has low construction efficiency and serious hole expansion. This paper introduces a band-pass drilling pile foundation construction technology to solve the difficult problem of cast-in-place pile construction.

Keywords： cast in place pile; riprap area; percussion drill; band pass drilling method

收稿日期：2021-12-20

作者簡介：王兆召（1987—），男，河北衡水人，本科，工程师，研究方向：土木工程、抛石区灌注桩施工技术。