海相沉积软土地质条件下长护筒旋挖桩施工技术分析

陈建珍

（福建省莆田市荔城区新度镇乡村振兴发展中心，福建 莆田 351100）

0 引言

我国沿海地区广泛存在海相沉积软土，该类软土具有强度低、触变性灵敏、含水率大和压缩性大等特点，还具有与淤泥质土、粉质黏土和砂层交互叠加的特征，土层稳定性较差，再加上地下水的冲刷作用，若采用传统的泥浆护壁灌注桩成孔工艺，施工时容易出现缩颈、塌孔、地陷、埋锤和漏浆等质量问题，成孔难度较大，施工效率低，塌孔处理比较麻烦，灌注桩充盈系数变大，施工成本大幅增加，工期不可避免地出现延误，工程造价和工期均无法得到良好保障。因此，针对此类地质情况，提出采用钢质长护筒辅助穿越软土层进行成孔，可以有效保证孔壁安全，充分利用旋挖钻机移机灵活和旋挖钻进速度快的优点，加快桩基成孔速度，确保桩基质量和工期满足合同约定要求。

1 工程概况

莆田玉湖新城白埕片区安置房工程位于莆田市荔城区新度镇，总建筑面积约为84080.316m2，共有7 栋建筑物，其中1#和2#楼均为地上33层，3#和4#楼均为地上31层，5#楼为地上5层，6#楼为地上1层，7#楼为地上2层，地下室为1层。1#～4#楼的结构形式为框剪结构，5#～7#楼的结构形式为框架结构，地下建筑面积为11586.766m2。基础选用桩基础，选用桩径为800mm的灌注桩，桩型为端承桩，桩端嵌入持力层深度为1.0m，持力层为中风化花岗岩，岩质较为坚硬，桩身混凝土强度为C30，桩长为22～30m。

2 地质条件

工程所处区域土层地质条件见表1所示，场地内未发现溶洞、地下管道、古墓等情况。地下水为孔隙水，较为丰富，水位埋深为3.50～4.10m。施工场地内细砂层为强透水层，地下水渗透性良好，为径流渗透提供良好的通道。地下水主要接受东侧玉湖支流的渗透补给和大气降水的渗透补给，水位伴随着当地气候和季节性变化的影响而出现变化，年最大变化幅度约为2m。

3 施工难点剖析

（1）地层中存在深厚的淤泥层，而地下水受玉湖支流渗透影响，水量较大，淤泥在承压水作用下触变性灵敏，灌注桩成孔时容易产生塌孔、漏浆、地陷和埋锤等质量问题，施工效率低。

（2）细砂层密实程度为松散—稍密，在地下水冲刷作用下，容易形成流砂地质，灌注桩在流砂地质条件下经常出现塌孔现象，混凝土灌注时充盈系数较大，施工成本增加较多。

（3）灌注桩在海相沉积软土和细砂地质中成孔时，桩孔垂直度控制难度较大，经常出现缩颈或者斜孔现象。

（4）持力层为中风化花岗岩，设计要求嵌岩1.0m，岩质坚硬，进尺困难，应选择妥当的方法进行处理。

（5）该工程桩基数量多，灌注桩工艺复杂，工期紧张，应认真做好桩基各项施工部署。

4 施工方案比选

4.1 泥浆护壁+冲击钻机

该方案适用于各种地质条件，但是冲击钻机设备配件多，移机较慢，还需要布设电缆等电力配套系统。虽然冲击破碎岩土效果较好，耗能低[1]，但是该工程存在淤泥和细砂等不良地质，在承压水冲刷下，泥浆很容易被稀释，泥浆护壁效果不佳。另外持力层岩质坚硬，砍岩时振动较大，不仅容易对孔壁造成不良影响，导致塌孔事件发生，还产生一定的噪音污染，对周边居民日常生活造成一定影响。该方案完成一根桩所需时间约6～8d，成孔效率较低。

4.2 泥浆护壁+旋挖钻机

该方案适用于粉质黏土、风化岩层、砂土、卵石层、粉土和填土等地质条件[2]，旋挖钻机自带动力，步履式行走灵活，施工速度快。根据土质情况可以采取干孔和泥浆护壁两种成孔方法，根据岩土层性质选用相应的钻具，施工噪音小，环保效果好。但采用泥浆护壁工艺成孔，在地下水冲刷下，孔壁无法保持稳定状态，塌孔严重。该方案完成一根桩所需时间约为4～6d，成孔效率不高。

4.3 长护筒+旋挖钻机

该方案适用于各种地质条件，长钢护筒能够有效地阻挡淤泥和细砂等易塌土层，消除承压地下水的冲刷影响，有效地保证孔壁安全和成桩质量。旋挖钻机自动化程度高，定位精准，垂直度和孔深均能自动纠偏与量测，成孔质量较好，该方案完成一根桩所需时间约为1～2d，成孔效率高。

4.4 方案的确定

综合成桩质量、施工工期、地质条件和对周边环境影响等因素考虑，该工程灌注桩选用长护筒+旋挖钻机的施工方案。旋挖钻机选用徐工XR360E，该钻机最大成孔深度为92m，最大输出扭矩为360kN·m，最大钻孔直径为2.5m，工作压力为33MPa，转速为6～27r/min，功率为345kW，旋挖钻机各项性能满足桩基施工要求。

5 海相沉积软土地质条件下长护筒旋挖桩施工要点

5.1 施工准备

由于表层杂填土较为松散，而旋挖钻机自重较大，若不进行地基处理，可能出现钻机陷在场地的情况。因此，在已平整过的场地上铺设0.4m厚的石粉，采用10t的压路机碾压数遍，使得场地的承载力能够满足旋挖钻机的正常行走需求。将桩位坐标汇总后，采用全站仪对每个桩位进行测量定位，桩位测量放线精度应符合规范要求，轴线偏差≤50mm，应在桩位周围做好4个控制桩，以便后续桩位复核[3]。

5.2 埋设长护筒

钢护筒内径比桩径大100mm，内径为900mm，壁厚为12mm，钢护筒在工厂定制生产。护筒上下口1m范围应加焊钢板进行加固处理，防止护筒上下口出现变形现象，并在距离护筒上下约15cm位置对称设置直径为8cm的吊装孔，护筒标准节长度为8～12m。护筒埋设前应在桩位上开挖深度为1.0m左右的浅坑，采用履带式吊车吊运钢护筒至桩位上方约0.3m，由桩位四周控制桩拉线交叉定出桩心，操作人员扶住钢护筒进行定位，使钢护筒中心与桩心处于同一直线上。在平面上呈90°方向架设2台经纬仪对钢护筒垂直度进行校正，钢护筒应缓慢下放平稳，垂直度偏差≤1%。采用液压振动锤辅助下沉，刚开始利用振动锤和钢护筒的自重进行下沉，待钢护筒稳定后即可开启振动开关进行振动下沉，每2m采用经纬仪对钢护筒的垂直度进行检查，一旦发现倾斜马上采取措施进行纠正，使钢护筒垂直度符合规范要求[4]。钢护筒下沉过程中，如果发现下沉速度瞬间变小，应立即停止下沉，用吊车将护筒拔起0.5m后再下沉，如果依然无法下沉，则可以判断地下存在孤石等障碍物，用吊车将钢护筒拔起，处理障碍物后再重新开始钢护筒下沉。第一节钢护筒上口距离地面约1.0m时，将加长钢护筒下口与第一节护筒对齐后进行焊接，由2 名持证焊工从两边对称施焊，采用宽度为200mm的钢板在焊缝位置进行外包焊接，确保护筒间连接牢固。钢护筒须等自然冷却≥8min后再下沉。根据钢护筒下沉速度和岩土层地质情况来判断钢护筒是否有效穿过软土层，要求钢护筒下口沉入粉质黏土层≥1.0m，钢护筒下沉后其上口应露出地面0.5m。

5.3 旋挖成孔

旋挖钻机移机就位后，利用自身定位装置使钻杆与桩心处于同一直线，自动校正钻杆垂直度达到规范要求，刚开始钻进时应轻压慢钻。不同地层选用对应的钻具，粉质黏土层及以上土层均选用常规旋挖钻斗，利用斗齿将土层切削回旋进入转斗，再提升到地面进行弃土；全风化花岗岩和碎块状强风化花岗岩选用双锥双螺钻具，加快钻进速度，孔内岩渣用旋挖钻斗捞出；中风化花岗岩选用取芯筒式钻具，加大扭矩慢速钻进，由于岩层硬度较大，将子弹头截齿的刃前角调整为30°，有利于截齿削岩[5]，钻进岩层0.5m后将其掰断，接着再钻进0.5m并扭断岩芯。该工程持力层岩面倾斜，为了让钻具垂直钻入岩体，利用卷扬机将钻杆牢牢地吊着，取消钻杆浮动，减小压力缓慢钻进，直至入岩稳定后再正常砍岩。一旦倾斜岩面无法顺利钻入，则应下导管灌注混凝土至倾斜面顶部，待混凝土强度达到施工条件后，再按照上述取芯方法进行操作。终孔后应将孔底的细砂和岩屑全部捞出，确保沉渣厚度满足设计要求。

5.4 混凝土灌注

水下混凝土的坍落度为180～220mm，由于混凝土质量好坏关乎到桩身混凝土质量，因此，进场的每车混凝土质量必须检查，检查合格方可投入使用。该工程首灌用的料斗方量为2m3，一切准备就绪后，料斗装满混凝土，拉起隔水钢板时候，罐车内的混凝土进入桩孔内，确保首灌成功，导管埋入混凝土长度≥1m。每车混凝土灌注后应对混凝土面上升高度进行量测，计算出埋管深度，埋管深度为2～6m，为了防止拆管过多导致断桩事故发生，该工程埋管深度以4m进行控制。考虑到护筒拔出后混凝土可能还会出现回落现象，因此，该工程混凝土桩顶高程要求超出设计值1.0m，从而保证旋挖桩的混凝土质量。

5.5 长护筒拔出

长护筒拔出时间极大地影响混凝土质量，拔出过早，混凝土容易出现缩颈现象，拔出过晚，拔起困难导致混凝土容易被拉裂或者拉断。因此，该工程长护筒拔出时间以2个指标进行控制，即混凝土初凝时间和灌注完成时间。根据以往施工经验，以混凝土装车后5h和混凝土灌注后0.5～1h（视气温而定）作为长护筒拔出时间[6]。将护筒周边浮浆清理干净，用液压振动锤将护筒上口夹住并振动2～5min，将护筒四周泥土振松，吊车应采用钢丝绳将钢护筒吊住，接着缓慢向上拔起，拔出约3m时应继续振动2～3min，接着再向上拔起，如此循环振动和拔起，直至长护筒拔出地面。在长护筒拔出过程中应重点复测护筒垂直度，要求其实测值≤1%。长护筒拔出将不可避免地引起护筒内混凝土回落的问题，因此，每拔出1.5m应观察护筒内空位高度，及时补灌混凝土后再继续振拔钢护筒，确保桩身混凝土质量。

5.6 桩端后注浆

该工程旋挖桩成桩后1d即可开塞，用高压水疏通注浆管，成桩7d后即可开始桩端后注浆施工。浆液采用水灰比为0.55的纯水泥浆，从外围的旋挖桩开始注浆，往中间旋挖桩推进，注浆压力为4MPa，注浆应对称同时等量操作，确保注浆量稳定。该工程以注浆量为1.3t对注浆质量进行控制，如果发现注浆中有冒浆等异常现象发生时，应上报技术负责人，建议注浆方法改为间歇注浆法，间歇1h再继续注浆。

6 结束语

旋挖桩成桩后按照规定进行超声波检测、取芯和静载试验，各项数据表明，旋挖桩施工质量合格。实践表明，针对海相沉积软土地质采用长护筒+旋挖钻机的施工方案是合理可行的。采用长护筒旋挖桩施工技术不仅可以解决淤泥和细砂地层塌孔和缩颈等施工难题，还有效地保证桩身混凝土质量，确保桩基按期保质完成，取得良好施工效果。