淤泥地质条件下灌注桩施工难点分析及解决方案

鲍春生

（中煤长江基础建设有限公司，南京 210046）

1 工程概况

某项目地质分布从上至下为：碎石素填土、含淤泥中细砂、流塑淤泥层、粉质黏土、泥质粉砂岩强风化带、泥质粉砂岩中等风化带，其中，流塑淤泥层厚0.6~15 m。淤泥层的特点有强度低，压缩性高和孔隙率高等，此外，淤泥还容易流动变形，易受外界因素扰动，因为这些特性，淤泥的施工性能极差，特别是对于灌注桩施工十分不利。

2 淤泥地质对灌注桩施工的难点

2.1 混凝土超方

在淤泥地质条件下，灌注桩施工中混凝土的超方量明显增加，其根本原因是在浇筑过程中淤泥地质易发生流动，导致孔壁变化。扩孔的主要原因是混凝土在浇筑时因其自重较大，同时还带着灌注的压力，给孔壁形成了巨大的压力，而淤泥的强度低，会因为压力而被挤压，进而导致孔径增大。同时在压力的作用下，混凝土会挤向淤泥，导致混凝土的充盈系数增大。特别是在淤泥地质条件下，灌注桩施工中扩孔一旦发生往往较严重，混凝土超方的量较大，单个桩的造价也有显著提高，不利于项目经济效益增长。

2.2 二次清孔困难

淤泥层中时常还有其他杂质，如粉质黏土、粉砂等。这样的成分组成会使淤泥具有更强的流动性，大大延长钢筋笼下放的时间。而孔内的泥浆在经过一段时间后就会发生沉淀，失去泥浆护壁和排渣的作用，这时需要进行二次清孔，大大增加了工作量，延误成桩时间，影响工程进度。

2.3 机械设备就位难

淤泥地质场地的承载能力不足，灌注桩施工所使用的机械设备普遍自重较大，机械设备容易陷在淤泥中，即使按要求就位，也可能在设备就位位置产生较大的沉降，影响设备正常工作。一般的工程中采用的都是石块或砖渣换填的方式来提高地基承载能力。但该方式存在明显的不足，机械设备会在施工过程中对场地反复碾压，而对地面施力点较为集中，因此，换填的材料会发生不均匀的沉降，进而使地基的承载能力进一步降低。一些工程还会采用石粉来换填，但淤泥地质范围较大，石粉换填的成本过高，不利于项目积极性原则。

2.4 钻进过程难控制

淤泥地质条件下开展灌注桩作业，钻孔机械在运作途中会产生较强的振动，而因为淤泥的特性，淤泥会处在一种运动状态，孔壁易坍塌。在钻机钻进时，钻头会发生高频振动，引起淤泥层流动，钻孔的位置会因为不均匀沉降产生偏差，发生偏桩。其次，因为淤泥层的流动特性，淤泥层中潜藏的石块也会随之运动至钻孔位置，导致钻头损坏或钻杆折断。需要用专业的器具将石块取出，后用小号的钻头以及牙轮缓慢钻进，同时对不合适的部位进行回填，待其余灌注桩成孔后，重新使用冲击钻配合正循环的方式完成钻孔工序。

2.5 钢筋笼上浮

灌注桩浇筑工序中，在浇筑初期，混凝土导管还未达到一定埋深，混凝土下落会给底部的混凝土一个强压力，当该强压力大于钢筋笼的重量时，钢筋笼就会上浮。此外，若浇筑的速度较慢，混凝土发生离析、初凝，新浇筑的混凝土就会向上顶已初凝的混凝土，而钢筋笼就会被初凝的混凝土带着上浮。

3 淤泥地质条件下灌注桩施工难点解决方案

淤泥层层厚超过8 m时可以采用长护筒护壁施工工艺。该工艺能有效解决上述施工难点，直接提高项目的经济效益。

3.1 技术原理

施工地质中包含淤泥层且淤泥层较厚时，如上层有正常土质，则在上层钻进过程中采用传统的钻进方式，即泥浆护壁成孔，而且选择的钻头应比孔径略大，方便后续淤泥层施工。临近淤泥层时换用长护筒成孔后应及时换用长护筒护壁施工，护筒的施打系统采用起重机与振动锤液压钳协作，穿过淤泥层一定长度时，再换用匹配桩径的钻头继续后续的钻进工序。进行混凝土灌注，一次灌注完成后，计划长护筒拔出和混凝土补灌工序，灌注桩施工完成。

3.2 技术要点

3.2.1 非淤泥层灌注桩成孔

1）采取隔孔施工程序（支护桩）。成桩初始，桩身混凝土的强度很低，且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的，故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。

2）确保桩身成孔垂直精度。采取扩大桩机支承面积使桩机稳固，经常校核钻架及钻杆的垂直度等措施。

3）确保桩位、桩顶标高和成孔深度。在护筒定位后及时复核护筒的位置，严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50 mm并认真检查回填士是否密实，以防钻孔过程中发生漏浆的现象。

3.2.2 材料及设备选择

因淤泥地质的特性，长护筒对受力的要求较高，因此，选择材质为Q235的钢套筒，壁厚12 mm，单节长护筒长度为8~12 m，钢套筒的内径应比桩径大至少100 mm。长护筒的施打设备选择起重机、振动锤、液压钳系统，其中起重机的配置不低于50 t。

3.2.3 长护筒施打

长护筒施打前应做好桩位的定位工作，通过全站仪打出精确的桩位点位，在点位上拉十字线。位置确定好后，用起重机吊起长护筒使长护筒垂直于孔口屏面，安排4人位于十字线4个端点辅助对齐孔位，确定好后下放长护筒，下放过程应缓慢进行，避免破坏已成孔的孔壁。同时按互相垂直的关系架设两台经纬仪以确保在护筒下放过程中其始终处于垂直孔口平面的状态。护筒下放至预定位置后，再次检查护筒的垂直度、定位，无误后开始振动下沉工序。每下沉约1.5 m时，停止振动，校验护筒的垂直度，如有偏差需及时修正。护筒施打工序完成后应检查护筒的垂直度是否满足小于1%。如施工安排允许的条件下，可以采用跳打的方式提高成桩质量和施工效率，跳打的数量和间隔根据实际的施工情况来确定。

如长护筒施打过程中护筒的下沉速度短时间内有较大的降低，应及时停止，将护筒向上提高0.5 m后再行下沉，观察下沉的状况，如仍然速度缓慢，则考虑下方有阻挡物的情况。将护筒提出孔外，平置于相对平整的地面，排除障碍物后再重新开始施打工序。

3.2.4 泥浆抽取筒

淤泥地质条件下的桩长较长，在灌注桩施工中需要掌握孔内泥浆的相关参数情况，以调整泥浆比重防止塌孔。该泥浆抽取筒能下至任意需要测量的深度并取得泥浆，极大地方便了泥浆参数的测定工作。

使用泥浆抽取筒需将抽塞压至隔板，并在筒内注满泥浆，然后将泥浆抽取筒放入需抽取泥浆的灌注桩孔内。下放位置通过抽绳上的刻度确定，待下放至指定位置后将抽绳向上提，抽塞通过挤压将筒内的泥浆排出，在筒内形成了负压环境，外部的泥浆此时就能将橡胶球顶至盲孔位置，通过筒底部的通孔，进入筒内，待取到足够泥浆后实心橡胶球会在内部泥浆的压力下再堵住底部通孔，此时就能将泥浆抽取筒提出灌注桩孔外，完成抽取工作。

3.2.5 钢套筒接长

单节护筒的长度不足时就要在原护筒上焊接加长护筒。在长护筒的顶端下降至距地面高1 m时开展护筒加长工序。焊接的方式为对焊，焊接工作完成后在接口处外包一层10 mm厚200 mm宽的钢板。焊接工序全部完成后，需待护筒自然冷却后才能进行后续的施打工作。

3.2.6 淤泥层穿过判定

施打长护筒工序的一个重要目的就是穿过淤泥层，因此，需参考工程的地勘报告，在施打工序的后期实时关注施打情况，监测施打深度、护筒下放快慢和是否顺畅等来判断长护筒是否穿过了淤泥层，如判定已穿过淤泥层后，还应继续施打使护筒下至淤泥层下超过1 m。

3.3 淤泥层灌注桩长护筒拔出及混凝土补灌

3.3.1 开拔时间

考虑到混凝土的强度和成孔时间，长护筒开拔时间应根据混凝土浇筑完成的时间和混凝土的初凝时间两个参数确定：长护筒开拔时间应在混凝土浇筑完成30 min后1 h前，同时不能超过混凝土拌和完成后5 h。

3.3.2 拔出过程

将护筒顶端周围的环境清理干净为拔出作业做准备，护筒顶应超出地面0.5 m，方便设备安装。拔筒设备采用起重机和振动液压钳的组合，控制振动液压钳夹住护筒并振动两分钟以上，为护筒腾出空间减少护筒与土之间的摩擦，然后缓慢向上拔出，同时保证振动液压钳正常运作。

护筒每拔出3 m，停止起重机，待振动约2 min后再继续拔出护筒，停止时间内依然采用经纬仪来检测护筒的垂直度，避免因为拔护筒导致偏桩。重复上述步骤，直至将护筒完全拔出，拔出后应将护筒平放置于平整的场地存放。

3.3.3 混凝土补灌

因长护筒本身的体积与淤泥质土特性的影响，长护筒拔出后会空出一部分空间，导致混凝土不足，为保证有效桩长满足设计要求，护筒拔出一定的高度后（该高度参考孔的深度和淤泥层的厚度推算），观察护筒内混凝土的下降高度，再按照护筒内的空余情况补灌混凝土，补灌完成后再行振动拔出护筒。

4 效益分析

成桩速率明显提高。在工程实践中据统计，桩长21 m、直径800 mm的桩，按传统灌注桩施工工艺成孔需要4~5 d，同样条件长护筒护壁施工工艺成孔只用2 d，单根桩的施工工期缩短了2~3 d，工期效益明显。

充盈系数显著减小。淤泥层采用传统工艺成孔实测充盈系数1.7~1.8，采用长护筒工艺实测充盈系数1.4。混凝土超方量下降明显，单桩成本降低。

长护筒为单元化构件，且其强度高不易磨损，使用时间长，周转次数多，也就减少了泥浆的使用，减少了泥浆处理工作的花费。同时长护筒便于定点存放，便于管理，容易满足文明工地的要求。

对于淤泥土质的保护功能更强，能有效避免塌孔漏浆的问题发生。在工程实践中，长护筒护壁工艺的成桩质量经检测一类桩数量占总的大95%，成桩的质量得到有效保障。

5 结语

综上所述，在厚淤泥层地质条件下进行灌注桩施工，因淤泥层的特性带来的不利影响，存在混凝土超方、二次清孔困难、机械设备就位难、钢筋笼下放困难等施工难点，为了能有效应对这些施工困难，本文介绍了一种泥浆护壁与长护筒护壁相结合的成桩技术。经过实践对比，发现该技术在成桩效率，灌注桩病害防治和成桩质量上都有明显的提高，具有相当的应用价值。