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沿海围垦区钻孔灌注桩施工出现的问题及防治措施

2024-06-25 85 上传者：管理员

摘要：围垦吹填工程常常涉及厚度不均、低承载力的高压缩性海积淤泥和淤泥质粉质黏土，这些条件给超长钻孔灌注桩的施工、成桩质量和单桩承载力带来了挑战。本文通过具体案例分析，研究了沿海围垦区钻孔灌注桩施工过程中所遇问题，并在此基础上提出了针对性的防治措施。这些建议旨在为业界同仁提供有益的参考和借鉴。

关键词：
措施
桩基施工特点
沿海围垦区域
钻孔灌注桩
防治措施
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钻孔灌注桩因其施工周期短、单桩承载力强以及成本较低等显著优势，在桥梁、厂房等建筑领域，尤其在沿海发达地区获得了广泛的应用与推广。然而，在沿海围垦区域，由于软土地基的承载能力受限和工程地质条件欠佳等问题逐渐凸显，给桩基施工带来了诸多挑战。本文深入探讨了本工程钻孔灌注桩施工过程中所遇到的问题，详细分析了其成因，并提出了一系列针对性的防治措施，旨在为类似地质条件下的灌注桩施工提供有益的参考与借鉴。

1、概述

1.1工程概况

积峙桥，起始桩号为K1+033.6，终止桩号为K6+520.0，起始于六横岛跃进塘堤坝的外侧。它以高架桥的形式跨越小郭巨围垦区，最终抵达南岙。在结构上，该桥的上部主要采用了30 m(28 m）、40 m跨的预应力混凝土连续T梁，以及45 m、65 m的简支钢混组合梁。而下部结构则主要由现浇桥墩构成，桥墩的设计根据不同的墩高，选用了双柱式和墙式墩两种形式，基础则选用了钻孔灌注桩。在桥台的设计上，起点采用了U台加桩基础的形式，而终点则选用了U台形式。

在桩基方面，积峙桥共计有1 367根桩，这些桩的直径分为1 200 mm、1 500 mm、1 800 mm、2 000 mm四种，桩长则在12 m至89 m之间不等。在这些桩基中，10-12、17-23、61、68、137-169号墩台的桩基础采用了嵌岩桩的设计，而其他的墩台桩基则选用了摩擦桩。在施工上，主要采用了回旋钻（旋挖钻）和冲击钻的施工工艺[1]。

1.2沿海围垦区域地质的特点

通过调查舟山市沿海围垦区几个建设项目，以小郭巨一期围垦区浙江宁波舟山港六横公路大桥项目二期工程积峙桥为例，积峙桥K1+041-K6+350段为人工海岸新近围垦亚区(Ⅲ1)，地势平坦，表层为人工吹填淤泥质土、粉细砂层，上覆第四系海积、冲海积、冲积淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉土、粉细砂。下伏白垩系西山头组全强风化、中风化凝灰质熔岩、溶结凝灰岩、凝灰岩。其下为淤泥层，厚度近20 m；淤泥层下为黏土层，厚度在70 m左右，局部夹少量砂、砾。

本工程积峙桥工程地质剖面见图1；积峙桥工程地质纵断面见图2。

1.3钻孔灌注桩的施工特点

灌注桩是在工程现场，通过机械钻孔、钢管挤土或人工挖掘等方式，在地基土中形成的桩孔。然后，在这些孔内放置钢筋笼并灌注混凝土，从而形成桩。根据成孔方法的不同，灌注桩可以分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类[2]。其中，钻孔灌注桩的施工方法因护壁形成的不同，分为泥浆护壁方式和全套管施工法两种。钻孔灌注桩施工具有噪声和震动小、能建造直径远大于预制桩的桩、且承载力高等特点，适用于各种地基，且施工质量对桩的承载力具有重要影响。

2、沿海围垦区钻孔灌注桩施工中常见的问题

图1积峙桥工程地质剖面

2.1地勘不详

鉴于沿海围垦区土层的多变性、不确定性、隐蔽性的因素，常常导致踏勘结果不全、不详细，最后给设计和施工带来很多麻烦，严重的给工程施工埋下隐患。因为沿海围垦区是新进吹填而成，垦区内河道众多，土层变化较大，特别是临近人工河道两侧片石驳岸以及前期采用大面积宕渣堆载预压处理，随着时间推移，片石逐渐沉淀，造成桥梁范围内原地面往下不规则广泛分布块石，且深浅不一，特别是桥梁桩基位置如果踏勘不详细容易导致桩基的施工事故，影响灌注桩的施工质量。

2.2桩机就位

近年来，沿海围垦区场地多为新吹填形成，土层沉积时间短，导致承载能力低下。由于场地未经充分平整与压实，该软土地基上进行的钢筋混凝土灌注桩施工面临多重挑战。具体而言，场地面层土壤特性表现为高流塑、高压缩性和高含水量，这些特性直接影响了在原土地基上施工的稳定性。例如，可能导致桩机平台和转盘的水平稳定性受损，进而引发钻机的不均匀沉降和水平位置偏离。此外，深层土体的硬度不均一性或在施工过程中遇到的孤立石块也可能造成锤头或钻头的受力分布不均，这进一步加大了施工的难度。此外，回旋钻施工过程中的钻杆弯曲、接头松动等问题也可能导致钻头产生较大的晃动，从而影响到钻孔的垂直度。同时，施工过程中的机械振动还可能引发桩机下沉，进而增加坍孔和缩径等施工风险。

2.3塌孔、缩孔

在本工程的钻孔灌注桩施工过程中，淤泥质土是主要的钻孔土质。其中，塌孔和缩孔是常见的施工问题。这些问题主要源于以下几个方面：首先，钻孔过程中，如果泥浆的稠度和密度过小，护壁效果将不佳。其次，围垦区域的地下水位受潮汐影响较大，涨潮落潮时地下水位变化较大，这可能导致泥浆水头高度不足。此外，护筒埋设过浅、周边封堵不密实、护筒底部土层厚度不足等因素也可能导致泥浆水头高度不足，从而减小对孔壁的压力。在松软区域，如果进尺过快，泥浆护壁的形成会较慢，容易导致孔壁渗水。同时，钻进时如果中途停转时间较长，孔内水头可能无法保持在孔外水位或地下水位线以上2 m，导致孔内水流失，水头高度不足。另外，钻孔施工过程中，如果附近有大型设备车辆经过或存在振动施工，也会对钻孔稳定性造成影响。钻锥的磨损、钻机钻进时的机械晃动或机械支撑点受力不均等因素也可能导致塌孔和缩孔。最后，桩基清孔后如果未能及时灌注混凝土，或者清孔不彻底，泥浆中含泥块较多，再加上终灌拔管过快，都可能导致桩顶周边夹泥，使得保护层厚度不足[3]。

图2积峙桥工程地质纵断面

3、应对的措施及建议

3.1完善制度管理

为优化本项目的管理和确保各项目标的实现，针对本工程的特点和施工条件进行了深入的考量。首先，根据项目管理的要求，设立了全面的项目管理部门，并在公司的领导下实行项目经理负责制。这一制度确保了项目能够按照公司既定的管理办法和合同要求进行有效的施工组织管理。为了确保工程能够按期并高质量完成，在施工现场推行了“项目控制，专业保障，成本考核，末位淘汰”的管理机制。这一机制不仅提高了工作效率，还确保了项目的顺利进行。

3.2对前期的勘察改进修勘或者详勘

为更好的让地勘资料指导现场桩基础施工，施工单位施工前要详细调查施工现场的实际状况，针对地勘资料中不详细或者重点部位（桥梁桩基位置）明确的，向业主单位提出补勘要求。为了更精确地掌握拟建桥梁区域上部素填土层的厚度和碎块石的含量，进行了深入细致的施工勘察工作。通过地质勘察和收集相关资料，全面研究和分析了施工场地和地基的工程地质条件，旨在为选择钻孔灌注桩的机械钻孔方式提供科学依据，确保工程的顺利进行。

3.3钢护筒埋设长度调整

护筒的埋设是桩基础钻进成孔施工的首要环节，对于后续工序的顺利进行至关重要。护筒埋设的长度和稳固性直接关系到后续施工数据的准确性和成桩质量的控制。为了确保在钻进成孔、钢筋笼吊放和混凝土灌注过程中，护筒及其周围土层保持稳定，不出现塌坍、缩孔、位移或沉降等现象，我们应采取有效措施保障护筒埋设的质量。

(1)熟悉地质勘察报告，详细掌握场地地层分布情况。如图3所示，积峙桥上部地层基本为淤泥质粘土，钢护筒埋设长度应根据地质情况进行调整，护筒长度3至15 m不等,局部地区还要再增长，钢护筒埋设时由于施工平台采用宕渣回填加固过，需先采用挖机或者旋挖钻机进行引孔，再采用450型打拔机和25 t汽车吊配合埋设与拔除。了解场地地层的分布状况至关重要，特别是对其厚度、类别和结构的深入了解。此外，对场地地下水的分布特征也应了如指掌。基于具体地层情况，合理确定护筒的埋设长度，确保护筒坐落在坚实土层之上。

图3积峙桥工程成孔

(2)固定护筒的方法要正确。因积峙桥淤泥质粘土地层较厚（约30 m），钢护筒埋设后受施工区域荷载影响，导致土层扰动，钢护筒容易偏位，为了避免护筒移位，再确保护筒长度的前提下，针对松软地区护筒口位置局部换填加深至4 m左右，以确保稳固。为了简化护筒的埋设过程，通常会使用挖机进行开孔。然而，这种方式导致的开孔直径往往大于护筒直径，并且形状不规则。为了填充这一间隙，选择粘土或粉质粘土作为回填材料是合适的。在回填过程中，应确保进行分层回填和分层夯实。

3.4钻机偏斜、垂直度不够

钻机摆放应在现场管理人员指挥下进行，积峙桥钻机摆放位置和安装摆放如图4所示，选择硬土处，钻机就位前，对施工场地进行整平和压实，当土质松软时，填筑一层厚度不小于100 cm宕渣，上层铺设钢筋混凝土预制板，防止钻机钻进过程中下沉或倾斜。同时钻机摆放处地面必须平整，必要时采用9 m长三拼工字钢支垫，扩大受力面积。安装钻机时要使转盘，底座水平，固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上，并经常检查校正，每2 m检查钻杆垂直度控制。钻杆、接头应逐个检查，及时调整。在软土地层中钻进时，应吊着钻杆控制进尺，低速钻进，钻头的升降速度宜控制在0.75至0.80 m/s，在粉砂层或亚砂土层中，升降速度应更加缓慢。

图4积峙桥钻机安装摆放

3.5塌孔、缩孔的处理

当遇到塌孔或缩孔现象时，务必深入剖析其发生的原因及具体位置，并针对性地展开处理措施。对于塌孔情况不甚严重时，可以选择对塌孔部位进行回填，同时提升泥浆的稠度，以便在后续过程中继续钻进。然而，若塌孔情况严重，则需果断采取全部钻孔回填的措施，利用砂或小砂石夹粘土进行回填，回填过程中需借助钻锥进行压实操作。回填完毕后，需暂停一段时间，以彻底查明塌孔的真正原因，然后采取相应的解决措施，重新开始钻探作业。

缩孔现象主要是由桩周土体在灌注桩体过程中的膨胀引起的。为了缓解这一问题，可以采取选择优质的泥浆以降低其失水量；在成孔过程中增加泵量，使孔壁表面形成止水泥皮，进而减少桩周围土体的膨胀；也可以采用上下反复扫孔的方法来扩大孔径。在所有这些步骤完成后，如果没有特殊情况，应立即在钢筋笼安装后灌注混凝土[4]，以避免潜在的问题。

3.6成孔检测

在灌注桩的施工过程中，成孔质量对成桩质量具有直接影响。若桩孔孔径偏小，会导致成桩的侧摩阻力和桩尖端承载力降低，进而减少整桩的承载能力。另一方面，桩孔上部扩径会增大成桩上部的侧阻力，而下部侧阻力则可能无法充分发挥，同时增加单桩的混凝土浇注量，提高费用。此外，桩孔偏斜会改变桩的竖向承载受力特性，削弱基桩承载力的有效发挥，并可能引发钢筋笼吊放困难、塌孔、钢筋保护层厚度不足等问题。当桩底沉渣过厚时，桩长会相应减少，对于端承桩，这将直接影响桩尖的端承能力。为了智能化检测成孔质量，本工程采用了超声波检测仪，可以实时测量钻孔孔径、孔深、垂直度以及孔径缩颈部位及其程度。钻孔灌注桩成孔检测见图5。

4、结束语

沿海围垦区的地质环境较为复杂，地下水资源丰富，并受潮汐影响较大。这使得在围垦区进行钻孔灌注桩作业的难度相较于其他地区更高，施工质量的控制也更为困难。因此，在施工前必须深入研究和熟悉地勘资料、设计图纸等相关资料，同时参考相邻工地的施工案例，以便对施工过程中可能出现的问题进行及时的分析和处理。通过这样做，可以有效避免常见的施工质量问题。

图5钻孔灌注桩成孔检测

参考文献:

[1]中华人民共和国交通部部标准.公路桥涵施工技术规范(JTG/T 3650-2020).北京:人民交通出版社,2020.

[2]张勇顺.钻孔灌注桩在泥质滩涂地质条件下的施工方法[J].河北水利,2014(1):42.

[3]闫明东.特殊地质钻孔桩施工设备选用的体会与探讨[J].科技致富向导,2011(30):206-207.

[4]孙庆丰.钻孔灌注桩施工质量缺陷产生原因和处治实践[J],交通科技,2003(6):48-49.

文章来源:曹超.沿海围垦区钻孔灌注桩施工出现的问题及防治措施[J].科学技术创新,2024(13):177-180.