淤泥質(zhì)軟土地帶樁基施工技術(shù)

王榮國

(中鐵十七局集團(tuán)第一工程有限公司，山西太原 030032)

濱海海積平原是我國大陸海岸的重要組成部分，由于淤泥質(zhì)海岸地質(zhì)的物質(zhì)組成比較細(xì)或結(jié)構(gòu)較為松散，呈流塑性，工程建設(shè)施工難度較大。新建鐵路福廈客運(yùn)專線木蘭溪特大橋橋址地質(zhì)為濱海海積平原淤泥質(zhì)軟土，針對(duì)該特殊地質(zhì)條件，根據(jù)在該橋樁基施工過程中出現(xiàn)的問題及采取的技術(shù)措施，論述了淤泥質(zhì)軟土地帶樁基施工方法。

1 淤泥質(zhì)軟土地質(zhì)特征

濱海海積平原，地質(zhì)條件主要特征為淤泥質(zhì)軟土層較厚，呈流塑態(tài)。具體地質(zhì)分布情況見表1。

表1 淤泥質(zhì)軟土地質(zhì)分布情況

其中:淤泥質(zhì)軟土，主要為淤泥、局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，流塑狀為主，部分軟塑狀，污手，有腥味，有機(jī)質(zhì)含量較高，淤泥質(zhì)軟土具有高壓縮性，低強(qiáng)度，高靈敏度和低透水性等特性，在較大地震力作用下易出現(xiàn)震陷。

2 施工技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備工作

1)機(jī)械設(shè)備的選擇:鑒于橋址地處濱海海積平原淤泥質(zhì)軟土地帶，施工樁基處地層淤泥質(zhì)軟土覆蓋層較厚，中間夾雜卵石、砂層，設(shè)計(jì)時(shí)樁底嵌巖較深，經(jīng)比較分析，主要鉆孔設(shè)備選用十字形和梅花形沖擊鉆機(jī)。2)泥漿制作:泥漿在鉆孔中起著懸浮和攜帶鉆渣、清洗孔底、維持孔內(nèi)外壓力平衡、增加孔壁穩(wěn)定性、防止塌孔、潤滑和冷卻鉆頭等作用。淤泥質(zhì)軟土經(jīng)鉆頭沖擊，在水的攪拌下比較粘稠，比重、浮力較大，可以采用孔內(nèi)淤泥質(zhì)軟土自助造漿，對(duì)于部分淤泥質(zhì)軟土有機(jī)質(zhì)含量及塑性過大的地段，可采用淤泥質(zhì)軟土與粘性較高的黃土相結(jié)合的方法造漿。3)護(hù)筒加工與埋設(shè):由于淤泥質(zhì)軟土的特殊性，在樁基鉆進(jìn)過程中極易出現(xiàn)塌孔、縮孔等現(xiàn)象，所以護(hù)筒的埋設(shè)對(duì)以后樁基的鉆進(jìn)、成孔及混凝土灌注的成功與否都有至關(guān)重要的影響，所以護(hù)筒埋設(shè)必須要豎直、穩(wěn)固，必要時(shí)采取加固措施，防止護(hù)筒在施工過程中移動(dòng)。

對(duì)于地表人工回填土層較薄或直接處于較軟的淤泥的地段，可采用換填的方法，即挖出淤泥質(zhì)軟土，埋設(shè)好護(hù)筒，然后用壓實(shí)性較好的土石進(jìn)行回填并壓實(shí)。

2.2 鉆孔施工

1)鉆機(jī)布置。

淤泥質(zhì)軟土在較大震力作用下易出現(xiàn)震陷，相鄰樁基施工很容易發(fā)生塌孔，穿孔事故，因此在同一墩位盡量多上鉆機(jī)的同時(shí)必須合理安排施工鉆機(jī)機(jī)位和樁基施工順序，一般采取間隔1根～2根樁間距或?qū)遣贾檬┕ゃ@機(jī)。

2)泥漿循環(huán)措施。

陸地樁在每墩位間挖泥漿池循環(huán)泥漿，對(duì)于水上樁，泥漿的循環(huán)可充分利用相鄰的護(hù)筒，相鄰護(hù)筒串聯(lián)起來作為泥漿循環(huán)池，以保證泥漿質(zhì)量及加快清孔。

3)鉆孔技術(shù)措施。

由于淤泥質(zhì)軟土特殊的地質(zhì)特征，鉆孔過程中極易發(fā)生塌孔、縮孔、穿孔等事故，針對(duì)造成其特征，可采用以下技術(shù)措施:

a.孔壁塌孔:孔壁塌孔一般易發(fā)生在護(hù)筒底口，在錘頭提升過程中很容易觸碰護(hù)筒，引起護(hù)筒與孔壁銜接處松動(dòng)，易引起與護(hù)筒的銜接處的孔壁坍塌。

首先要采取預(yù)防為主的方法，如鉆進(jìn)至護(hù)筒底時(shí)投入片塊石和粘性較高的造漿土等，以增加該位置樁基四周的密實(shí)性，如果施工過程中護(hù)筒底塌孔，可采取接長護(hù)筒的方法，使護(hù)筒穿過塌孔處，繼續(xù)施工。

對(duì)于水中樁基，由于護(hù)筒埋設(shè)較深，護(hù)筒受外力影響較小，但是護(hù)筒打進(jìn)時(shí)如果遇到大孤石，也會(huì)發(fā)生護(hù)筒打進(jìn)時(shí)沒有進(jìn)尺的現(xiàn)象，但是在鉆孔時(shí)，鉆頭擊打孤石時(shí)引起孤石附近淤泥質(zhì)軟土或卵石層松動(dòng)，經(jīng)泥漿浸泡，極易發(fā)生塌孔。

對(duì)于此類情況，也要以預(yù)防為主，鉆進(jìn)至護(hù)筒底時(shí)投入片塊石，粘性較高的造漿土等，增加護(hù)壁質(zhì)量，護(hù)筒打進(jìn)時(shí)也需多加注意，要仔細(xì)對(duì)比護(hù)筒頂處設(shè)計(jì)地質(zhì)，防止護(hù)筒沒有真正達(dá)到堅(jiān)實(shí)土層上，對(duì)于特殊情況護(hù)筒無法打進(jìn)時(shí)，可以先鉆進(jìn)，然后護(hù)筒跟進(jìn)的方法，保證護(hù)筒埋設(shè)質(zhì)量。

b.穿孔:穿孔事故一般易發(fā)生在含承壓水的地層或水中樁基礎(chǔ)及受潮水影響的樁基施工過程中，受水壓或潮水影響，處理不及時(shí)往往會(huì)造成鉆孔報(bào)廢，需拔出護(hù)筒重新鉆進(jìn)。

對(duì)于淤泥層較厚且受漲落潮影響時(shí)，更容易發(fā)生穿孔事故。施工時(shí)可采用以下措施:

多泥漿泵:即使用多個(gè)泥漿泵，在退潮時(shí)把護(hù)筒內(nèi)泥漿抽至相鄰造漿護(hù)筒中，漲潮時(shí)再把泥漿抽回。盡量保持護(hù)筒內(nèi)水頭及壓力。

此施工方法施工投入大，但是效率快，由于淤泥質(zhì)軟土造的泥漿沉淀較快，泥漿泵抽出時(shí)可以盡量抽出上層泥漿比重小的部分，可以節(jié)省泥漿。

護(hù)筒開孔:即在護(hù)筒上下各開一個(gè)可以打開又可以封閉的活口，利用相鄰兩個(gè)護(hù)筒，漲潮時(shí)關(guān)閉下口，用上口作為泥漿循環(huán)，退潮時(shí)用下口和另一個(gè)造漿護(hù)筒相連用來泥漿循環(huán)，見圖1。

圖1 護(hù)筒開孔示意圖

對(duì)于防止穿孔，最根本的方法還是保證護(hù)筒的埋置質(zhì)量，護(hù)筒埋置必須打穿淤泥質(zhì)軟土層，保證護(hù)筒頂埋置至較好的地層。

c.斜孔:木蘭溪特大橋橋址處巖層變化復(fù)雜，甚至有多個(gè)墩臺(tái)出現(xiàn)了同一墩位樁基入巖標(biāo)高相差數(shù)米的情況，樁基孔底入巖后發(fā)生斜孔現(xiàn)象。

分析原因，橋址處很多墩位處樁位在鉆孔時(shí)淤泥質(zhì)軟土打穿后，僅有數(shù)十公分的卵石或砂層，直接進(jìn)入弱風(fēng)化(W2)，而且左右樁位入巖標(biāo)高相差較大;還有出現(xiàn)同一孔位標(biāo)高處打出強(qiáng)風(fēng)化夾雜弱風(fēng)化的現(xiàn)象，說明此處巖層軟硬不均，這些情況都會(huì)造成鉆進(jìn)過程中落錘向一方向偏斜，出現(xiàn)斜孔。

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料及鉆孔記錄總結(jié)，孔底巖層傾斜，即斜面巖和孔底巖層強(qiáng)度不一是造成孔底傾斜的主要原因。

孔底出現(xiàn)斜孔后，需填入大量硬度高于巖層(W2)的塊片石進(jìn)行修孔，造成人力、物力、工期的浪費(fèi)，如果不及時(shí)修孔后面鉆進(jìn)時(shí)易造成卡錘事故，如果入巖較深后投入片塊石修孔，還會(huì)出現(xiàn)要多次修孔才能修復(fù)的現(xiàn)象，更是延誤工期。

為了防止鉆孔時(shí)發(fā)生斜孔現(xiàn)象，須從開始入巖時(shí)就要加以注意:入巖后要及時(shí)焊錘，盡量避免入巖后焊錘，以防止因錘頭加大發(fā)生卡錘事故;入巖后要勤取巖樣，根據(jù)巖樣判斷是否有孔底是否有巖石強(qiáng)度不一的現(xiàn)象，以采取相應(yīng)的施工措施;入巖后泥漿的比重對(duì)鉆孔有至關(guān)重要的影響，有鉆孔人員入巖后為保護(hù)錘頭，防止錘頭損壞，入巖后加大泥漿比重，減小沖程，以減輕巖層對(duì)錘頭撞擊，但是小沖擊力時(shí)會(huì)只對(duì)較軟的巖層破壞，而對(duì)較硬的巖石不破壞或破壞較少而造成斜孔;入巖后泥漿比重過大，沖程過小還會(huì)造成錘頭旋轉(zhuǎn)不動(dòng)或緩慢，出現(xiàn)打出梅花孔的現(xiàn)象，易造成卡錘;因此根據(jù)淤泥質(zhì)軟土泥漿的特性，入巖后泥漿比重調(diào)至1.25～1.30為宜，并采用大沖程沖進(jìn)。

2.3 成孔

樁基即將成孔時(shí)，鉆進(jìn)孔深度可留置數(shù)公分不鉆到位，在清孔換漿時(shí)微沖程沖擊，這樣可以使孔底較大巖、砂粒最大程度的擊碎經(jīng)泥漿循環(huán)帶出，還可以把不到位的數(shù)公分打至滿足設(shè)計(jì)要求。

鑒于淤泥質(zhì)軟土特性，需加緊清孔;因?yàn)橛倌噘|(zhì)軟土泥漿有沉淀過快的性質(zhì)，久置泥漿會(huì)快速沉淀，易發(fā)生坍塌事故。由于清孔時(shí)泥漿濃度降低，淤泥質(zhì)軟土具有流塑性，清孔時(shí)間過久或擱置也會(huì)引起孔壁護(hù)漿及淤泥質(zhì)軟土呈流塑狀沉到孔底，甚至造成孔壁坍塌。

由于下鋼筋籠需要一定的時(shí)間而不能泥漿循環(huán)，因此下放鋼筋籠前泥漿濃度盡量不一次性清孔到設(shè)計(jì)要求，根據(jù)淤泥質(zhì)軟土的特殊性，一般泥漿清到1.2左右為宜，下放完鋼筋籠后放入導(dǎo)管，清孔到設(shè)計(jì)要求。

2.4 灌注混凝土

混凝土灌注是樁基施工最重要的環(huán)節(jié)，在成孔達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求后，由于淤泥軟土的流塑性，泥漿濃度較低的情況下，泥漿護(hù)壁在稀漿的浸泡下會(huì)呈流塑狀，易發(fā)生縮孔、塌孔及孔底沉淀淤泥等事故，因此需盡快灌注，必要時(shí)在空中加入水泥粉，以增加水泥漿比重，防止孔壁坍塌，引起縮孔、塌孔。

混凝土灌注開始后，必須連續(xù)不斷地進(jìn)行，盡量縮短灌注時(shí)間;由于混凝土灌注開始后沒有了泥漿循環(huán)的壓力，流塑狀淤泥質(zhì)軟土泥漿護(hù)壁會(huì)很快向孔底凝結(jié)，因此拆除導(dǎo)管停止換漿后，盡快放氣，安裝大料斗開始灌注混凝土，一般間隔不宜超過15 min;且要保證首灌混凝土滿足理論計(jì)算要求，以保證首灌混凝土能沖開孔底積留的流塑狀淤泥。

灌注過程中盡量不要晃動(dòng)導(dǎo)管，防止導(dǎo)管觸碰孔壁，防止塌孔事故發(fā)生。當(dāng)混凝土灌注完畢后，待樁上部混凝土開始初凝，解除對(duì)鋼筋籠固定措施，保證鋼筋籠隨著混凝土的收縮而收縮，避免粘結(jié)力的損失。

3 結(jié)語

木蘭溪特大橋的樁基工程通過采取合理科學(xué)的措施，針對(duì)濱海海積平原淤泥質(zhì)軟土地帶的特殊性，及實(shí)際施工中出現(xiàn)的問題，在施工過程中不斷的對(duì)施工技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化，樁基檢測合格率達(dá)到了99.5%，樁基施工質(zhì)量得到了良好控制。