填海區(qū)不良地質(zhì)條件下的長護筒旋挖樁施工技術(shù)

余鵬程

中鐵四局集團有限公司 安徽 合肥 230022

填海區(qū)常存在深厚軟弱淤泥層、砂土層等，如何在這種不良地質(zhì)條件下完成地下工程作業(yè)，是施工時需要解決的一個重、難點。遇到混凝土灌注樁施工時，可從施工質(zhì)量、進度、成本、安全、文明環(huán)保以及現(xiàn)場管理等多角度出發(fā)，綜合考慮選擇合適的成孔方案[1-3]。其中，旋挖成孔在泥漿護壁的作用下，憑借其速度快、質(zhì)量高等優(yōu)勢，應(yīng)用較為廣泛。

當遇到地層中存在超厚砂土層或軟弱土層時，旋挖成孔時僅靠靜態(tài)泥漿護壁，很可能會發(fā)生大范圍坍孔或頸縮事故。在采用常規(guī)旋挖成孔方案很難保證順利成孔的情況下，可埋設(shè)預(yù)制鋼質(zhì)長護筒，穿越不穩(wěn)定砂土層或軟弱土層，替代泥漿護壁配合旋挖完成成孔作業(yè)。

單一工序替換，會要求整個系統(tǒng)操作或參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整。因此，有必要對工藝變更后系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵點做出詳細的補充說明或論述，但目前關(guān)于長護筒配合旋挖成孔方面的文獻并不多見，其中為數(shù)不多的幾篇代表文獻[4-6]多側(cè)重原理論證或操作流程概要說明。本文在說明工法原理及工藝流程的基礎(chǔ)上，有針對性地論述了關(guān)鍵工序操作及工法優(yōu)、缺點，并通過工程實例進行了驗證。

1 工藝原理及流程

根據(jù)土層分布情況，設(shè)計出長度適宜的鋼質(zhì)護筒，然后利用液壓振動錘打入，穿越不穩(wěn)定土層。在入土鋼護筒的垂直度滿足要求后，測出護筒標高。可以通過常規(guī)工藝完成成孔，在混凝土澆筑完畢后通過振動錘拔出長護筒。護筒拔出一定高度，混凝土頂面標高下降后（拔出時形成空隙引起），補灌混凝土。

工藝流程為：場地平整→測量放線→埋設(shè)長護筒→鉆孔就位→取土成孔→檢查孔底→清除虛土→吊放鋼筋籠→安設(shè)導(dǎo)管→澆筑樁身水下混凝土→拔出護筒→混凝土養(yǎng)護。

2 關(guān)鍵工序要點

2.1 埋設(shè)長護筒

鋼護筒長度要根據(jù)工程地質(zhì)條件確定，保證底部能夠穿越不利土層，頂面宜高出施工平臺約30 cm。護筒過長會導(dǎo)致垂直度不易控制，且護筒內(nèi)外表面摩擦阻力隨深度的增加而增大，使護筒埋設(shè)難度增大，護筒長度一般不宜超過30 m。長護筒由工廠定制生產(chǎn)，外徑比樁徑大100～300 mm。在液壓振動錘液壓夾的強力作用下以及護筒振動埋設(shè)過程中，為保證護筒上下口不產(chǎn)生變形，須在護筒上下口采取包邊加強措施。

埋設(shè)護筒前先開挖淺坑，深度為1.0～1.5 m。同時，在樁位外圈設(shè)置4個控制點，控制點連線構(gòu)成正方形，對角線交點通過同一平面內(nèi)樁位中心點。護筒豎立后，利用水平尺或錘球校正，具體操作方法與護筒下沉過程中的垂直度控制方法相同；同時，量測外表面與控制點距離，反復(fù)調(diào)整直至護筒中心與樁位中心一致。

振動錘盡量選擇高頻液壓振動錘，開始下沉階段（1～3 m）盡量采用低頻，后針對不同地層采用不同頻率。沉放過程中，在鋼護筒正、側(cè)兩面，以線錘校核垂直度，或使用2臺經(jīng)緯儀在平面90°夾角方向觀測。護筒頂面中心與設(shè)計樁位偏差不得大于5 cm，傾斜度不得大于1%。

2.2 水下混凝土澆筑

導(dǎo)管（內(nèi)徑250 mm，壁厚3 mm）兩端帶有螺紋絲扣快速接頭，連接時應(yīng)設(shè)有密封膠圈止水。每節(jié)標準長度為2.0 m，0.5、1.0、1.5 m備用短管各2節(jié)，用來調(diào)整不同樁長情況下的導(dǎo)管總長度?？稍诳卓谔帉?shù)段導(dǎo)管連成整體，再采用吊車插入，下端距孔底0.3～0.5 m。

整根導(dǎo)管上口應(yīng)連接有容量為1.2 m3左右的儲料漏斗，在漏斗出口與豎管連接處，懸吊隔水塞，初始首罐澆筑時必須將漏斗裝滿。剪斷吊塞鉛絲，使漏斗中的流態(tài)混凝土推壓隔水塞迅猛墜落，完成導(dǎo)管澆筑水下混凝土的第一道工序。

漏斗中的流態(tài)混凝土落入孔底后，形成高約1.2 m的混凝土柱體并將導(dǎo)管下口封住，使導(dǎo)管之內(nèi)為無水狀態(tài)；流態(tài)混凝土通過漏斗相繼倒入管中，因重力作用從導(dǎo)管下口溢出，混凝土上表面隨著管中混凝土澆筑而被動抬高，最終形成樁身。在整個澆筑過程中，導(dǎo)管下口必須埋入混凝土中，深度不小于2 m，嚴禁拔空，避免因?qū)Ч芄噙M泥水而造成斷樁事故。

起拔護筒1.5～2.0 m后補澆一定量的混凝土，灌注完畢后，混凝土頂面應(yīng)高出樁頂設(shè)計標高0.8～1.0 m。整個混凝土澆筑流程為：首灌、常規(guī)澆筑、補灌。水下澆灌混凝土時會損失一定比例的強度，常規(guī)C35及以下混凝土澆灌時按規(guī)范提高1個等級即可，高于C35以上時應(yīng)提高2個等級配制。

2.3 護筒起拔

混凝土澆筑完成（已預(yù)留補灌量）后，先在原地將鋼護筒振松，后利用履帶吊與振動錘緩慢提拔鋼護筒。鋼護筒提拔速度不宜過快，以讓樁身混凝土緩慢填充護筒拔除后形成的空隙，拔出過程中同樣須控制垂直度，方法與護筒下沉時一致。長護筒拔出時間不宜過早，否則極易造成坍孔或頸縮；拔出時間過晚則易影響樁身混凝土成形效果，造成樁身出現(xiàn)有害裂縫或斷樁。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，一般在澆筑混凝土完畢后10～25 min開拔。

履帶吊（不可以使用汽車吊）選擇時須兼顧三方面：安裝或拔出鋼護筒、下放鋼筋籠、澆筑混凝土。鋼護筒質(zhì)量明顯高于鋼筋籠、漏斗（含漏斗內(nèi)流動混凝土），故履帶吊噸位可按護筒質(zhì)量控制下限值選擇，在實際工程中一般選取100 t即可。

3 工法優(yōu)缺點

1）成樁質(zhì)量：長護筒區(qū)域段不會發(fā)生孔壁坍落或頸縮現(xiàn)象；采用長護筒可以避免泥漿對混凝土工程性質(zhì)的影響，有利于提高混凝土對鋼筋的握裹力，避免泥漿孔壁“潤滑劑”的負面作用；長護筒方案成樁質(zhì)量可靠，據(jù)有關(guān)文獻[7]，Ⅰ類樁比例高達95%。

2）施工成本：長護筒成孔無須泥漿或泥漿制備量小，可減少泥漿相關(guān)費用；由于在長護筒區(qū)域段無坍孔或頸縮現(xiàn)象，同時未混入泥漿，故成孔取土量較少，節(jié)約了土方外運成本；樁體充盈系數(shù)減小，節(jié)約了混凝土用量；鋼質(zhì)長護筒預(yù)先由工廠定制而成，同一工程中配合旋挖鉆機可循環(huán)使用，一般配備2～5個（其中一個備用）即可；工程完工后可回收，改造加工后可在新工程中繼續(xù)使用。

3）文明施工：長護筒區(qū)域段無泥漿護壁，無需泥漿或需求量少，減小了因泥漿帶來的污染影響；此區(qū)域段的土體因無泥漿的混入，土體含水率低，故挖出后無需晾曬，或短時晾曬后即可滿足外運要求。

4）適用范圍：利用長護筒穿越過厚的砂土層或淤泥層，解決了常規(guī)泥漿護壁的成孔難題，拓展了旋挖成孔灌注樁的適用范圍；但軟弱土層區(qū)域過長時，長護筒或因其垂直度控制難度大而難以實現(xiàn)。

4 應(yīng)用實例

4.1 深圳蛇口碼頭樁基礎(chǔ)工程

該工程位于深圳市南山區(qū)蛇口太子灣碼頭填海區(qū)，地處海邊，環(huán)保施工要求高。本次施工內(nèi)容為灌注樁基，共計618根，其中抗拔樁401根（包括3根抗拔試驗樁），抗壓樁217根，樁徑均為1 300 mm。樁在地面上進行施工，樁深35～66 m（包括約6 m空樁）。約200根樁采用旋挖成孔，但根據(jù)地質(zhì)報告，此區(qū)域上部12 m范圍內(nèi)存在軟弱雜填土，直接成孔效果或不理想，最終經(jīng)多方確認，采取13 m長護筒一次性穿越此區(qū)域土層，配合旋挖順利成孔。

4.2 港珠澳大橋珠海口岸基礎(chǔ)工程

港珠澳大橋珠?？诎遁p軌預(yù)留區(qū)圍護采用鉆孔灌注樁，樁徑800 mm，成孔深度19.2 m，共930根。其中WZ1型樁442根，實樁14.2 m，空樁5 m；WZ2型樁488根，實樁13.75 m，空樁5.75 m。因圍護樁成孔主要位于人工填砂層和淤泥層中，常規(guī)的泥漿護壁成孔難以實現(xiàn)，故旋挖成孔可采用20 m長護筒配合完成，護筒埋設(shè)可采用100 t吊車。最終圍護樁順利完工，樁身質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

通過實例驗證，采取埋設(shè)長護筒穿越不穩(wěn)定土層，以替代常規(guī)泥漿護壁的方案可行，并得到如下主要結(jié)論：

1）鋼護筒長度要工程地質(zhì)條件確定，底部穿越不利土層，但護筒不宜過長（不宜超過30 m）。長護筒由工廠定制，外徑超樁徑100～300 mm，上下口須包邊加強。外圈設(shè)置4個控制點用于護筒定位，利用經(jīng)緯儀或錘球90°夾角方向校正垂直度。

3）鋼護筒起拔前先在原地振松，開拔時間控制在澆筑混凝土完畢后10～25 min。鋼護筒提拔速度不宜過快，拔出過程中同樣須控制垂直度。

4）長護筒方案避免或減小了泥漿處理對工程的影響，提高了成樁質(zhì)量，減小了因泥漿帶來的污染。因無需泥漿或僅需少量泥漿及鋼護筒可循環(huán)使用，故長護筒方案的施工成本較小。長護筒埋設(shè)拓展了旋挖成孔灌注樁的適用范圍。

長護筒方案適用于填海區(qū)超厚淤泥或砂土層灌注樁施工，成樁質(zhì)量、文明施工、施工成本等均可控，具有一定的推廣和應(yīng)用價值。但護筒定位與垂直度控制方案的智能優(yōu)化，鋼護筒過長時的垂直度控制以及護筒埋設(shè)過程中遇到障礙物時的處理[8]，是應(yīng)用長護筒方案時須進一步解決的難題。