濱海潮間帶塊石回填區(qū)樁基施工控制要點(diǎn)

劉杰

中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司 山東 青島 266000

1 工程概況

膠州灣岸線整治工程-觀景平臺水工工程，位于青島市環(huán)灣大道西側(cè)膠州灣潮間地帶，觀景平臺結(jié)構(gòu)工程采用樁基梁板式結(jié)構(gòu)，下部樁基采用Φ800C35F300鋼筋混凝土灌注樁，樁長18.8m，樁柱一體，排樁中心距5.5m，單樁承載力設(shè)計值為2300KN，樁頂面為現(xiàn)澆鋼筋混凝土縱梁，樁柱及縱梁通過預(yù)制安裝的鋼筋混凝土面板與后方現(xiàn)澆的鋼筋混凝土承臺連接。

樁基采用沖擊成孔工藝，配備三臺手拉錘式?jīng)_擊鉆機(jī)和兩臺烏卡斯式?jīng)_擊鉆機(jī)。施工前期，發(fā)生了樁基偏位、塌孔、漏漿、卡錘、低效等若干問題，后通過及時采取相應(yīng)的防范措施，上述問題基本得到有效控制。

橫斷面示意圖

2 工程地質(zhì)及場地條件

根據(jù)基地質(zhì)勘查報告并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，樁基作業(yè)區(qū)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，屬于填海區(qū)，按從新到老、自上而下的層序分述如下。

①塊石護(hù)坡層，為環(huán)灣大道?；o(hù)坡，采用300mm-400mm厚花崗巖塊石干砌而成，坡度1:1.5；

②大塊石回填層，該層原為雜填土層，受多年潮汐海浪沖刷淘換影響，現(xiàn)保留的基本為大塊石，粒徑約為200mm-600mm，該層厚度3m-5m，下部局部夾有淤泥；

③淤泥質(zhì)砂土層，上部為黑色，具有可塑性、流動性，下部逐漸由黑變灰再變黃，淤泥質(zhì)含量逐漸減少，砂礫為中粗砂，層厚2m-3m，局部不均勻；

④粉質(zhì)粘土層，上部夾有少量淤泥，大部為棕褐色，具有硬塑性，層厚5m-7m，局部不均勻；

⑤全風(fēng)化角礫巖層，棕褐色，全風(fēng)化，厚度不均勻，層厚2m-3m；

⑥強(qiáng)風(fēng)化角礫巖層，棕褐色，強(qiáng)風(fēng)化，為樁端持力層，含有煌斑巖。

作業(yè)區(qū)水文條件惡劣復(fù)雜，水質(zhì)為海水，水位受潮汐影響顯著，設(shè)計高水位達(dá)到1.98m，極限高水位達(dá)到3.22m。漲潮時，水面可將樁位開孔位置全部淹沒，退潮時露出。

作業(yè)區(qū)場地條件受限制較多，作業(yè)區(qū)東側(cè)為現(xiàn)狀環(huán)灣大道，交通流量較大，不得占用車行道，西側(cè)為潮間帶回填區(qū)，潮間帶無法滿足樁機(jī)作業(yè)條件。根據(jù)現(xiàn)有場地條件及樁機(jī)安全作業(yè)要求，采用搭設(shè)型鋼-貝雷梁組合平臺的方式以滿足樁機(jī)作業(yè)要求。該區(qū)域附近無淡水及電力供給，采用水車供水、柴油發(fā)電機(jī)供電的方式滿足施工水電要求。

3 樁基施工過程中出現(xiàn)的問題、原因分析以及采取的防范措施

鉆孔偏位、歪斜。在第一批灌注樁沖孔過程中，在穿越上部塊石層時均發(fā)生樁位偏位和樁孔歪斜的現(xiàn)象。

經(jīng)分析，造成樁位偏位和樁孔歪斜的主要原因是塊石回填層的地質(zhì)原因，該地層現(xiàn)狀基本為200mm-600mm花崗巖塊石，且粒徑不均，極為松散，深度可達(dá)5m。雖然開鉆前已用挖掘機(jī)將樁位周邊塊石進(jìn)行了挖出，但沖打過程中周邊石塊掉落嚴(yán)重，特別是大塊石掉落后直接影響錘擊位置和成孔角度，甚至危及鋼平臺和現(xiàn)狀環(huán)灣大道護(hù)岸的穩(wěn)定性。

防范措施：根據(jù)原因分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際操作反復(fù)糾正，最終采用雙護(hù)筒的解決方案。首先在退潮時，以樁位為中心，用挖掘機(jī)將塊石挖出，挖深3m-4m，坑底回填約500mm厚黏土并鋪平，重新定位放點(diǎn)后，將壁厚12mm、直徑1300mm、高4500mm的鋼制大護(hù)筒用吊車吊裝就位，挖掘機(jī)配合將其壓入回填的黏土中，護(hù)筒就位后貼近護(hù)筒外壁回填黏土，邊回填黏土同時回填塊石，該過程需分層周圈平衡回填，以保證大護(hù)筒垂直度；然后大護(hù)筒內(nèi)填滿黏土，重新測量標(biāo)記好樁位，根據(jù)樁位搭設(shè)型鋼-貝雷梁組合平臺；平臺搭設(shè)完成后，采用吊車將壁厚10mm、直徑900mm、高3000mm的鋼制小護(hù)筒吊裝就位，并采用直徑25mm以上的鋼筋棍呈“米”字型分上下兩道分別固定于鋼平臺和大護(hù)筒上，鋼筋棍與大護(hù)筒和鋼平臺焊接牢固，與小護(hù)筒接觸端要頂在小護(hù)筒外壁上，不做固定，保持上下滑動；樁機(jī)就位后，將沖擊錘裝入小護(hù)筒內(nèi)，開始慢慢錘擊成孔，隨著成孔深度加大，小護(hù)筒會隨著錘擊下沉，當(dāng)小護(hù)筒頂部低于設(shè)計高水位前，拔出沖擊錘，再焊接一段同樣規(guī)格的小護(hù)筒，再行錘擊成孔。經(jīng)統(tǒng)計，小護(hù)筒一般進(jìn)入粘土層2m左右就不再下沉，每根樁基本需要三節(jié)（3*3m）小護(hù)筒接長使用。在護(hù)筒內(nèi)沖孔時，要定時觀測小護(hù)筒垂直度，該段過程宜采用低錘快擊。

采用該雙護(hù)筒工藝后，基本避免了錘擊沖孔前期樁位偏移和樁孔歪斜的問題；并與設(shè)計單位溝通后，通過調(diào)整配筋和保護(hù)層厚度，將小護(hù)筒作為外露柱體的模板使用。

孔壁坍塌、漏漿。在第一批灌注樁沖孔過程中，在穿越塊石層和淤泥質(zhì)砂土層時均發(fā)生較嚴(yán)重的孔壁坍塌現(xiàn)象。經(jīng)分析，造成孔壁坍塌的主要原因由地層原因和水文原因兩方面：①地層原因，樁孔上部穿越回填塊石層，該層極為松散，塊石極易受錘擊振動塌落；淤泥質(zhì)黏土層淤泥含量較大，具有遇水流動性。②水文原因，受海濱潮間帶潮汐影響，地下水位呈周期性漲落，且水量較大，沖刷性較強(qiáng)。漲潮時，海水可直接通過塊石空隙和砂土層空隙沖入孔道內(nèi)，對泥漿造成嚴(yán)重稀釋，失去護(hù)壁效果；退潮時，孔內(nèi)泥漿隨海水漏失，水頭高度不足，甚至出現(xiàn)干孔現(xiàn)象。

防范措施：根據(jù)造成孔壁坍塌、漏漿的原因分析，并經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)改進(jìn)修正，最終通過采取雙護(hù)筒結(jié)合潮汐規(guī)律控制孔內(nèi)泥漿的方式，對該問題得到了有效的解決。雙護(hù)筒護(hù)壁方案在上條已作出詳細(xì)陳述，基本解決了地層原因造成的孔壁坍塌和漏漿。水文方面，潮汐造成的地下水位漲落的影響，控制的關(guān)鍵為樁孔內(nèi)外水頭壓差的平衡和泥漿密度的保持。

退潮時，地下水位降低，孔內(nèi)漿位高于孔外水位，泥漿會慢慢隨海水滲出，泥漿密度基本不變，漏漿點(diǎn)主要位于小護(hù)筒底部與孔壁結(jié)合處。對此，應(yīng)盡量避開在退潮時施打粘土地層，適當(dāng)控制沖孔速度。

漲潮時，地下水位升高，孔內(nèi)漿位低于孔外水位，海水會慢慢滲入孔內(nèi)，造成孔內(nèi)泥漿密度稀釋，此時極易造成小護(hù)筒再次下沉。對此，漲潮時要同時做好孔內(nèi)補(bǔ)漿工作，始終保持孔內(nèi)足夠的水頭高度，并及時測量泥漿密度，適時補(bǔ)充黏土，保持好足夠的液柱壓力。

卡錘、埋錘。在第一批灌注樁沖孔過程中，經(jīng)常出現(xiàn)卡錘現(xiàn)象，甚至在第三根樁成孔后出現(xiàn)埋錘現(xiàn)象。經(jīng)分析，造成卡錘、埋錘的主要原因有三方面：①是在沖孔施打下部地層過程中，孔壁上部地層內(nèi)塊石受錘擊震動影響，會出現(xiàn)探頭石、掉落石現(xiàn)象，在收錘時易造成卡錘；②是在采用鋼護(hù)筒護(hù)壁措施后，收錘時，在鋼護(hù)筒底部易造成卡頓現(xiàn)象；③是在成孔后，未及時灌注混凝土，樁錘未及時收回，孔內(nèi)受潮汐影響，沉渣速度過快、厚度過厚，極易造成埋錘。

防范措施：根據(jù)上述原因分析，并與樁機(jī)操作人員反復(fù)摸索探討，收錘時不宜過快，應(yīng)緩慢抖動式收錘，隨時觀察鋼絲繩緊度，遇見卡頓，應(yīng)立即停止收錘，慢慢反復(fù)提拉，直至通過；在通過小護(hù)筒底部時，要在鋼絲繩上做好標(biāo)記，緩慢提拉，遇見卡頓，應(yīng)立即停止收錘，旋轉(zhuǎn)沖擊錘角度后再緩慢提拉收錘。

3號樁埋錘后，經(jīng)過原因分析，在成孔后宜立即清孔、下方鋼筋籠并灌注混凝土，停止錘擊沖孔時，不得將沖擊錘置于孔內(nèi)。該樁位埋錘后，經(jīng)與設(shè)計單位溝通，直接將埋錘打入樁底，并增加3m樁長。

成孔效率低下。經(jīng)統(tǒng)計，第一批五根樁平均成孔時間達(dá)到5.5天，成孔效率頗為低下。經(jīng)分析，造成成孔效率低下的原因主要有兩方面：一是施工前期經(jīng)驗(yàn)不足，面對各種施工問題沒有預(yù)判，沒有提前采取有效的防治措施，多次造成施工停頓；二是受潮汐影響較大，漲潮期間水位淹沒樁頭，不可控因素增多，且提前沒有掌握潮汐變化規(guī)律，特別是碰上白天漲潮、夜間落潮期間，施工降效顯著。

防范措施：經(jīng)過原因分析，在解決了前述問題后，成孔時間明顯縮短；提前根據(jù)《青島市潮汐時刻表》做好工作安排，施工計劃細(xì)化到以“時”為單位；同時提前與商砼站協(xié)調(diào)好供應(yīng)時間，確保商砼能及時供應(yīng)；合理安排好作業(yè)人員倒班，保證能全天候根據(jù)潮汐情況進(jìn)行樁基作業(yè)；經(jīng)手拉錘式?jīng)_擊鉆機(jī)與烏卡斯式?jīng)_擊鉆機(jī)成孔時間對比，烏卡斯式?jīng)_擊鉆機(jī)成孔速度明顯高于手拉錘式?jīng)_擊鉆機(jī)，烏卡斯式?jīng)_擊鉆機(jī)對砂土層以下地層沖擊穿越效果較好，隨在第三批樁開始全部更換為烏卡斯式?jīng)_擊鉆機(jī)。

在采取了上述措施后，后續(xù)成樁速度明顯加快。經(jīng)統(tǒng)計，從第三批樁基施工開始，單根樁成樁時間平均為1.5天。

混凝土灌注嚴(yán)重超方。經(jīng)統(tǒng)計，第一批五根樁混凝土平均用量達(dá)到14.5m3，而設(shè)計方量為9.45m3，超方率達(dá)到53%。經(jīng)分析，混凝土灌注超方的主要原因有兩方面：一是塊石層存在空隙，低水位灌注時跑漿跑灰現(xiàn)象嚴(yán)重，每當(dāng)混凝土面灌至塊石層時，砼面上升緩慢，嚴(yán)重低于計算上升速度；二是擴(kuò)孔率較大，經(jīng)對成孔測量發(fā)現(xiàn)，從淤泥質(zhì)砂土層到孔底，成孔直徑逐漸變小，平均成孔直徑達(dá)到500mm，存在局部闊孔現(xiàn)象，且沖孔時間越長，擴(kuò)孔率越大。

防范措施：針對超方問題，經(jīng)過上述原因分析，在采用雙護(hù)筒后，超方量明顯減少，第二批樁單根混凝土平均用量降到12.5m3；同時，從第三批樁開始，采取不間斷施工，成孔、洗孔、安放鋼筋籠、灌注混凝土中間不間歇，將單根樁混凝土平均用量降至了11.5m3。

4 處理效果

在施工完畢后，根據(jù)《建筑樁基檢測技術(shù)規(guī)范》，本工程經(jīng)青島軌道市政工程質(zhì)量檢測鑒定中心對全部118根樁進(jìn)行低應(yīng)變動力檢測，全部達(dá)到二類樁及以上等級，樁身無明顯缺陷；對8根樁進(jìn)行高應(yīng)變動力檢測，單樁軸向承載力均滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

在濱海潮間帶塊石回填區(qū)進(jìn)行樁基施工，根據(jù)地質(zhì)條件復(fù)雜、水文條件多變、施工條件惡劣、安全環(huán)保要求嚴(yán)格、可借鑒施工經(jīng)驗(yàn)不足的工程特點(diǎn)，為更好的補(bǔ)充該項(xiàng)施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)有工程，發(fā)現(xiàn)問題，分析原因，并采取切實(shí)有效的防范措施，為后續(xù)類似工程能提供一定的參考價值，總結(jié)濱海潮間帶塊石回填區(qū)樁基施工控制要點(diǎn)如下：

（1）要根據(jù)出現(xiàn)的問題，分析問題原因，及時采取有針對性的防治措施。

（2）針對樁孔偏位歪斜、塌孔漏漿等問題，采取雙護(hù)筒后能有效得到防治。

（3）針對工效低、成本高等問題，應(yīng)結(jié)合潮汐規(guī)律，提前細(xì)化工期、材料、勞動力、機(jī)械設(shè)備等各項(xiàng)安排，能有效地縮短工期、降低材料消耗。

（4）鑒于該工程的特殊性，傳統(tǒng)沖擊成孔灌注樁施工工藝不能很好地滿足施工效果，應(yīng)根據(jù)問題的原因分析，及時調(diào)整適應(yīng)的操作工藝，并做好交底，使施工工藝滿足現(xiàn)場需要。