超深大直径灌注桩施工技术

海滨大道二期工程超深大直径灌注桩施工技术王文山、张伟摘要：天津海滨大道北段二期工程钻孔灌注桩桩径2.0米，深度最大达97m，均在超软的沿海滩涂地上施工。

天津沿海的地质条件极差，对超深桩施工是极大的挑战，在进行大量的技术攻关和试验后，最终取得了成功。

关键词：滩涂超深灌注桩施工技术天津海滨大道北段二期工程的桩基为钻孔灌注桩，桩径分ø1.5、ø1.8、ø2.0 三种，其中大直径Φ2m超深97m灌注桩共500多根，均在超软的沿海滩涂地上施工。

天津沿海的地质条件极差，对超深桩施工是极大的挑战，前期几次试桩均出现不同程度的塌孔现象，施工难道很大。

我们在大量学习国内其他超长桩的施工经验并进行大量的技术攻关和试验后，最终取得了成功。

本文主要论述超长灌注桩施工、容易出现的问题和相应解决办法，希望能为以后类似工程做参考。

一、工程概述：海滨大道北段二期工程起自永定新河河口南侧海滨大道疏港三线立交，向北先后跨越疏港四线和规划的永定新河主河道，沿线以高架桥的形式在海滩滩涂地向北延伸，最终在蛏头沽村东北侧接海滨大道北段高速公路主线收费站。

工程路线全长9.12公里，其中桥梁长8.6公里，全线按高速公路标准建设，设计行车速度80km/h，为双向八车道。

钻孔灌注桩共有1344根，其中Φ1200mm12根，Φ1500mm16根，Φ1800mm3根，Φ2000mm286根，桩长从64m至97m不等，均处于现状海挡以外的沿超软海滩地之中，属于超长桩。

混凝土采用C35，总量达22万方。

二、工程地质情况灌注桩施工区域位于华北平原北部海冲积平原，地貌特征为滨海低地、泻湖洼地和海滩。

地势低平，海相与陆相相交互沉积地层。

按地质成因主要分为八个地质成因层，现根据各土层时代成因及物理力学性质详细阐述下表。

三、施工方法1、施工工艺的选择根据地质资料，结合试桩的设计和设备情况等因素，钻孔灌注桩施工采用回转钻进、泵吸（气举）反循环为主的成孔工艺，砼罐车运砼到现场，通过车上的溜槽直接倒进灰斗进行水下混凝土灌注工艺。

2、成孔设备的选择根据地质资料、桩径及首件施工的情况，本工程采用QY200型以上大功率回旋钻机，细分三种型式，分别是正循环、反循环、旋挖钻，其中旋挖钻选用宇通260型。

正循环主要用于永定新河特大桥灌注桩上，优点是护壁好、泥浆池小、施工所占面积小、便于造浆。

缺点是相比另两种机械，其成孔时间较长；反循环主要用于陆地桩上，钻孔速度快，陆地造浆方便。

缺点是成孔质量相比正循环要差，应采用更好的护壁材料并需精心施工；旋挖钻机安装简单，钻头拆卸方便，机械化程度高，成孔速度快，污染小、噪音低、振动小。

桩机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高、桩孔沉渣少，孔壁泥皮薄，桩侧摩阻力发挥好的特点。

缺点是必须缩短下钢筋笼子和灌注混凝土的时间，以最快的速度成桩以降低塌孔的危险。

3、钢护筒下放本工程钻孔灌注桩钢护筒选择厚10mm钢板，内径比设计桩径大20cm，长度根据地质情况而定，一般控制入土层超过1米。

施工时，测量放样定出桩位，利用振动锤振沉钢护筒。

护筒定位合格后方可将其临时固结，用经纬仪从不同角度检查其垂直度，开始振动下沉。

护筒下放位置控制：±50mm。

4、钻孔钻孔前，首先采用膨润土制备泥浆，当进入粘土层后采用自造浆进行施工。

根据地质勘探资料，原地面下8米为淤泥质土，地质情况较差，我们经过大量试验，最终确定泥浆比重1.35~1.40之间，采取每小时0.8米左右的钻速进尺加强护壁，之后6米为黏性淤泥，情况较好，调整泥浆比到1.25~1.30，加快进尺速度至每小时1米，再向下3米出现贝壳，地质比较松动，再次调大泥浆至1.35以上，慢速进尺每小时0.5米，穿过贝壳层后为25米左右的淤泥质粘土，塑性较好，调小泥浆至1.2左右，加快进尺速度至每小时1米，之后为20米左右的砂性粘土，调整泥浆至1.3左右进行施工，控制速度到每小时进0.5米左右，再往下为粘性土，正常钻进，泥浆控制在1.2左右，每小时进尺约0.6米。

提钻完成，桩机挪离后，使用8米长2米外径的探孔器下放至孔底，检查孔径、孔深、倾斜率等均已符合要求。

钻孔注意事项：1）钻孔泥浆控制，稠度、粘度等指标必须满足要求，否则容易造成塌孔；2）孔内泥浆面任何时候均应高于海水面1.5～2m以上。

3）随时测量钻机倾斜度。

5、清孔用长4倍桩径、等桩径的检孔器进行检测，合格后清孔。

先首次清孔，采用钻机气举法自行换浆，用新拌泥浆置换孔内高浓度泥浆，使孔内泥浆指标满足要求。

钢筋笼安装到位后，进行二次清孔，二次清孔采用气举法排出孔底高浓度泥浆，冲散沉淀层，使之呈悬浮状态后立即开始水下混凝土施工。

6、下钢筋笼钢筋笼采用陆地分节绑扎成型、现场拼接下放入孔的方法。

钢筋笼四周安设混凝土垫块，垫块其沿桩长的间距不超过2m，横向圆周不得少于4处，超声波检测管纵向每4.0m与钢筋笼焊接固定。

7、浇注砼混凝土坍落度宜控制在18～22cm，初凝时间大于15h。

首盘混凝土灌入量不少于8m3,保证混凝土导管埋入混凝土中具有足够的深度。

灌注到桩顶时，应超灌不小于1.5m。

四、工程主要难点和解决措施和在陆地上施工普通灌注桩比，在极软弱的沿海滩涂地上施工超长灌注桩是风险很大的，如控制不当极易发生工程事故，所以要非常谨慎，严格控制每道工序，随时密切注意施工中的异常现象，发现问题要及时解决。

本工程总结起来主要有以下难点：1、钢筋笼安装时间过长，加大了二次清孔的工程量和塌孔的可能性。

2、在淤泥或淤泥质土、砂层中的超长桩护壁技术难度大，稍不慎重就会塌孔或缩径。

3、成孔的垂直精度控制较难。

4、超长桩清孔和孔底沉淀厚度控制困难。

5、由于孔深、混凝土量大、浇筑时间长，容易产生埋管、塌孔、夹层或断桩。

解决措施1、本工程钢筋要求采用套筒挤压连接，开始施工时，下放钢筋笼时最长达20小时，主要原因是钢筋笼结构太复杂，对接主筋数量较多，钢筋笼对位和挤压用时较长。

钢筋笼孔口对接的滞后会影响到孔位安全和混凝土顺利浇筑。

经过技术人员不断摸索、试验后，逐步将时间压缩到8小时内。

采取了措施包括：（1）制作了钢筋挡板，钢筋笼制作时应首先确保主筋长度和间距统一、接头断面严格一致并与钢筋笼身垂直；（2）每根桩笼整体在胎上制作并提前整体连接好，标注好顺序，下放时再拆除每节笼，运到现场后按顺序连接。

（3）运输过程中笼内加焊牢固的钢筋内十字撑，确保运输不变形。

2 、解决塌孔与缩径问题要合理选择钻机类型和钻进工艺，控制成桩质量，严密施工组织设计是保证钻孔桩施工质量的重要条件。

钻孔过程中，在淤泥质地层钻进时，易产生缩径，为了保证孔径符合设计要求，可采用上下返复扫孔，扩大孔径。

另外经常检查钻锥尺寸，如发现钻锥磨损过大应及时更换，保证孔径满足设计要求。

在砂层中钻进时容易产生塌孔，为了防止塌孔可适当加大泥浆比重，控制钻机钻进速度，以稳定土壁，使之达到合理护壁。

发生塌孔时，应先探明塌孔位置，将砂和粘土混合物回填到塌孔位置以上1～2 m，如果塌孔严重，应全部回填粘土，等回填物沉淀密实后，重新进行钻孔。

3、为了保证钻孔的垂直度，首先要对钻机底座进行精确测量，控制好其平整度。

此外，钢护套安放的稳定和垂直程度也是钻孔垂直精度的必要保证。

4、清孔和孔底沉淀厚度控制：（1）采用反循环钻机排渣和清孔。

（2）清孔时采用低比重泥浆置换孔内泥浆，用钻机空转换浆。

（3）将钢筋笼分节制作，现场接长安装，采用直螺纹或帮条焊连结，减少钢筋笼的接长安装时间。

（4）将传统的螺栓联结或其他较慢的联结方式的混凝土灌注导管，改为快速螺旋接头导管，减少接导管的安装时间。

（5）灌注混凝土前清孔利用混凝土灌注导管改装成吸泥机，形成导管吸泥机，停止吸泥后，可立即浇筑混凝土，这样就解决了吸泥机清孔后不再有厚的孔底沉淀的问题。

5、解决混凝土浇筑技术难度大问题要采取以下措施（1）使用混凝土罐车直接浇注，严格控制混凝土配合比，控制其缓凝时间在15h以上，避免混凝土假凝或初凝而埋管。

（2）灌注混凝土应连续进行，一气呵成，并经常检查混凝土顶面上升高度，及时掌握导管埋入深度，严格控制导管埋深在2～6米，避免导管埋入过深或导管脱离混凝土面现象。

（3）不定期抽排孔内泥浆沉淀，避免沉淀压盖混凝土顶面。

（4）改善泥浆胶体率，使泥浆尽量少沉淀。

五、几点建议1、临时护筒控制精度是决定最终桩位偏位的重要因素，护筒直径比桩径大20cm即可，过大会带来质量隐患。

振沉工作应安排在平潮或较低潮水位时进行，在护筒顶以下1m处设置内部支撑，防止振动夹头使护筒产生径向塑性变形。

2、本工程的桩检测采用预埋声测管的声波检测法，由于桩顶比地面底5米左右，故灌注时，声测管先埋入泥里，待满足检测条件后再开挖检测，这段周期一般至少一个月以上，声测管采用现场分段焊接的方式，一旦焊接不密实，水泥浆很容易进入管内造成堵管。

避免堵管应采取的措施为：（1）每节声测管焊接完后灌水，逐节检查声测管是否焊好。

（2）建议选用法兰盘连接替代焊接，更能保证质量。

（3）建议浇注完砼后立即用高压水枪对声测管进行射水清洗，及时清出水泥浆。

3、为了保证钻孔的垂直度，除常规控制外，钢护筒安放的稳定和垂直程度也是钻孔垂直精度的必要保证。

建议采用测孔仪检验垂直度，此方法非常直观，数据输入电脑后能准确显示垂直度。

结语和普通灌注桩比，在超软的沿海滩涂地上的超长灌注桩施工难度大的多，稍有不慎，可能就会出现质量问题，希望通过本文的总结能给大家在类似工程提供一些借鉴。

参考文献：［1］王成林，大直径超长钻孔灌注桩的施工，地基基础工程, VOL.6，No.3 ［2］杨德才，温州世贸中心大厦超深大直径钻孔灌注桩施工技术，探矿工程 2007，（34）。

［3］易俭，泥浆护壁混凝土灌注桩的施工与检测.建筑技术开发,2003，（3）。

作者简介：王文山（1974—），男，高级工程师、一级建造师，从事港口、市政路桥等工程工作。