淤泥质软土地带桩基施工技术

2012-07-16王荣国

山西建筑 2012年30期

王荣国

(中铁十七局集团第一工程有限公司，山西太原 030032)

滨海海积平原是我国大陆海岸的重要组成部分，由于淤泥质海岸地质的物质组成比较细或结构较为松散，呈流塑性，工程建设施工难度较大。新建铁路福厦客运专线木兰溪特大桥桥址地质为滨海海积平原淤泥质软土，针对该特殊地质条件，根据在该桥桩基施工过程中出现的问题及采取的技术措施，论述了淤泥质软土地带桩基施工方法。

1 淤泥质软土地质特征

滨海海积平原，地质条件主要特征为淤泥质软土层较厚，呈流塑态。具体地质分布情况见表1。

表1 淤泥质软土地质分布情况

其中:淤泥质软土，主要为淤泥、局部为淤泥质粉质粘土，流塑状为主，部分软塑状，污手，有腥味，有机质含量较高，淤泥质软土具有高压缩性，低强度，高灵敏度和低透水性等特性，在较大地震力作用下易出现震陷。

2 施工技术

2.1 施工准备工作

1)机械设备的选择:鉴于桥址地处滨海海积平原淤泥质软土地带，施工桩基处地层淤泥质软土覆盖层较厚，中间夹杂卵石、砂层，设计时桩底嵌岩较深，经比较分析，主要钻孔设备选用十字形和梅花形冲击钻机。2)泥浆制作:泥浆在钻孔中起着悬浮和携带钻渣、清洗孔底、维持孔内外压力平衡、增加孔壁稳定性、防止塌孔、润滑和冷却钻头等作用。淤泥质软土经钻头冲击，在水的搅拌下比较粘稠，比重、浮力较大，可以采用孔内淤泥质软土自助造浆，对于部分淤泥质软土有机质含量及塑性过大的地段，可采用淤泥质软土与粘性较高的黄土相结合的方法造浆。3)护筒加工与埋设:由于淤泥质软土的特殊性，在桩基钻进过程中极易出现塌孔、缩孔等现象，所以护筒的埋设对以后桩基的钻进、成孔及混凝土灌注的成功与否都有至关重要的影响，所以护筒埋设必须要竖直、稳固，必要时采取加固措施，防止护筒在施工过程中移动。

对于地表人工回填土层较薄或直接处于较软的淤泥的地段，可采用换填的方法，即挖出淤泥质软土，埋设好护筒，然后用压实性较好的土石进行回填并压实。

2.2 钻孔施工

1)钻机布置。

淤泥质软土在较大震力作用下易出现震陷，相邻桩基施工很容易发生塌孔，穿孔事故，因此在同一墩位尽量多上钻机的同时必须合理安排施工钻机机位和桩基施工顺序，一般采取间隔1根～2根桩间距或对角布置施工钻机。

2)泥浆循环措施。

陆地桩在每墩位间挖泥浆池循环泥浆，对于水上桩，泥浆的循环可充分利用相邻的护筒，相邻护筒串联起来作为泥浆循环池，以保证泥浆质量及加快清孔。

3)钻孔技术措施。

由于淤泥质软土特殊的地质特征，钻孔过程中极易发生塌孔、缩孔、穿孔等事故，针对造成其特征，可采用以下技术措施:

a.孔壁塌孔:孔壁塌孔一般易发生在护筒底口，在锤头提升过程中很容易触碰护筒，引起护筒与孔壁衔接处松动，易引起与护筒的衔接处的孔壁坍塌。

首先要采取预防为主的方法，如钻进至护筒底时投入片块石和粘性较高的造浆土等，以增加该位置桩基四周的密实性，如果施工过程中护筒底塌孔，可采取接长护筒的方法，使护筒穿过塌孔处，继续施工。

对于水中桩基，由于护筒埋设较深，护筒受外力影响较小，但是护筒打进时如果遇到大孤石，也会发生护筒打进时没有进尺的现象，但是在钻孔时，钻头击打孤石时引起孤石附近淤泥质软土或卵石层松动，经泥浆浸泡，极易发生塌孔。

对于此类情况，也要以预防为主，钻进至护筒底时投入片块石，粘性较高的造浆土等，增加护壁质量，护筒打进时也需多加注意，要仔细对比护筒顶处设计地质，防止护筒没有真正达到坚实土层上，对于特殊情况护筒无法打进时，可以先钻进，然后护筒跟进的方法，保证护筒埋设质量。

b.穿孔:穿孔事故一般易发生在含承压水的地层或水中桩基础及受潮水影响的桩基施工过程中，受水压或潮水影响，处理不及时往往会造成钻孔报废，需拔出护筒重新钻进。

对于淤泥层较厚且受涨落潮影响时，更容易发生穿孔事故。施工时可采用以下措施:

多泥浆泵:即使用多个泥浆泵，在退潮时把护筒内泥浆抽至相邻造浆护筒中，涨潮时再把泥浆抽回。尽量保持护筒内水头及压力。

此施工方法施工投入大，但是效率快，由于淤泥质软土造的泥浆沉淀较快，泥浆泵抽出时可以尽量抽出上层泥浆比重小的部分，可以节省泥浆。

护筒开孔:即在护筒上下各开一个可以打开又可以封闭的活口，利用相邻两个护筒，涨潮时关闭下口，用上口作为泥浆循环，退潮时用下口和另一个造浆护筒相连用来泥浆循环，见图1。

图1 护筒开孔示意图

对于防止穿孔，最根本的方法还是保证护筒的埋置质量，护筒埋置必须打穿淤泥质软土层，保证护筒顶埋置至较好的地层。

c.斜孔:木兰溪特大桥桥址处岩层变化复杂，甚至有多个墩台出现了同一墩位桩基入岩标高相差数米的情况，桩基孔底入岩后发生斜孔现象。

分析原因，桥址处很多墩位处桩位在钻孔时淤泥质软土打穿后，仅有数十公分的卵石或砂层，直接进入弱风化(W2)，而且左右桩位入岩标高相差较大;还有出现同一孔位标高处打出强风化夹杂弱风化的现象，说明此处岩层软硬不均，这些情况都会造成钻进过程中落锤向一方向偏斜，出现斜孔。

根据地质钻探资料及钻孔记录总结，孔底岩层倾斜，即斜面岩和孔底岩层强度不一是造成孔底倾斜的主要原因。

孔底出现斜孔后，需填入大量硬度高于岩层(W2)的块片石进行修孔，造成人力、物力、工期的浪费，如果不及时修孔后面钻进时易造成卡锤事故，如果入岩较深后投入片块石修孔，还会出现要多次修孔才能修复的现象，更是延误工期。

为了防止钻孔时发生斜孔现象，须从开始入岩时就要加以注意:入岩后要及时焊锤，尽量避免入岩后焊锤，以防止因锤头加大发生卡锤事故;入岩后要勤取岩样，根据岩样判断是否有孔底是否有岩石强度不一的现象，以采取相应的施工措施;入岩后泥浆的比重对钻孔有至关重要的影响，有钻孔人员入岩后为保护锤头，防止锤头损坏，入岩后加大泥浆比重，减小冲程，以减轻岩层对锤头撞击，但是小冲击力时会只对较软的岩层破坏，而对较硬的岩石不破坏或破坏较少而造成斜孔;入岩后泥浆比重过大，冲程过小还会造成锤头旋转不动或缓慢，出现打出梅花孔的现象，易造成卡锤;因此根据淤泥质软土泥浆的特性，入岩后泥浆比重调至1.25～1.30为宜，并采用大冲程冲进。

2.3 成孔

桩基即将成孔时，钻进孔深度可留置数公分不钻到位，在清孔换浆时微冲程冲击，这样可以使孔底较大岩、砂粒最大程度的击碎经泥浆循环带出，还可以把不到位的数公分打至满足设计要求。

鉴于淤泥质软土特性，需加紧清孔;因为淤泥质软土泥浆有沉淀过快的性质，久置泥浆会快速沉淀，易发生坍塌事故。由于清孔时泥浆浓度降低，淤泥质软土具有流塑性，清孔时间过久或搁置也会引起孔壁护浆及淤泥质软土呈流塑状沉到孔底，甚至造成孔壁坍塌。

由于下钢筋笼需要一定的时间而不能泥浆循环，因此下放钢筋笼前泥浆浓度尽量不一次性清孔到设计要求，根据淤泥质软土的特殊性，一般泥浆清到1.2左右为宜，下放完钢筋笼后放入导管，清孔到设计要求。

2.4 灌注混凝土

混凝土灌注是桩基施工最重要的环节，在成孔达到设计规范要求后，由于淤泥软土的流塑性，泥浆浓度较低的情况下，泥浆护壁在稀浆的浸泡下会呈流塑状，易发生缩孔、塌孔及孔底沉淀淤泥等事故，因此需尽快灌注，必要时在空中加入水泥粉，以增加水泥浆比重，防止孔壁坍塌，引起缩孔、塌孔。

混凝土灌注开始后，必须连续不断地进行，尽量缩短灌注时间;由于混凝土灌注开始后没有了泥浆循环的压力，流塑状淤泥质软土泥浆护壁会很快向孔底凝结，因此拆除导管停止换浆后，尽快放气，安装大料斗开始灌注混凝土，一般间隔不宜超过15 min;且要保证首灌混凝土满足理论计算要求，以保证首灌混凝土能冲开孔底积留的流塑状淤泥。

灌注过程中尽量不要晃动导管，防止导管触碰孔壁，防止塌孔事故发生。当混凝土灌注完毕后，待桩上部混凝土开始初凝，解除对钢筋笼固定措施，保证钢筋笼随着混凝土的收缩而收缩，避免粘结力的损失。