余鹏程

中铁四局集团有限公司 安徽 合肥 230022

填海区常存在深厚软弱淤泥层、砂土层等，如何在这种不良地质条件下完成地下工程作业，是施工时需要解决的一个重、难点。遇到混凝土灌注桩施工时，可从施工质量、进度、成本、安全、文明环保以及现场管理等多角度出发，综合考虑选择合适的成孔方案[1-3]。其中，旋挖成孔在泥浆护壁的作用下，凭借其速度快、质量高等优势，应用较为广泛。

当遇到地层中存在超厚砂土层或软弱土层时，旋挖成孔时仅靠静态泥浆护壁，很可能会发生大范围坍孔或颈缩事故。在采用常规旋挖成孔方案很难保证顺利成孔的情况下，可埋设预制钢质长护筒，穿越不稳定砂土层或软弱土层，替代泥浆护壁配合旋挖完成成孔作业。

单一工序替换，会要求整个系统操作或参数做出相应的调整。因此，有必要对工艺变更后系统内关键点做出详细的补充说明或论述，但目前关于长护筒配合旋挖成孔方面的文献并不多见，其中为数不多的几篇代表文献[4-6]多侧重原理论证或操作流程概要说明。本文在说明工法原理及工艺流程的基础上，有针对性地论述了关键工序操作及工法优、缺点，并通过工程实例进行了验证。

1 工艺原理及流程

根据土层分布情况，设计出长度适宜的钢质护筒，然后利用液压振动锤打入，穿越不稳定土层。在入土钢护筒的垂直度满足要求后，测出护筒标高。可以通过常规工艺完成成孔，在混凝土浇筑完毕后通过振动锤拔出长护筒。护筒拔出一定高度，混凝土顶面标高下降后（拔出时形成空隙引起），补灌混凝土。

工艺流程为：场地平整→测量放线→埋设长护筒→钻孔就位→取土成孔→检查孔底→清除虚土→吊放钢筋笼→安设导管→浇筑桩身水下混凝土→拔出护筒→混凝土养护。

2 关键工序要点

2.1 埋设长护筒

钢护筒长度要根据工程地质条件确定，保证底部能够穿越不利土层，顶面宜高出施工平台约30 cm。护筒过长会导致垂直度不易控制，且护筒内外表面摩擦阻力随深度的增加而增大，使护筒埋设难度增大，护筒长度一般不宜超过30 m。长护筒由工厂定制生产，外径比桩径大100～300 mm。在液压振动锤液压夹的强力作用下以及护筒振动埋设过程中，为保证护筒上下口不产生变形，须在护筒上下口采取包边加强措施。

埋设护筒前先开挖浅坑，深度为1.0～1.5 m。同时，在桩位外圈设置4个控制点，控制点连线构成正方形，对角线交点通过同一平面内桩位中心点。护筒竖立后，利用水平尺或锤球校正，具体操作方法与护筒下沉过程中的垂直度控制方法相同；同时，量测外表面与控制点距离，反复调整直至护筒中心与桩位中心一致。

振动锤尽量选择高频液压振动锤，开始下沉阶段（1～3 m）尽量采用低频，后针对不同地层采用不同频率。沉放过程中，在钢护筒正、侧两面，以线锤校核垂直度，或使用2台经纬仪在平面90°夹角方向观测。护筒顶面中心与设计桩位偏差不得大于5 cm，倾斜度不得大于1%。

2.2 水下混凝土浇筑

导管（内径250 mm，壁厚3 mm）两端带有螺纹丝扣快速接头，连接时应设有密封胶圈止水。每节标准长度为2.0 m，0.5、1.0、1.5 m备用短管各2节，用来调整不同桩长情况下的导管总长度。可在孔口处将数段导管连成整体，再采用吊车插入，下端距孔底0.3～0.5 m。

整根导管上口应连接有容量为1.2 m3左右的储料漏斗，在漏斗出口与竖管连接处，悬吊隔水塞，初始首罐浇筑时必须将漏斗装满。剪断吊塞铅丝，使漏斗中的流态混凝土推压隔水塞迅猛坠落，完成导管浇筑水下混凝土的第一道工序。

漏斗中的流态混凝土落入孔底后，形成高约1.2 m的混凝土柱体并将导管下口封住，使导管之内为无水状态；流态混凝土通过漏斗相继倒入管中，因重力作用从导管下口溢出，混凝土上表面随着管中混凝土浇筑而被动抬高，最终形成桩身。在整个浇筑过程中，导管下口必须埋入混凝土中，深度不小于2 m，严禁拔空，避免因导管灌进泥水而造成断桩事故。

起拔护筒1.5～2.0 m后补浇一定量的混凝土，灌注完毕后，混凝土顶面应高出桩顶设计标高0.8～1.0 m。整个混凝土浇筑流程为：首灌、常规浇筑、补灌。水下浇灌混凝土时会损失一定比例的强度，常规C35及以下混凝土浇灌时按规范提高1个等级即可，高于C35以上时应提高2个等级配制。

2.3 护筒起拔

混凝土浇筑完成（已预留补灌量）后，先在原地将钢护筒振松，后利用履带吊与振动锤缓慢提拔钢护筒。钢护筒提拔速度不宜过快，以让桩身混凝土缓慢填充护筒拔除后形成的空隙，拔出过程中同样须控制垂直度，方法与护筒下沉时一致。长护筒拔出时间不宜过早，否则极易造成坍孔或颈缩；拔出时间过晚则易影响桩身混凝土成形效果，造成桩身出现有害裂缝或断桩。根据现场经验，一般在浇筑混凝土完毕后10～25 min开拔。

履带吊（不可以使用汽车吊）选择时须兼顾三方面：安装或拔出钢护筒、下放钢筋笼、浇筑混凝土。钢护筒质量明显高于钢筋笼、漏斗（含漏斗内流动混凝土），故履带吊吨位可按护筒质量控制下限值选择，在实际工程中一般选取100 t即可。

3 工法优缺点

1）成桩质量：长护筒区域段不会发生孔壁坍落或颈缩现象；采用长护筒可以避免泥浆对混凝土工程性质的影响，有利于提高混凝土对钢筋的握裹力，避免泥浆孔壁“润滑剂”的负面作用；长护筒方案成桩质量可靠，据有关文献[7]，Ⅰ类桩比例高达95%。

2）施工成本：长护筒成孔无须泥浆或泥浆制备量小，可减少泥浆相关费用；由于在长护筒区域段无坍孔或颈缩现象，同时未混入泥浆，故成孔取土量较少，节约了土方外运成本；桩体充盈系数减小，节约了混凝土用量；钢质长护筒预先由工厂定制而成，同一工程中配合旋挖钻机可循环使用，一般配备2～5个（其中一个备用）即可；工程完工后可回收，改造加工后可在新工程中继续使用。

3）文明施工：长护筒区域段无泥浆护壁，无需泥浆或需求量少，减小了因泥浆带来的污染影响；此区域段的土体因无泥浆的混入，土体含水率低，故挖出后无需晾晒，或短时晾晒后即可满足外运要求。

4）适用范围：利用长护筒穿越过厚的砂土层或淤泥层，解决了常规泥浆护壁的成孔难题，拓展了旋挖成孔灌注桩的适用范围；但软弱土层区域过长时，长护筒或因其垂直度控制难度大而难以实现。

4 应用实例

4.1 深圳蛇口码头桩基础工程

该工程位于深圳市南山区蛇口太子湾码头填海区，地处海边，环保施工要求高。本次施工内容为灌注桩基，共计618根，其中抗拔桩401根（包括3根抗拔试验桩），抗压桩217根，桩径均为1 300 mm。桩在地面上进行施工，桩深35～66 m（包括约6 m空桩）。约200根桩采用旋挖成孔，但根据地质报告，此区域上部12 m范围内存在软弱杂填土，直接成孔效果或不理想，最终经多方确认，采取13 m长护筒一次性穿越此区域土层，配合旋挖顺利成孔。

4.2 港珠澳大桥珠海口岸基础工程

港珠澳大桥珠海口岸轻轨预留区围护采用钻孔灌注桩，桩径800 mm，成孔深度19.2 m，共930根。其中WZ1型桩442根，实桩14.2 m，空桩5 m；WZ2型桩488根，实桩13.75 m，空桩5.75 m。因围护桩成孔主要位于人工填砂层和淤泥层中，常规的泥浆护壁成孔难以实现，故旋挖成孔可采用20 m长护筒配合完成，护筒埋设可采用100 t吊车。最终围护桩顺利完工，桩身质量满足设计要求。

5 结语

通过实例验证，采取埋设长护筒穿越不稳定土层，以替代常规泥浆护壁的方案可行，并得到如下主要结论：

1）钢护筒长度要工程地质条件确定，底部穿越不利土层，但护筒不宜过长（不宜超过30 m）。长护筒由工厂定制，外径超桩径100～300 mm，上下口须包边加强。外圈设置4个控制点用于护筒定位，利用经纬仪或锤球90°夹角方向校正垂直度。

3）钢护筒起拔前先在原地振松，开拔时间控制在浇筑混凝土完毕后10～25 min。钢护筒提拔速度不宜过快，拔出过程中同样须控制垂直度。

4）长护筒方案避免或减小了泥浆处理对工程的影响，提高了成桩质量，减小了因泥浆带来的污染。因无需泥浆或仅需少量泥浆及钢护筒可循环使用，故长护筒方案的施工成本较小。长护筒埋设拓展了旋挖成孔灌注桩的适用范围。

长护筒方案适用于填海区超厚淤泥或砂土层灌注桩施工，成桩质量、文明施工、施工成本等均可控，具有一定的推广和应用价值。但护筒定位与垂直度控制方案的智能优化，钢护筒过长时的垂直度控制以及护筒埋设过程中遇到障碍物时的处理[8]，是应用长护筒方案时须进一步解决的难题。