有限空间淤泥质地层钻孔灌注桩施工技术研究

汪 良

（中铁二十二局集团轨道工程有限公司，北京 100040）

1 工程概况

新建铁路珠三角穗莞深城际琶洲支线位于广州市，线路自广佛环线琶洲站引出后在大学城东站与地铁7号线深井站换乘，出站后并行新化快速路东侧至化龙接入佛莞城际莲花站。线路对加强广佛、佛莞、穗莞深城际实现交通网络整体联接起到至关重要意义。其中化莲区间右线盾构隧道在YDK16+460～YDK16+480段左侧、YDK16+486～YDK16+506段右侧穿佛莞城际，与107#、108#墩桥梁桩基140°斜交，桩基采用Φ1000mm桩基础（端承桩），承台尺寸为7.2m×5.2m×2m及8.7m×6.3m×2m（长×宽×高）。盾构隧道外径与桥梁桩基的净距为2.2m，盾构隧道主要在硬塑状的淤泥质粘土和淤泥层中穿越（厚度约20.16m），为确保桥梁安全，在隧道与桩基之间以及桥梁桩基外侧施做共计40根φ800mm@1000mm钻孔灌注隔离桩，桩底至强风化花岗岩地层顶部，深入盾构隧道底部约9m。与此同时琶洲支线下穿佛莞城际的107#～108#墩间梁体已架设完成，实测梁底至原地面高程仅有7.7m。

2 工程地质和水文情况

（1）地质情况。工点地层包含淤泥、淤泥黏土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩等，其中隔离桩桩基处的地层自上而下为淤泥层19.3m，全风化花岗岩8.4m。

（2）水文情况。施工区域地下水按赋存方式分为填土层上层滞水、第四系松散土层孔隙水和基岩裂隙水，勘察所揭露的地下水水位埋藏变化较大，稳定水位埋深为0.10～6.95m，平均埋深为1.93m，标高为-3.317～3.53m。地下水高度的变化跟地下水的赋存、补给及排泄直接相关，施工区域每年雨季在5月—10月，期间降雨充沛，水位出现明显上升，在冬季因降水减少地下水位同步出现下降。

3 施工难点分析

（1）钻孔隔离桩距既有佛莞城际承台最近处仅0.3m，距佛莞城际桥梁桩基最近距离仅1.1m，施工过程需确保桥梁基础稳定及规避触碰墩台。

（2）钻孔隔离桩距盾构隧道管片外径仅1.1m，必须确保桩基垂直度，避免桩基倾斜侵占隧道界限影响隧道掘进。

（3）临近墩台部位的桩基位于已架设梁体的下方，梁底距地面高度仅7.7m，需制定可靠的施工方法，确保钻机移位时不碰触梁底。

（4）部分桩基位于沉积淤泥质地层，易出现缩孔甚至塌孔掩埋锤头造成地面沉降的同时引起墩台同步沉降。

4 施工应对措施

4.1 施工前准备

（1）技术准备。编制专项施工方案，邀请专家对方案合理性进行评审，对项目部参建人员及施工工人进行交底。

（2）场地平整。考虑到梁底施作隔离防护，将原地面降低1.5m，地表铺设0.5m厚砖渣并用挖掘机碾压密实，沿场地周边设沟渠疏通积水，避免浸泡。

（3）施工方法及机具选择。因施工场地及净空受限原因，该工点选用高度7.0m十字型锤头冲击钻成孔，泥浆护壁施工，导管法灌注水下混凝土。

（4）安全防护。①紧邻桥墩承台周边搭设高度2.5m钢管架手架进行施工隔离，钢管采用φ48×3mm，立杆间距@1.0m，设计上下共三道横杆，横杆间距自上而下按0.6m布置，脚手架涂抹红白相间油漆，挂安全警示牌；②桥梁梁底防护距离梁底0.5m，采用挂警示带、警示灯防护，通过桥梁排气孔悬挂∠50×3mm角钢与下悬挂直径10mm钢丝绳形成吊挂系统，钢丝绳上挂设警示灯及警示带，确保白天与夜间施工同样起到警示作用。

4.2 钻孔施工控制要点

（1）钻孔顺序。根据工程数量采用2台冲击钻进行施工，由于淤泥质地层具有可塑性较差的特点，在机械振动作用下极易塌陷，距离较近桩基如果同时施工，机械振动相互影响容易造成塌孔或串孔情况，因此1#～40#桩基采用跳孔法施工，1#钻机按1、11、6、16、2、12、…、10、20#孔顺序施工，2#钻机按21、31、26、36、22、32、…、30、40#孔顺序施工,直到完成全部桩基。

（2）泥浆制备。泥浆采用膨润土现场配制，施工泥浆比重为：淤泥、淤泥黏土地层为1.3；岩石为1.2。粘度：按松散易坍地层19～28s。含砂率：新制泥浆应小于4%；胶体率：大于95%；pH值：不小于6.5。泥浆池采用2.5m×6m×2m钢制泥浆箱，其中2个作为沉淀池，2个作为废泥浆池，满足2根桩基同时用量，通过泥浆泵实现抽排满足施工需求。

（3）护筒埋设。根据现场施工条件及地质特点，护筒采用1.2cm厚钢板制作，每节长度2m，直径较桩基直径大40cm。梁下部分桩基受净空影响采用4m长钢护筒跟进，利用挖机安装，其余部位根据实际情况确定。护筒顶部埋设高出施工地面50cm，护筒孔口平面位置与设计桩位允许偏差小于5cm，竖向倾斜度小于1%，埋设完成后周边及时回填，并用挖机配合人工夯实。

（4）钻进成孔。根据地面标高计算成孔深度，钻机采用挖掘机移位，钻进过程采用底档起钻，促使孔壁逐渐形成坚固泥皮护壁，成孔至护筒底部约1m后再开始正常速度钻进。根据护筒内泥浆变化分析地层，检测泥浆性能是否满足该地层要求。始终保持护筒内浆液面始终高于地面0.5m左右，避免水压过小。提钻应防止速度过快、防止碰撞护筒及孔壁，避免引起土层扰动出现桩头扩大。

（5）钢筋笼制安。钢筋笼采用现场制作加工，分节吊放，孔口焊接下笼。

（6）混凝土灌注。混凝土采用自有拌合站拌制，通过砼运输车运自施工现场灌注。灌注前应对导管进行试拼试压，防止渗漏泥浆堵塞导管；根据桩长计算首盘混凝土数量，确保满足封底要求。为确保桩基施工质量，灌注时桩顶标高较设计高程高50cm。

（7）过程监测。在隔离柱相邻的107#、108#墩承台四个角各设置一个观测点作为沉降和位移观测点，高程及平面均采为独立控制网。施工前测量出初始值，监测频率：施工期间2次/d；施工完成后15d内1次/d，15d以后1次/2d，然后停止监测。通过数据分析，及时掌握位移及沉降变化情况，发现异常应分析原因，制定切实可行的补救措施，严禁盲目施工。

（8）常见问题及处理措施。根据实际钻孔核实的地质情况，结合施工中出现的问题，采取的应对措施情况如下。①坍孔。原因分析：护筒埋设太浅、周边回填不密实，在成孔过程中护筒底脚受钻头振动影响出现垮塌；成孔过程锤头碰触孔壁；泥浆比重较小，无法形成有效泥皮护壁；成孔后采用泥浆泵入新制的泥浆清孔，泥浆管不断冲刷孔壁；成孔后长时间未对桩基进行灌注；泥浆补充不及时，孔内水头较低，水压不足；钢筋笼下放过程摆幅过大碰触孔壁。处理措施：坍孔发生在护筒底部，立即停止施工并拆除护筒，将钻孔回填压实后重新埋设护筒再开始正常钻孔；加深护筒，使挖掘机配合下压至坍孔处以下约1m，护筒外侧采用粉质黏土或砂袋回填压实，重新开钻时，控制好泥浆性能和液面高度保持水压。坍孔部位较深时，可以根据浆液变化情况、测绳量测深度分析坍孔严重程度，不严重的可将泥浆比重调整至1.3，同时减小泥浆泵注浆压力，使之形成较好泥皮，采用小冲程继续钻进；若坍塌较为严重不能继续施工时，果断对钻孔回填片石及黏土至坍孔以上位置，必要时将整个钻孔填满，填筑过程利用锤头边填边压实，在静置约48h填土稳定后重新进行钻孔，施工过程密切关注，出现异常情况及时处置。施工过程提升钻头、下放钢筋笼需保持与钻孔轴线垂直，避免碰撞孔壁；淤泥质软土地层钻孔，需控制好冲程高度，并提高泥浆比重形成较好的泥浆护壁。②偏孔。原因分析：钻机基础不稳，地面产生不均匀沉降；软硬交界处，岩面倾斜冲进，锤头受力不均；处理措施：钻机倾斜造成偏孔的，先将钻机移出，检查孔壁状况，较稳定则加固施工区域地基或者将施工平台重新填筑压实，其上铺垫1.0cm厚钢板，形成稳定施工平台，确保钻机基础稳定。由于地质变化软硬相交引起偏孔，需根据地质资料进行分析，采用片石回填至地质变化处，然后放置一段时间后重新开始冲孔。孔位中心偏差小于10cm时放置约2h后继续冲孔；孔位中心偏差大于10cm时需根据情况放置，待稳定后重新施工。遇斜岩施工采用自重较大锤头小冲程缓慢钻孔。③扩孔及缩孔。原因分析：钻进过程中钻机不稳，锤头摆动导致扩孔；锤头磨损后未修复、地层自稳性差导致缩孔。处理措施：小范围发生坍塌不影响设计深度的扩孔没必要进行处理，仅会造成混凝土超耗；遇扩孔造成坍塌影响冲击的情况，则按坍孔治理措施处理。缩孔可使用优质泥浆护壁加快冲击，同时利用锤头反复扫孔直到发生缩孔的位置满足设计要求。当遇有缩孔情况的桩位,应提前准备好混凝土、钢筋笼，成孔后立即下放钢筋笼灌注混凝土,避免长时间待料引起桩身直径减小及露筋。④钻孔漏浆、护筒冒水。原因分析：护筒埋置不到位，未深入不透水层，护筒内外侧水系贯通造成漏浆；回填材料未压实，导致漏浆；护筒制作质量不合格，焊缝存在空洞，造成漏浆；浆液面过高，水压过大，使孔壁渗漏。处理措施：采用黏土或者沙袋对护筒周围进行加固；当漏水情况严重无法通过就地加固解决时，将护筒挖出修理好后重新埋设再冲孔；加大泥浆比重或倒入黏土缓慢钻孔，必要时回填土+片石反复冲击形成较强的护壁。

5 结束语

当在有限空间条件下进行复杂地层施工桩基时，若不采取可靠的防护措施、结合地层制定切实可行的施工方法，极有可能造成成孔质量差、施工进度慢、浪费混凝土、破坏既有结构物的严重后果，因此施工前需提前进行策划，确保施工质量满足达到预定目标。