流塑状淤泥地质采用大直径双护筒汽车反循环灌注桩施工技术

王灿灿，黄士城，杨 超

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

沿海地区及河流、湖泊地区桩基础施工时，受地质条件影响常会遇到呈流塑状淤泥高压缩性饱和水的淤泥砂质土层。软土多为淤泥、淤泥质黏土、淤泥质亚黏土及淤泥混砂层，而含水量与厚度较大、压缩性强且承载力低是其主要特点。施工期间对施工场地地基处理要求较高，因为淤泥混砂层较厚灌注桩造孔期间护壁较差，容易产生踏孔风险。

大型旋挖设备自重较重，为保证施工安全，导致河滩及沿海地质不良地区的施工场地地基处理费用较高，其应用大型旋挖设备的成本较高，导致整体经济效益较低。冲击钻造孔效率较低，沿海地区河流受到潮汐影响，无法得到有效安全作业时间，还需要搭建施工平台如施工钢栈桥，导致整体施工成本较高。

汽车反循环钻机自重较轻，对施工场地地基承载力要求较小，汽车反循环设备可以自行行走，受潮汐等自然环境的影响小，为防止钻孔经过软弱流塑状土层时，造成坍孔、缩颈、桩基移位等病害，采用大直径护筒代替钢板桩的方法填筑施工平台，长护筒精准定位、防止踏孔的双护筒施工方法保证工程质量。大直径护筒及长护筒为可周转重复利用的材料，有效降低了该类工程的建设成本。

文章就广西玉林（省界）至广东湛江高速公路海田互通枢纽工程，塑状淤泥高压缩性饱和水淤泥混砂层地质，采用汽车反循环大直径双护筒灌注桩施工工艺的探索与实施展开阐述。

1 工程概况

海田互通枢纽工程位于湛江市黄略镇文车大村境内，上跨华丰河入海口，互通起设里程K73+080～K74+4000间。设置有A、B、C、D、L、G共4个匝道及连接线，南北接海田路和玉湛高速海田支线（收费站以南路段）、东西连国道G228线（原国道325 线）和调顺大桥，是保障高速公路与多条地方干线（快速）路间交通流快速转换的重要节点工程。

海田互通主线桥及匝道桥区域受华丰河及潮汐影响，为沿海滩涂地，河流及水塘较多。地质情况主要为上部揭露层厚4.0 m左右，为塑状淤泥高压缩性饱和水淤泥混砂层地质、黑褐色、软塑，4.0~6.5 m为灰褐色、饱和水、松散砂砾，6.5~8.5 m左右覆盖2.0 m米粉质黏土，8.5~28 m左右为全风化砂砾岩，28 m以下覆盖强风化砂砾岩；

施工难点：施工区域的水资源丰富，河流、水库多，雨量丰沛。桩基地质有淤泥及沙质黏土，桩位位于河流水塘中，经扰动容易出现流沙，极易塌孔，具有极大的施工风险。

图1 平面效果图

2 桩基施工难点分析

（1）海田互通枢纽工程桥梁地质主要为：上部揭露层厚4.0 m左右淤泥及粉质黏土、黑褐色、软塑，4.0~6.5 m为灰褐色、饱和、松散砂砾，6.5~8.5 m左右覆盖2.0 m米粉质粘土，8.5~28 m左右为全风化砂砾岩，28 m以下覆盖强风化砂砾岩；

施工难点：桩基地质有淤泥及沙质黏土，桩位位于河流水塘中，经扰动容易出现流沙，极易坍孔、缩颈、桩基移位偏孔，具有极大的施工风险。

（2）海田互通枢纽工程位于华丰河到湛江海湾入海口，河流及水塘密布。湛江地区台风及强降雨天气较多，降水量较大。淤泥较深。

施工难点：施工区域的水资源丰富，雨量丰沛，河流受潮汐影响较大。沿海滩涂地，河流及水塘较多。地基承载力较差易坍塌，无法承受大型设备作业，整体施工难度大，施工成本高。

3 方案比选

3.1 旋挖钻施工

工作原理：通用短螺旋钻头或旋挖斗，以强力扭矩旋动砂砾泥土后提出，通过快速反复的对土地旋挖带出工作，实现设计深度的挖掘目标。

优点：旋挖钻具有可靠履带自由行走的优势，施工速度快。且旋挖钻机施工效率高，无需将岩土搅碎靠泥浆返出孔外，带有活门筒式钻头能够在回转破碎岩土时将其装带至地面，施工效率在适合的地层同比钻、冲孔桩机可提高5~6 倍。

缺点：对于作业环境和地面承载力有一定要求，需平整坚实且作业中不会下陷的地面，工作坡度不得大于2°、护壁差。

综合分析：因本工程位于河流及湖泊中，地基承载力较差，靠近沿海地区，受潮汐影响较大。为保证旋挖钻施工期间设备安全性，需进行施工场地基础换填处理、费用较高。成孔较快，但护壁达不到要求，该地质情况使用旋挖钻极易塌孔，影响桩基成孔及灌注质量。

3.2 冲击钻造孔

作业原理：由以有重量的冲击钻头作为冲击工具，通过钻机或卷扬机提升冲击钻头到一定高度，后释放冲击钻头以其重量为基础发挥重力势能，对土层造成较大冲击力量从而冲击土层或破碎岩层形成桩孔，冲击后形成的钻渣岩屑则以泥浆循环法进行排出。

优点：冲击法应用于有裂隙的坚硬岩石的破碎作业时，作业效果好且整体的消耗功率小；同时，应用冲击法进行作业后形成的孔壁较为坚固且稳定，孔壁护壁效果好，成孔质量好。

缺点：钻进效率较低；随着桩孔加深，容易出现孔斜、卡钻、掉钻头等事故。孔底清渣和掏渣作业耗时较长，并受潮汐影响，施工场地易被淹没，冲击钻转场效率较慢，有安全风险。

综合分析：因该工程工期紧、施工难度大，而受冲击钻作业特点限制难以满足工期要求。且安全可行性无法得到有效保障。

3.3 汽车反循环

作业原理：在注满冲洗液的钻孔内置入钻杆，旋转盘的转动来带动传动杆和钻头，通过旋转的钻头来切削岩土，再由钻杆下端的喷射嘴喷出压缩空气，在钻杆内将土、砂等被切削物混合，形成泥砂水气混合物。受钻杆内外压力差和压气动量的联合作用，实现上升冲洗液与泥砂水气混合物，再通过压送软管进行排出，地面设置有泥浆池或储水槽作为混合物的排放存储地，通过沉淀再将冲洗液流入孔内。

优点：效率高、对场地地基承载力要求小于旋挖钻、施工成本较低，转场效率高。

缺点：造孔护壁优于旋挖钻，但低于冲击钻成孔护壁。回填的坚硬孤石无法有效作业。

综合分析：因本工程在河低水位区域，需进行基础填筑，导致填筑期间孤石在桩位附近，导致无法安装护筒，反循环设备因无法钻取坚硬孤石导致无法有效作业。

3.4 双护筒+汽车反循环组合

项目工程位于沿海河流滩涂浅水位区域需进行片石换填，以满足施工场地及进场便道的通行。

地质主要为上部揭露层厚4.0 m左右淤泥及粉质粘土、黑褐色、软塑，4.0~6.5 m为灰褐色、饱和、松散砂砾，6.5~8.5 m左右覆盖2.0 m粉质黏土，8.5~28 m左右为全风化砂砾岩。

施工场地填筑片石作为施工平台期间，在靠近桩中心4 m左右位置，利用振动锤有效作业半径安装4 m长，大于桩径2 m的大直径钢护筒，形成钢围堰，以防止填筑的片石滚落进入桩位区域，待4 m大直径护筒安装完毕后填筑片石至护筒周边，利用挖机掏出大直径护筒内的散落片石，然后测量人员精准定位桩基中心，为防止淤泥及砂层塌孔影响桩基成孔质量，采用9 m长，大于桩径15 cm左右的钢护筒进行桩基造孔的护壁。利用振动锤安装9 m长度的长护筒。测量复合后采用汽车反循环设备进行钻孔作业。

综合分析：双护筒+汽车反循环组合方案，避免了上述方案的缺点，利用了设备的优点，达到了经济性，高效性，安全性。保证了施工质量。

4 施工工艺流程及施工方法

4.1 施工工艺流程

4.2 施工方法

（1）施工准备。测量员会在施工前粗略定位桩基中心，并在水中插入标记旗。

（2）施工场地填筑及4 m大直径护筒安装。施工场地填筑靠近桩中心4 m左右位置利用振动锤有效作业半径安装4 m大直径钢护筒代替钢板桩形成一个桩位施工平台的填筑围堰，以防止填筑片石进入桩位区域影响汽车反循环施工。待4 m大直径护筒安装完毕后填筑片石至护筒周边，利用挖掘机掏出大直径护筒内的散落片石。

图2 施工工艺流程图

图3 施工示示意图

（3）9 m长护筒安装。待φ4 m护筒平台填筑完成后，利用全站仪精准定位桩基中心，振动锤安装9 m长度的长护筒。然后拔出φ4 m护筒，填筑平台至9 m长护筒周边。

（4）反循环钻机施工。应用反循环钻机进行施工前，应先保证设备就位且在在护筒内存进适量泥浆，开钻作业时应保持慢速在低档位进行钻进，钻至护筒下1m后再以正常速度钻进。作业过程中要保证泥浆量满足设备需求，及时进行检查补充。

在钻进砂类土或软土层时可能会出现坍孔的情况，所以在作业中要注意选用平底钻头，控制进尺，低档慢速、大泵量、稠泥浆钻进。

卵石、砾石层存在土层软硬不均的特点，对此类土层进行钻进作业时要注意可能出现的钻头跳动、倾斜和钻杆摆动大等现象，应进行低档慢速的钻进作业，并保证泥浆的优质和大泵量的钻进准备，尽量避免钻机出现超负荷损坏的情况。

钻进过程中应经常测量孔深，并按照地质柱状图随时调整钻进技术参数。要保证在钻进深度达到设计孔深后，及时进行提钻清孔工作，在清孔时要更换新鲜泥浆，其要达到孔内泥浆含砂量逐渐减少至稳定不沉淀为度。

（5）成孔清孔灌注。成孔后需要进行清孔灌注作业，在清孔环节需进行两次清孔，分别是在成孔后进行和在下放钢筋笼和导管安装后进行；清孔过程中应测定泥浆指标；清孔结束时应测定孔底沉淤，孔底沉淤厚度应符合摩擦桩小于等于100 mm。

图4 淤泥沉淀池

待桩基造孔作业完成，进行清孔作业，安装桩基钢筋笼子，下放导管至孔底，进行水下混凝土灌注。

（6）场地清理。灌注完成后，利用震动锤拔出护筒，清理场地，护筒转运至其他桩位。

5 实施效果

5.1 投入成本低

本施工工艺，因反循环设备教轻，对于填筑平台作业要求较低，填筑的片石等材料可后期开挖重复利用，大直径护筒及长护筒为可周转重复利用的材料，投入的施工措施费用低较。有效降低了该类工程的建设成本。

5.2 施工效率较高

运用反循环钻机施工，对于本工程砂层地质较厚的桩基施工清孔效率高。减少作业时间，减少工期。

5.3 桩基质量好

采用φ4 m护筒与9 m长护筒结合方式避免淤泥砂层塌孔风险，反循环钻机清孔质量好。清孔效率高，桩基成桩桩低沉渣少。

6 结语

在本次施工作业中基于现场情况，我们共设计并实践试验了四种施工工艺方案。前三种工艺及方法在本工程桩基施工中运用中因安全、质量、经济等综合分析，无法达到施工的高效性、安全性、质量难以保障。该工程最终采取了双护筒+反循环组合的方法施工，并通过实际施工检验，确保了工程如期完工。参考文献：

[1]陈星光,张永.压浆料配合比设计及试验方法探讨[J].广东公路交通,2021,47(4):160-163.