复杂地质条件下建筑排水工程全钢护筒旋挖桩成

1 概 述

混凝土灌注桩是建筑工程、桥梁工程和建筑排水工程等中桩基施工中比较常用的灌注桩，传统成孔方法在成孔时会运用大量的泥浆，造成环境污染，且由于钻进工艺的原因制约了成孔的质量和钻进速度[1-2]。近年来随着全钢护筒旋挖钻机的研发成功，全钢护筒旋挖成孔灌注桩技术被大量应用到建筑工程中。全钢护筒旋挖成孔灌注桩技术弥补了传统工艺的缺点，确保了成孔质量[3]。且全钢护筒旋挖成孔灌注桩技术具有工作速率高、污染少的优点[4]。但是当地质条件比较复杂时，桩基施工过程中仍然容易产生塌孔和缩孔等异常状况，会影响成桩质量。

排水工程包括各类废水以及地下水等废弃水的排出，其主要设施有各级排水沟道、管道及其附属建筑物等，主要应用于城镇、工厂和施工现场等地方。在我国，类似准噶尔和四川等地区的地质条件比较复杂，在这样的地质条件下进行施工陆上深井或超深井，会为全钢护筒旋挖成孔灌注桩技术带来一些难题。

因此，为解决上述问题，本文以上海洋山海港复杂的地质条件为对象，研究在复杂地质条件下建筑排水工程全钢护筒旋挖桩成孔技术，从而提高建筑排水工程的成桩质量。

2 全钢护筒旋挖桩成孔技术

2.1 工程概况

该工程主要针对复杂地形条件下上海洋山海港新建排水工程集装箱码头项目，由206根直径1.1m的混凝土灌注桩构成桥机岸侧轨道基础，桩间距3.23m，将桩顶标高设计成+3.7m，桩孔深度28～31m不等。该钻孔灌注桩在码头陆域完成后进行施工[5]。

地勘报告显示，该工程中的189根桩顶标高以下13～28m有全风化泥质粉砂岩和强风泥质粉砂岩夹层，夹层厚度在4.5～11.0m之间。

3 施工难点和特点

3.1 地质条件特殊

码头前沿后方28m是灌注桩地域，在桩位挖泥到-11m后，将石料回填在泥坑里形成陆域。海平面高潮位是+3.60m，回填石料后形成的地面标高是+3.8m，钻孔必须穿透碎石层和卵石胶结层。

3.2 夹层的穿透

根据地勘报告，复杂地质条件下上海洋山海港新建排水工程集装箱码头项目建筑基础存在夹层。将稳固的中风化泥质粉砂岩作为持力层，桩端必须穿过全风化泥质粉砂岩和强风化泥质粉砂岩层。边坡(基坑)和桩基开挖时存在流沙，且全风化泥质粉砂岩含水性不突出。

3.3 全钢护筒底部变形

依据地勘报告和以往工程经验，每个地质层之间的界面可能存在两种状态：?地质不平坦；?位置突变。因此将全钢护筒打进夹层底端时，可能会由于夹层底面不平坦或是突变，造成锤击力存在较高差异，并引发护筒底口变形，致使全钢护筒不能下钻或卡钻的状况发生。

3.4 施工干扰多

对钻孔灌注桩施工影响比较严重的因素有两个方面：多项工序交互工作，如前沿的钢管桩沉桩和锚杆安装等施工作业交互进行；码头施工地域较小。

4 钻孔灌注桩施工流程

图1是工程钻孔灌注桩施工流程，详细如下。

图1 工程钻孔灌注桩施工流程

4.1 测量放线

复杂地质条件下施工桩位利用全站仪进行精确放样，并将护桩设置在施工桩周围，以便施工时实行校核。

4.1.1 护筒加工制作及运输

将护筒的内径设计成1200mm，每节5m，外围选用11mm厚的钢板卷制作。护筒在加工厂精密加工，第一节护筒下端添加加强箍，加强箍的长和厚分别是29cm和11mm，为了防止护筒在吊运过程中变形，利用“米”形支撑杆在护筒内侧进行支护。

4.1.2 第一节护筒定位和振沉

由于第一节护筒的位置和倾斜度非常重要，因此桩心坐标平面位置和倾斜度偏差小于49mm和1%。

利用“栽桩法”完成第一节钢护安装定位，其过程为：在桩位处挖出大约2.1m深的坑，清除坑底大块石，将坑底找平；在地面上放置一台活动式井子架，将井子架依据桩位位置固定好；利用吊车将首节护筒放入井子架里；调整护筒的倾斜度，采用长靠尺或经纬仪完成；为了使护筒固定，确保护筒位置和倾斜度准确没有偏差后，在护筒四周用石料回填，回填速度缓慢且对称。

振沉钢护筒利用振动锤完成，振动锤沉桩的工作原理是：利用钳口刚性连接振动锤和钢，连接的同时会产生一个振动体系，偏心轮在振动锤工作时高速旋转产生振动力，该力让桩体产生正弦波的垂直振动，迫使桩体四周的土体发生液化和位移，在桩体本身和振动锤的作用下，由于土体位移，使得桩体切入底层。当振动终止后，土体也渐渐复原。同理，施工中的桩体可以由起重机吊钩的吊力拔出。

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