近年来,随着社会经济发展和城市现代化进程的不断加快,城市用地日趋紧张。采用围堰筑岛填海造陆的方法以解决其不断加剧的用地紧张问题,在沿海城市正悄然兴起。

人工填海区多为开山料石填筑,在抛石回填造陆过程中引起原海相沉积层不断挤压扰动,经强夯挤淤处理,在土层内形成厚度不均匀的淤泥层。填海区上部填土层缝隙较多,土质稳定性较差,在灌注桩施工过程中易引起漏浆、塌孔;传统泥浆护壁成桩工艺在含超厚淤泥层地质条件下应用时,因淤泥层自身流塑特性,易引起塌孔、陷锤,成孔难度大,成孔速度慢,工期无法保障;成桩充盈系数较大,造成材料大量浪费、成本增加。超厚淤泥层长护筒成桩技术就是基于此类地质条件下冲孔灌注桩施工的一种工艺和方法。

青岛东方影都酒店群工程拟建场地为灵山湾海域,属滨海浅滩地貌,地势整体由西向东缓倾,近期经回填而成,工程规划为星级酒店群、游艇中心、酒吧街,总建筑面积29.8万m²。本工程基础形式为桩基承台+防水板,桩基采用冲击成孔灌注桩,桩径为800mm,总桩数约6 000根,桩端持力层为第17层泥岩~泥质粉砂岩中等风化带,桩长19.00~27.00m。

本工程地质分布从上至下为:碎石素填土、含淤泥中细砂、流塑淤泥层、粉质黏土、泥质粉砂岩强风化带、泥质粉砂岩中等风化带,其中流塑淤泥层(涂色内区域)厚度0.6~15m。经工程试桩实践,对地质内流塑淤泥层厚度>8m的灌注桩施工,在技术方案选择上摒弃单一泥浆护壁成桩技术,改用泥浆护壁与长护筒护壁相结合的成桩技术。

短期填海区含超厚淤泥层地质冲孔灌注桩施工时,淤泥质土以上土层用泥浆护壁成孔,采用直径大于桩径200mm以上的冲击钻头扩孔钻进,进入淤泥层后,采用长护筒护壁成孔,用履带式起重机配合振动锤液压钳振冲长护筒进行淤泥层钻进,冲破淤泥层后换用符合桩径的冲击钻头继续钻进完成成孔,继而组织成桩施工,在混凝土一次灌注完成后,组织长护筒的拔出和桩身混凝土补灌施工,至此完成成桩。

1)长护筒护壁成孔施工,如何选择钢护筒施打机械以保证护筒下放的稳定性、如何控制钢护筒下放时垂直度满足成桩要求为技术重点和难点。

2)长护筒在桩身混凝土浇筑完毕后需拔出桩孔,拔出时间过早极易造成塌孔或桩身颈缩,拔出时间过晚则易影响桩身混凝土成桩效果,造成桩身出现有害裂缝或断桩,因此钢护筒的振动拔出时间控制为施工重点;因长护筒自身体积、混凝土黏附作用及淤泥土层流塑特性,护筒拔出时会引起已浇筑混凝土面下降,对护筒内混凝土的二次补灌处理及拔出垂直度控制为本技术重点。

淤泥层以上土层采用“埋设短护筒,泥浆护壁,扩孔钻进”工艺组织成孔施工,与传统灌注桩施工工艺相同,此文对此不多赘述。

长护筒采用钢套筒,材质为Q235,壁厚12mm、标准节长度8~12m,钢套筒内径超出桩径≥100mm。施打设备选用弹簧振动锤、液压钳和履带式起重机(宜≥50t)。为保证振冲钢护筒过程中的安全性,起重设备严禁使用汽车式起重机。

现场安装首节钢护筒时通过原有定位桩定出十字线,起重机臂外伸使长护筒垂直于孔口平面,4人分站四角对准孔位,缓慢进行护筒安装,同时架设2台经纬仪呈垂直方向控制钢套筒施打过程中垂直度,待护筒在孔内放置稳定、位置正确并垂直后再振动下沉,每沉1.5~2m,停振检测钢套筒的垂直度,发现偏差及时纠正,保证钢套筒成型后垂直度偏差<1%。

护筒施打过程中当护筒下沉速度突然变小时,应停止施打,并将护筒向上拔起0.5m左右,然后重新下沉,如仍不能下沉,则考虑下方可能有大石块等障碍物,若有石块障碍物,钢套筒无法下沉,将钢套筒提出孔外,平直放置于地面,用冲击钻机进行石块破碎后再次进行护筒下沉施工。

护筒下沉深度超过标准护筒长度时,现场需对钢套筒进行焊接加长,本节钢套筒顶面下沉至距离地面1m时,进行护筒焊接加长,加长护筒同标准段进行对焊,对焊完成后用10mm厚、200mm宽钢板进行外包焊接。焊接加长后的长护筒需经自然冷却后继续施打下放,自然冷却时间≥8min。

为保证长护筒有效穿透超厚淤泥层,需根据地勘报告对每根桩土层钻进情况进行实时控制,从钻进深度、护筒下放速度和岩样情况判定长护筒是否穿透淤泥层,并应保证长护筒穿透淤泥层进入下层土≥1m。

为避免护筒开拔时间过早或过晚造成桩身质量缺陷,钢套筒的拔出从桩身混凝土浇筑完成时间和初凝时间两方面考虑,采取“双控”:(1)开始时间控制在混凝土浇筑完毕后0.5~1h;(2)开始时间不得超过混凝土搅拌出站后5h。

首先清理护筒周边的浮浆及杂土,保证护筒露出地面0.5m左右,采用起重机配合振动液压钳准确夹住长护筒顶部振动2~5min,使护筒周围土松动,减少土对护筒摩阻力,慢慢往上振拔。

拔出过程中标定尺寸,每拔出3m,停止拔桩,振动2~3min后再连续往上振拔,与此同时对护筒垂直度进行复测,保证护筒垂直度偏差在1%以内,如此反复将护筒拔出。

因成孔直径与长护筒直径差值、混凝土自重影响以及淤泥质土自身特性,长护筒拔出会引起桩身混凝土面下降,为保证有效超灌量,将护筒拔出一定高度(此高度应根据淤泥层以上土层成孔深度、淤泥层厚度和流塑特性确定,以800mm桩径、淤泥层厚度12m为例,拔出高度1~1.5m)后,观察护筒内混凝土面的变化,并将护筒内空位高度满灌混凝土,再进行振动拔出。

1)成桩速度更快根据工程实测,桩长21m、直径800mm的桩采用传统工艺成孔需要4~5d,而采用长护筒工艺成孔仅需要2d,单桩工期缩短2~3d,工期效益显著。

2)充盈系数显著减小超厚淤泥层采用传统工艺成孔实测充盈系数1.7~1.8,采用长护筒工艺实测充盈系数1.4,按桩长21m、直径800mm进行计算,单桩混凝土节余量3.16m³,混凝土按450元/m³计算,单桩节约1 422元,经济效益显著。

3)长护筒为单元化钢套筒,磨损小、周转利用次数高,减少了护壁泥浆制备和使用量,有利于节约资源,长护筒定点放置、文明整洁,环境污染小,有利于现场文明施工和环境保护,节材和环保效益明显。

4)采用长护筒护壁工艺,可有效解决填海地质塌孔、黏锤、漏浆等难题,根据桩基施工后检测情况,Ⅰ类桩比例达95%,成桩质量可靠。

本技术适用于短期填海区超厚淤泥层灌注桩施工,其施工速度快,施工质量和施工成本可控,并迎合了当今绿色节能环保的发展理念和要求,具有一定的推广和应用价值。