敖江流域防洪治理工程中桩基础技术的运用

　　摘    要：　连江县敖江流域防洪治理工程(浦下至乌石浦、文新段)主要建设内容为新建堤防总长1714m,重建水闸2座。文章针对本工程桩基础的布置、三种类型桩基的施工技术要点及参数、桩基质量检查等进行了分析，全面探究了桩基础在不同地质条件情况下的合理布置及桩型选用。

　　关键词 :     灌注桩;高压旋喷桩;水泥搅拌桩;桩基础,

　　0 、引 言

　　地基基础是整个建筑物的一个重要组成部分，它与建筑物的安全和正常使用有着密切的关系。桩是一种人为在地基中设置的柱形结构，单根或数根桩与连接桩顶的承台一起构成了桩基础，其作用是将上部结构的荷载通过上部软弱层和易压缩层传给深层强度高、压缩性小的土层或岩层。桩主要靠桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥，承担竖向荷载。桩基础是把建筑物支承在桩基上，荷载通过桩传递到深层处土体，从而保证建筑物满足地基稳定和变形容许量的要求。

　　桩基础施工技术有着较强的灵活性和实用性，成桩技术的进步，使桩基具有突出的承载力高、变形量小，抗液化、抗拉拔能力强的优点，促使桩基础技术迅速广泛应用于各种工程中。科学应用桩基础技术是保障工程施工安全性和质量的关键。在复杂的地质条件和地下环境中，应综合考虑工程地质与水文地质条件、上部结构类型、使用功能、荷载特征、施工技术条件与环境等；应因地制宜、合理选择桩型、成桩工艺和承台型式，优化布桩，节约资源，并强化施工质量控制与管理，完善具体施工流程，进而提升建筑物的承载能力，避免产生建筑物沉陷等严重质量问题。
 

 

　　1 、工程概况

　　连江县敖江流域防洪治理工程(浦下至乌石浦、文新段)位于连江县敖江下游城区段左右岸，浦下-乌石浦段位于敖江镇浦下村至乌石浦水闸，工程防洪标准为30a一遇，排涝标准为10a一遇，主要建筑物级别为3级。主要建设内容为新建堤防总长1714m, 桩号PX0+000-PX0+233及PX0+470-PX0+670为钢筋混凝土扶壁式挡墙，PX0+671-PX1+714为土堤；重建浦下水闸一座，水闸净宽为5.0m; 重建乌石浦水闸一座，水闸净宽为30.0m(5孔×6.0m)。

　　工程区地质为第四系全新统长乐组海积层，主要地层包括粉质黏土、粉细砂、淤泥、淤泥夹细粉砂等。其中粉质黏土成分主要由黏、粉粒及少量砂颗粒组成，无摇震反应、切面较光滑、韧性中等，干强度中等；粉细砂以细砂为主，级配较差；淤泥及淤泥夹细粉砂均以黏粒为主，偶混有少量粉细砂或夹薄层粉细砂，局部含腐烂植物碎屑，干强度及韧性中等。各土层的岩土物理力学指标详见表1。

　　2、 桩基布置

　　工程区主要地层包括粉质黏土、含泥中细砂、淤泥、淤泥质土等。根据各类常用桩型适用地层，在工程为软土地基的范围，采用高压旋喷桩或搅拌桩以提高基础承载力，高压旋喷桩及搅拌桩均为摩擦桩；在水闸基础范围，因旧闸下部有大量抛石，为提高基础承载力，采用钻孔灌注桩至持力层，钻孔灌注桩为端承桩；同时，因粉细砂有液化反应，本工程采用高压旋喷桩作为围封桩，以达到抗液化效果[1]。

　　表1 各土层岩土物理力学指标

　　2.1 、钻孔灌注桩

　　工程钻孔灌注桩主要布置在堤防工程桩号PX0+000-PX0+233及PX0+470-PX0+670范围钢筋混凝土扶壁式挡墙下部基础、乌石浦水闸闸室段。其中桩号PX0+000-PX0+233及PX0+470-PX0+670范围钢筋混凝土扶壁式挡墙下部基础共设置2根C30钻孔灌注桩，桩径φ800,横向桩距3.1m, 纵向间距2.0m; 乌石浦水闸闸室段下部基础C30钻孔灌注桩，桩径φ1200,桩距3.25m; 水闸闸室段基础因为中砂层，为避免液化效应，闸室段还采用单管高压旋喷桩防渗墙桩径φ600,桩距400mm, 作为围封桩。乌石浦水闸桩基平面布置图如图1所示：

　　图1 水闸桩基平面布置图

　　其中桩径φ800的钻孔灌注桩，桩身配筋采用12根φ20,螺旋箍筋采用φ8@200,加劲箍筋采用φ12@2000;桩径φ1200的钻孔灌注桩，桩身配筋采用24根φ20,螺旋箍筋采用φ8@200,加劲箍筋采用φ12@2000。

　　2.2 、高压旋喷桩

　　工程高压旋喷桩主要布置在乌石浦水闸箱涵、消力池及上下游连接段翼墙下部。其中进水箱涵下部高压旋喷桩桩径φ600,桩距1.2m, 桩长7.0m, 正方形排列布置；消力池下部高压旋喷桩桩径φ600,桩距1.2m, 桩长5.0m, 正方形排列布置；消力池段翼墙下部高压旋喷桩桩径φ600,桩距1.2m, 桩长7.0m, 正方形排列布置；海漫段翼墙下部高压旋喷桩桩径φ600,桩距1.2m, 桩长5.0m, 正方形排列布置。

　　2.3、 水泥搅拌桩

　　工程水泥搅拌桩主要布置在桩号PX0+671-PX1+714范围土堤坡脚挡墙及回填堤身下部基础。其中桩号PX0+671-PX1+714范围土堤坡脚挡墙下部水泥搅拌桩桩径φ600,桩长5m, 桩距1m, 正方形排列布置；回填堤身下部基础水泥搅拌桩桩径φ600,桩长15m, 桩距1.2m, 正方形排列布置。水泥搅拌桩布置详见图2。

　　3、 桩基础施工技术要点及难点

　　3.1、 钻孔灌注桩

　　3.1.1、 灌注桩施工技术要点

　　堤防工程钢筋混凝土扶壁式挡墙钻孔灌注桩桩径800mm, 设计桩长7.5-14.5m, 桩顶标高3.2-6.2m; 乌石浦水闸工程钻孔灌注桩桩径1200mm, 设计桩长23.3m, 桩顶标高-0.7m。本工程钻孔灌注桩均为端承桩，桩端嵌入弱风化花岗岩层≥1.0m, 桩身混凝土采用C30,钢筋笼钢筋采用HPB300和HRB400两种级别。灌注桩充盈系数≥1.15。桩身垂直度容许偏差应≤1.0%。

　　钻孔灌注桩的施工流程如下：测放桩位→移机就位→埋设钢护筒→旋挖钻进至设计标高(采用旋挖钻机施工)→泥浆护壁→清渣→钢筋笼制作→下钢筋笼→测孔底沉渣(不合格时应泥浆循环清孔)→灌注混凝土→起拔钢护筒。在如上施工流程中，泥浆控制、钻进技术、清孔技术等是较为关键的环节。

　　图2 水泥搅拌桩布置图

　　成孔时宜在孔位埋设护筒，护筒应有足够强度及刚度，护筒埋设应进入稳定土层。成孔过程中应及时检查钻杆两侧垂直度仪，及时调整其垂直度。在成孔过程中，应根据地质地层情况控制进尺深度，砂层中降低转速并提高泥浆比重和黏度。成孔中遇到较厚的砂层时，宜更换砂层钻斗，并减少旋挖进尺，防止塌孔。成孔时应根据现场实际土层情况及时调整泥浆指标。泥浆护壁应保证护筒内泥浆液面高出地下水位以上1m, 受水位涨落影响时，应高出最高水位1.5m以上。

　　在成孔之后，要及时进行清孔操作，避免其中存在的残渣等影响后续混凝土灌注施工的质量。旋挖钻机的钻渣可直接采用旋挖筒提取。清孔时要保证孔内必要的水头高度。通常在钻孔到设计标高后，应用旋挖筒进行第一次清孔，把孔底的沉渣清理干净。沉渣及含砂量较高时，首先采用旋挖钻机捞渣钻斗一次清除孔内的沉渣，安设完钢筋笼及导管之后采用正循环进行二次清孔。放钢筋笼、混凝土导管都会造成土体跌落，增加沉渣厚度，因此，待孔内泥浆比重、黏度、含砂率等达到设计要求，沉渣厚度<50mm时，应立即进行混凝土灌注。灌注开始后，应连续进行，严禁中断，防止断桩，因断桩将造成严重经济损失也同时影响了施工进度，在施工过程中应随时关注混凝土面高度、导管埋深变化以及异常情况。

　　3.1.2、 本工程钻孔灌注桩施工难点

　　钻孔灌注桩施工位置位于水闸旧址，因旧址下抛石量较多，导致施工前期开孔多遇抛石或大块石，施工难度大。本次施工过程，先处理完抛石再进行置换黏性土，不仅可以解决开孔难度大的问题，而且使后期泥浆护壁起到更有效的作用。此外，在钻孔灌注桩混凝土浇筑过程中，随着导管拔出，出现浮笼现象，在发现此现象后，采取有效措施，在钢筋笼顶上套上槽钢固定在护筒上，从而有效解决浮笼现象。

　　3.2 、高压旋喷桩

　　3.2.1、 高压旋喷桩施工技术要点

　　根据工程的需要和地质条件情况，本工程均采用单管高压旋喷桩。高压旋喷桩桩径600mm, 设计桩长5-7m, 桩顶标高-0.8--1.6m, 桩底标高-6.6--7.8m。

　　高压喷射注浆施工前应根据设计要求进行工艺性试桩，数量不少于2根。浆液主要材料采用42.5号普通硅酸盐水泥，根据设计要求，通过实验确定加入适量速凝、悬浮或防冻等外加剂及掺合料的比例。浆液应在过筛后使用，并定时检测其密度。

　　高喷灌浆施工平台应平整、坚实，风、水、电应设置专用管路和线路，平台高程应满足设计要求。根据工程要求和地质条件，可选取部分孔作为先导孔，采取芯样。钻孔的垂直度偏差不应超过0.5%。本工程采用XL-50型履带式旋喷钻机施工，在现场高压喷射注浆作业开始前，按施工图纸的要求和监理人指示，选择地质条件具有代表性的区段，并按室内试验选定的配合比进行高压喷射注浆的生产性工艺实验，以选定布孔方式、孔距、排距和孔深以及喷射流量、压力、旋速和提升速度等工艺参数；试验结束后，根据监理人指示钻孔取芯样进行固结体的均匀性、整体性和渗透性等试验，并将试验结果提交监理人。

　　单管高压喷射注浆施工主要有两大工序：钻孔和旋喷注浆。详细施工步骤为：平整场地→布设孔位→旋喷钻机就位→钻孔→边旋转提升边喷射高压浆液直至桩顶→向桩中空穴进行静压注浆→起拔孔口管转入下一孔位施工。

　　根据现场试桩检测成果对比，高压喷射注浆施工过程的主要技术参数取：浆液喷射压力28MPa; 浆液流量90L/min; 提升速度20cm/min; 旋转速度20r/min。

　　高喷灌浆过程中，出现压力突然下降或者骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时，应及时处理。喷浆过程中，特别是在喷Ⅱ序孔，时常会出现在此孔周围的地表发生冒浆的情况；处理时应立即降低浆的压力，同时降低提升速度，此举若仍无法解决问题，可同时取一些黏土对冒浆部位进行表面封堵。灌浆过程中因故中断后恢复施工时，应对搭接孔段进行复喷，且复喷长度≥0.5m。

　　3.2.2 、本工程高压旋喷桩施工难点

　　因工程位于敖江两岸，受到潮汐的影响，高压旋喷桩施工过程中会产生漏浆、串浆现象，表面不冒浆和断续冒浆等。为解决潮汐对旋喷桩施工的影响，现场尽量避开大潮时间施工，并对返浆量少的孔，放慢提升速度，待返浆正常后再恢复正常提速[2]。

　　3.3 、水泥搅拌桩

　　3.3.1、 水泥搅拌桩施工技术要点

　　搅拌桩是介于刚性桩和散体材料桩之间的一种桩型，但其承载力又与刚性桩接近。搅拌施工可按下列步骤进行：①搅拌机械就位；②预搅下沉；③喷浆搅拌提升；④重复搅拌下沉；⑤重复喷浆搅拌提升至孔口；⑥关闭搅拌机械。

　　工程水泥搅拌桩径600mm, 设计桩长5-15m, 桩顶标高2.8-3.3m, 桩底标高-2.2--11.7m。本工程水泥搅拌桩采用四搅两喷的施工工艺，水灰比0.5-0.6,提升速度在700-1000(mm/min),泥浆比重>1.35,水泥掺入比12%-20%。

　　水泥搅拌桩施工前应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍物(包括大块石、树根和生活垃圾等)。场地低洼时应回填黏性土料，不得回填杂填土。基础底面以上宜预留500mm厚的土层。在开展大面积工程施工作业前应进行工艺性试成桩，数量不少于3根。水泥搅拌桩成桩质量大部分取决于水泥制浆质量，因此应现场进行试验后采取合适的配合比同时还必须均匀和适量的搅拌水泥浆液，处于2h之内将配置完成的水泥浆用完，当水泥浆出现了严重的离析以及结块问题以后，禁止将其再次应用到水泥搅拌桩施工环节中。

　　施工时宜用电磁流量计控制输浆量，浆液泵送前必须确保管路一直处于湿润的状态，泵送期间，提升泵内压力的充足性以及稳定性，保持供浆环节的连续性，确保均匀搅拌。

　　钻头搅拌下沉至预定标高后，应喷浆搅拌30s后再开始提升钻杆。将搅拌机提升到地面下1m的位置以后，应逐渐地减慢提升速度，喷浆口露出地面后，停止提升操作，合理搅拌至密实的状态。若施工过程中出现了停浆现象，应借助搅拌机慢慢沉降到浆面以下0.5m, 完成供浆以后实施喷浆提升工作，从一定程度上避免发生断桩或缺浆等情况。

　　3.3.2、 工程水泥搅拌桩施工难点

　　工程水泥搅拌桩施打位置主要位于新建堤防，施工过程中发现下卧地层有浅埋垃圾，且因受潮汐影响，导致桩顶以下5m处不成桩。为解决上述问题，现场先对垃圾进行换填，不成桩部分利用退潮时间差进行施打，并对该部位采用四搅四喷的施工工艺，进行强化处理，在5m处重复喷浆。从而保证避免不成桩现象。

　　4 、桩基质量检查

　　桩基工程应进行桩位、桩长、桩径、桩身质量和单桩承载力等方面的检验。本工程桩基工程质量检查及验收，主要参照《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008、《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》(DL/T5200-2019)等规范执行。

　　4.1 、钻孔灌注桩

　　工程钻孔灌注桩主要布置在堤防工程桩号PX0+000-PX0+233及PX0+470-PX0+670范围钢筋混凝土扶壁式挡墙下部基础、乌石浦水闸闸室段。桩径分别为φ800,桩径φ1200。钻孔灌注桩质量检查的检验内容主要包括：①灌注桩桩身混凝土质量及桩身完整性检测采用低应变动力检测法，所有桩均须检测。②桩体的有效直径。③桩体的强度特性，采用竖向承载力进行检验。检验要求：工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性抽样检测。单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。试桩数量为总桩数的1%且不应少于3根。桩径φ800单桩承载力特征值≥628kN,桩径φ1200单桩承载力特征值≥1400kN。

　　4.2、 高压旋喷桩

　　乌石浦水闸箱涵、消力池及上下游连接段翼墙基础采用高压旋喷桩，高压旋喷桩为单管旋喷桩，旋喷桩桩径为0.6m。高压旋喷桩质量检查的检验内容主要包括：①固结体的完整性、整体性、均匀性和垂直度。②固结体的有效直径。③固结体的强度特性，包括轴向抗压强度、竖向承载力。检验要求：①高压旋喷桩在成桩28d后需进行取芯试验和压水试验，测定防渗墙的抗渗和强度指标，钻孔取芯检查在成桩28d后，沿轴线布设钻机检查点进行钻孔取芯检查，桩的取芯率为3%。②28d桩身无侧向抗压强度应>2500kPa。③旋喷桩复合地基承载力检验数量不少于施工总桩数的1%,并≥3根。复合地基承载力标准值≥88kPa。④利用钻孔做注水实验，取芯样做室内试验检测渗透系数，渗透系数应≤1×10-6cm/s。

　　4.3 、水泥搅拌桩

　　桩号PX0+671-PX1+714范围土堤坡脚挡墙及回填堤身下部基础采用水泥搅拌桩，桩径φ600,正方形排列布置。水泥搅拌桩质量检查的检验内容主要包括： ①桩的完整性、整体性、均匀性及垂直度；②桩的有效直径；③桩的强度特性，包括无侧向抗压强度、单桩承载力。检测要求：①成桩质量检测点数量不少于施工总数的2%,且不少于6根。②搅拌桩的质量检验应在搅拌桩施工结束4周后进行。可采用开挖检验、钻孔取芯等方法监测桩身完整性和桩身强度。③28d桩身无侧向抗压强度应>1500kPa。④C20埋石混凝土挡墙下部水泥土搅拌桩复合地基承载力检验数量不少于施工总桩数的1%,且≥3根，复合地基承载力标准值≥80kPa。

　　5 、结 语

　　综合以上阐述的内容，结合现场施工情况看，连江敖江流域防洪治理工程(浦下至乌石浦、文新段)桩基础布置是合理的，兼顾全面、因地制宜，桩型选择满足要求。严密监测桩基施工过程，对桩基施工的施工质量严格把控，确保桩基布置合理，及时进行桩基质量检测，桩身完整性、偏斜率、单桩承载力及复合基承载力等，均全部合格，满足设计及规范要求。

　　除工程使用的灌注桩、旋喷桩及搅拌桩以外，近些年，预制桩的技术也愈来愈成熟，其有稳定性强且施工速度较快，对周边环境的影响较小等优点，应用也比较广泛。在现代建筑工程施工中，桩基础作为主要基础形式，其施工质量的优劣直接关系到上部结构的安全。水利工程基础处理具有隐蔽性特征，因此，在工程施工中，需要加强对桩基础技术的研究，全面了解施工条件和环境，制定科学合理的施工方案，严格控制施工关键技术指标，促进各项工作按部就班的进行，从各方面提升基础施工的质量，从而为后期工程建设工作全面开展奠定坚实的基础。

　　参考文献

　　[1]朱应强香家湾大桥涉水桥墩基础和库岸边坡稳定地质评价[J]黑龙江水利科技, 2020 ,48(08):130-132
　　[2]王青,翟丽丽.山东省黄河滩区旧村台防洪提升工程探析[J].水利规划与设计, 2019,189(07):103-105.