抛填块石基础灌注桩施工工艺

第19卷 第5期 中 国 水 运 Vol.19 No.5

2019年 5月 China Water Transport May 2019

抛填块石基础灌注桩施工工艺

王 炎，刘成密，张士强

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

摘 要：结合营口港仙人岛港区30万t级航道前、后中心标工程灌注桩基础施工经验，对在抛填块石基础上进行灌

注桩施工的方案选择和施工质量控制进行论述，可为类似工程的灌注桩施工提供一定的参考。

关键词：抛填块石基础；灌注桩；钢护筒；方案选择；质量控制

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）05-0155-03

引言

在临水或水上抛填块石基础等复杂地质条件上进行灌注强风化岩。

桩施工时，施工效率和质量控制相较于在陆地稳定地质条件

下难度大大提高，灌注桩施工方案的选择尤为重要。本文结1．灌注桩在抛填块石基础上施工，当年进行块石抛填当

合实际施工经验，介绍在抛填块石基础上灌注桩的施工工艺。 年进行灌注桩施工，块石基础存在较大沉降位移，块石与原

一、工程概况

营口港仙人岛港区30万t级航道前、后中心标工程位于控制困难，易造成施工期桩位偏移和塌孔。

营口港仙人岛港区三港池内，后导标位于北防波堤内侧，紧2．桩顶标高低于设计高水位，原泥面以上成孔在抛填块

邻工作船码头，前导标位于后导标正西方向1.7km处。后导石基础内，而块石间隙较大，块石基础四周均透空，灌注桩

标的陆域场地为矩形，长90.389m，宽28m，东北端与北成孔和灌注均受潮水限制。

防波堤相连，前导标护岸为一矩形人工岛，长50m，宽25m。3．灌注桩为群桩且桩间距较小，钻机布置受限，施工期

前后中心标场地均由抛填块石成型。 间桩与桩之间相互影响大，合理布置钻机位置排定成孔顺序

粘土、中粗砂、粘土和粉质粘土、中粗砂、粘土和粉质粘土、

二、工程特点与难点

泥面交接面处受块石位移影响会产生剪力，此处成孔和桩位

避免桩间施工影响是灌注桩成桩工效和质量的难点。

三、灌注桩施工方案选择

1．冲孔灌注桩施工

图1 导标工程平面位置图

本工程承台基础采用灌注桩基础，灌注桩施工在抛填块

石基础上进行，灌注桩桩基施工范围内抛填块石规格均为

10~100kg块石。

表1 灌注桩基本情况表

位置 前中心标 后中心标

设计强度 C40S8 C40S8

桩型 摩擦端承桩、直桩 摩擦端承桩、直桩

数量 16根 25根

桩径 800mm 800mm

桩顶标高 +2.1m +1.6m

桩中心间距 2.4m 2.4m

有效桩长 46m 44m

桩端进入土层 入强风化岩≥1m 入强风化岩≥1m

营口港抛填块石棱体区域的灌注桩施工，均采用冲孔灌

注桩施工的方法。其是只埋设一段施工钢护筒，用来进行定

位和初始成孔，然后冲击钻冲击成孔，利用泥浆造壁。此种

工艺适用于回填基础稳定且几乎不受潮水影响的码头后方轨

道梁基础等的桩基施工，但会出现卡钻、塌孔、扩孔等现象，

容易造成返工甚至补桩。泥浆造壁需使用大量黄土和水泥，

且需外运大量泥浆，施工成本较高。

2．冲孔与钻孔结合下设钢护筒灌注桩施工

此种工艺建立在钻孔灌注桩和冲孔灌注桩施工工艺基础

上。钢护筒分为施工钢护筒和永久钢护筒。施工钢护筒主要

起初始定位、稳定桩位、保护永久钢护筒的作用，永久钢护

筒穿过原泥面以及地质条件较差不适合成孔地层。先使用冲

击钻在回填石层等坚硬地层中成孔并下放施工护筒，待钢护

筒全部下设完成后，采用正循环回转钻在粘土层、砂土层等

软弱地层进行钻孔施工，最终达到成孔目的。此种工艺在下

设钢护筒范围可直接成孔，取代泥浆造壁。此工艺适用性更

强，质量更有保证，施工效率高，施工完成后可用振动锤拔

出施工护筒重复利用，节约大量造浆材料和倒运泥浆费用。

3．方案确定

前导标施工区域原泥面高程为-6.17~-6.39m，回填块石

顶标高+4.7m，块石厚度在10.87~11.09m，后导标施工区

域原高程为-4.58~-4.85m，回填块石顶标高+4.7m，块石

厚度为9.3~9.6m。根据地勘报告，灌注桩成孔穿越地层由

上至下依次为10-100kg抛填块石、淤泥夹层、淤泥质粉质

收稿日期：2018-12-25

作者简介：王 炎（1990-），男，江苏盐城人，硕士，中交一航局第一工程有限公司、港航工程师。

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经过两种方案比对，采用冲孔与钻孔结合下设钢护筒的0.3m，保证灌注桩施工期间不受潮汐影响。

方式进行灌注桩施工，能有效保证抛填块石基础以及原泥面一层钢护筒全部在抛填块石基础内，埋设深度5.7m，保

至稳定地层部分灌注桩成孔质量，工效也可有效保证，护筒证了护筒在块石基础内的稳定。作用是初始定位、稳定桩位、

可重复利用节约了护筒成本，减少了造浆材料成本以及倒运保护孔口、为二层护筒打设进行限位，保证二层护筒顺利打设，

泥浆机械成本，在工效、质量和成本上均可行，所以本工程

灌注桩施工采用冲孔与钻孔结合下设多层钢护筒的工艺。

四、施工工艺及质量控制

1．施工工艺流程

图2 灌注桩施工工艺流程图

2．主要工艺措施

（1）钢护筒打设

由于现场地质情况复杂，地层稳定性差。若只埋设一层

永久钢护筒，桩位和桩径均无法保证。只埋设一层施工钢护

筒和一层永久护筒，无法完全保证永久护筒桩位，如果施工

护筒发生较大偏移或倾斜，永久护筒下设时只能进行一次调

整，如满足不了设计要求，则需要重新施工。而下设三层钢

护筒则可以进行两次调整，同时形成两层保护，进而保证永

久护筒桩位、桩径及垂直度满足要求。所以采用下设三层钢

护筒进行施工，两层为施工临时护筒，一层为永久护筒。

图3 钢护筒埋设断面示意图

前后导标施工工序和护筒埋设原则一致，现以后导标为

例，对各层钢护筒施工方法和作用进行详细说明。

表2 后导标钢护筒分类统计表

名称 直径 壁厚 长度 进入土层

一层护筒 1.2m 16mm 6m 10-100kg块石

二层护筒 1.0m 10mm 12m 穿过块石于原泥面接触面，到达粘土层

永久护筒 0.9m 10mm 16m 穿过粘土层进入中粗砂层

工程设计高水位为+4.0m，导标顶面抛填标高至+4.7m，

钢护筒顶标高+5m，高出设计高水位1.0m，高出回填顶面

同时保护二层护筒在群桩施工期间不受块石挤靠影响。

二层钢护筒打设深度11.7m，穿过块石基础与原泥面衔接

处，作用是二次定位，防止灌注桩在块石基础内以及衔接处冲

击成孔时发生透水、塌孔等现象，同时为永久护筒打设限位，

保证永久护筒在接触面处不受剪力，打设后不变形。

永久钢护筒打设深度15.7m，块石基础冲孔完成后进行

打设，作用是替代块石基础顶至稳定地层部分灌注桩孔内泥

浆护壁，保证灌注桩在此部分施工期间完全不受潮汐影响，

精准定位保证桩位置准确，解决塌孔缩颈，保证桩径合格并

保证临时护筒顺利拔出节省混凝土，同时下放垂直度可调保

证整桩垂直度满足规范规定。

第一层φ1.2m钢护筒埋设前对护筒位置进行复核，确保

准确无误，同时保证垂直度不大于1%，先埋进3.5m，保证

护筒稳定，采用型钢制作的限位装置固定护筒位置。冲击钻

机开孔时应低锤密击，每冲深30~50cm时，开始跟进护筒，

依次循环往复直至护筒全部跟进地层中。待φ1.2m护筒全部

进入土层（抛石层）后，复测桩位，合格后在φ1.2m护筒内

侧安装限位装置然后下放直径为φ1m护筒，直至第二层护筒

全部冲进。成孔后下放内径为φ0.9m永久护筒，采用振动锤

直接下放，定位依靠二层护筒上安装的限位。永久护筒为最

后成桩护筒。护筒下设过程中均多次复测桩位以及垂直度，

一层和二层钢护筒成桩后可使用振动锤拔出重复使用。

（2）钻机布设

钻机利用型钢底座定位，底座由H300*300型钢、槽钢

和钢板制作成桁架型，底座全长12m，底座下部是20mm厚

钢板，底座安放在整平好的块石基础上。采用此种底座可保证

在块石基础上受力均衡不因施工扰动而发生沉降或偏位，底座

上利用千斤顶可对钻机进行调整，保证了桩位和垂直度准确。

图4 后导标钻机布置及施工顺序图

由于桩间距较小，钻机布置不能满足同时多位桩同时施

工，而且群桩施工桩与桩之间同时施工也会发生桩间块石挤

靠发生移位等不利影响，钢护筒打设和灌注桩成孔采用由中

心向四周跳打法进行。钻机布置及施工顺序见图4。

（3）终孔与清孔

1）终孔确认

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度无法满足3,000t级船舶安全通过要求，船舶通过该工程河本项目在设计、施工等方面积累了一定的经验，为其他

段时，需减载航行，费时费力费钱，航道通过能力受到严重山区河段类似滩险整治可提供有益的借鉴，具体如下。

制约。本工程实施后，涪陵至娄溪沟河段主要碍航礁石得到（1）水槽概化试验研究效果对船舶下沉量及炸礁底高的

清除，上述礁石河段的航道宽度得到有效提升，水流条件大确定有很大的指导作用。

大改善，即使每年水位消落期，3,000t级船舶也能通过上述（2）个别滩险局部礁石的炸除对于全河段平均比降基本

礁石河段，保证了船舶运输效率，使河段航道通过能力得到没有影响，炸礁引起的水位变化区域一般是在炸礁区和炸礁

有效提高。 区上游小范围内，对下游的影响一般不明显。

4．降低航道维护（养护）费用

本工程实施前，由于涪陵至娄溪沟碍航礁石河段航道有功经验可为今后三峡库区航道深水施工提供有益的经验。

效宽度、维护水深不足，水流条件复杂，上述河段航道维护

（养护）工作一直存在工作量大、难度大、费用高的特点，长江三峡库区涪陵至娄溪沟河段碍航礁石炸除一期工程

尤其是每年库水位消落期，航道部门都需要投入大量的人力、是实现长江干线航道发展规划目标的需要，通过该项目的实

物力在碍航礁石上增设航标。本工程实施后，上述河段主要施，涪陵至娄溪沟河段的航道尺度得到了有效提升，航道通

碍航礁石得到有效清除，整治前碍航礁石上设置的部分航标航条件得到了明显改善，整治前碍航礁石上设置的部分航标

取消，航道尺度得到较大的扩宽扩深，航道部门航道维护（养取消，航道部门维护压力也有所减小。从总体上来看，该工

护）工作量、难度和费用较之前均有了一定程度的降低和减程完成了设计任务，达到了设计预期的目标，工程不仅取得

少降低，航道部门航道维护（养护）的压力明显减小。 了良好的各方面效益，还为今后长江三峡水库变动回水区碍

5．推动区域社会经济发展效益

涪陵至娄溪沟河段位于长江三峡变动回水区河段，是沟通

长江上、中、下游的咽喉要道。本工程实施后提高了涪陵至娄

溪沟河段的航道尺度，改善了部分礁石河段航道的通航条件，

保障了上述河段的安全和畅通。这不仅对促进长江航运的可持

续发展具有举足轻重的作用，还对于带动、促进长江经济带和

以重庆为航运中心的西南地区区域经济发展具有重要意义。

三、取得的经验

（3）剪刀梁、黄果梁、搬针梁等单位工程的深水施工成

四、评价结论

航礁石滩段的整治积累了很多宝贵的经验。

参考文献

[1] 徐冽.水运基础设施建设项目后评价方案探讨[J].中国水

运，2008，（11）.

[2] 孟建英.工程建设投资项目后评价理论方法与应用研究

[D].天津：天津大学，2004.

[3] 刘荣刚.建设工程项目后评价研究[D].武汉：武汉理工大

学，2004.

汐影响，施工期间未发生桩体移位、塌孔现象。灌注桩桩位（上接第156页） 是否入岩。判定入岩后，留取渣样并记

偏差、桩径、垂直度偏差均满足内部质量控制标准。 录入岩标高，继续钻进，当达到终孔标高，再次提取渣样，

4．通过跳打法进行护筒打设和灌注桩施工，保证了群桩记录标高，计算入岩深度、有效桩长，如满足设计要求则判

施工过程中桩间施工互不影响，施工期间未发生护筒变形移定终孔，可进入清孔施工程序。

位和灌注桩塌孔现象。 2）清孔

5．经天津港湾工程质量检测中心有限公司检测本工程的终孔检查合格后，迅速清孔。清孔采用泥浆掏渣筒法。成

41根桩基均为Ⅰ类桩。桩基检测报告显示桩基的桩身完整性孔后，应用测绳测量检查孔深，核对无误后，进行清孔。第一

较好，桩基承载力满足要求，灌注桩质量合格。 次清孔是终孔后进行，将钻头提起10~20cm以中速度压入泥

六、结语

本工程的钻孔灌注桩施工经过多次关键技术研讨，制定浆。在清孔过程中及时向孔内补充泥浆以防亏浆造成孔内坍塌。

了下设三层钢护筒先冲孔后钻孔的施工工艺。此工艺可使灌及时捞除沉渣，量测孔底沉渣厚度，直到符合设计要求，清孔

注桩施工在抛填块石基础上不受潮汐影响，提高了成孔速度时必须保证孔内水头，提管时避免触碰孔壁（钢护筒以下）。

和稳定性，保证了灌注桩的质量。通过本工程的灌注桩施工，

此种工艺可为以后在水上抛石基础特别是外海无掩护等复杂1．采用此种工艺，平均单桩施工时长为9~11d，施工

地质环境中的灌注桩施工提供一定经验。 期间未发生成孔返工和补桩情况，以往经验此桩长传统冲孔

参考文献

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[3] JTS 257-2008，水运工程质量检验标准[S].北京：人民交

通出版社，2008年12月.

浆，清孔合格后安装钢筋笼，进行二次清孔，以大泵量压入泥

五、取得成果

灌注桩施工，单桩成桩需要15~20d（码头后方穿棱体），此

工艺施工效率大大提高，不存在塌孔、无补桩、卡锤等现象。

2．灌注桩上部成孔由钢护筒替代泥浆护壁，施工钢护筒

可重复利用。此工艺在护筒部分成孔不需造浆材料，与冲击

锤泥浆护壁工艺比不会发生塌孔、无补桩、卡锤等情况，保

证施工质量，提高效率的同时综合比较施工成本大大降低。

3．通过打设多层钢护筒施工，保证了灌注桩施工不受潮