特殊海洋環境下鉆孔灌注樁護筒底部防穿孔研究

強 龍，孫麗琦，謝友紅

（1.天津中北建設工程管理有限公司，天津 300222；2.天津銘睿管理咨詢有限公司，天津 300450）

1 工程概況

1.1 工程主要內容

江蘇沿海某跨海大橋全長10 km。橋梁上部采用3 榀30 m 或40 m 標準跨距的組合箱梁結構，下部結構包括承臺、立柱及蓋梁結構和樁基礎，深水區樁基礎采用打入式PHC 樁，淺水區樁基礎采用鉆孔灌注樁。其中，鉆孔灌注樁總數為484 根，分為1.8 m 和1.6 m 兩種直徑，樁長從67.1 m～72.9 m 不等，樁頂標高+11.85 m～+6.1 m 不等。鉆孔灌注樁在搭設的鋼結構鉆孔平臺上采用回旋鉆機施工，護筒頂標高與鉆孔平臺頂標高一致，從近岸側最高處+15.5 m 向海域最低處+10.8 m 平緩過渡，護筒入土深度在普遍10 m～12 m 左右。

1.2 工程水文地質情況

1）工程水文情況

本工程施工區域屬于規則的半日潮海區，淺海分潮作用比較顯著。根據國家海洋局第二海洋研究所2008 年7 月～2009 年6 月實測資料統計，潮位情況如下（以當地理論最低潮面起算）：

最高高潮位7.74 m；最低低潮位0.00 m；平均高潮位6.02 m；平均低潮位1.58 m；平均潮差4.44 m；最大潮差7.27 m；最小潮差0.95 m；平均海面3.81 m。

2）工程地質情況

根據工程勘察結果，鉆探揭露深度內土層分布較有規律，勘察單位綜合地層的物理力學性質等特征，對勘察深度內的土層進行了單元土體的劃分，主要土層自上而下依次為：

第一大層：海相沉積層，主要地層為①粉砂。

第二大層：海相沉積層，主要地層為②1淤泥質粉質粘土夾粉層、②2粉砂夾層、粉土、②3粉砂。

第三大層：海陸過渡相沉積層，主要地層為③1粉質粘土、③2粉質粘土、粉土夾層。

第四大層：海陸過渡相沉積層，主要地層為粉砂夾層、④1粉砂及④2粉細砂。

2 穿孔描述

2.1 首批鉆孔灌注樁穿孔

本工程首批鉆孔灌注樁開工后，多次發生鉆進至護筒底口處穿孔。在組織首批鉆孔的12 根灌注樁中，就有5 根灌注樁發生護筒底部穿孔。具體情況詳見表1。

表1 首批鉆孔灌注樁施工情況一覽表

2.2 第二批鉆孔灌注樁穿孔

結合首批灌注樁的成孔情況，分析研究后增加了過渡段鉆孔灌注樁的護筒長度和入土深度2m。繼續開始第二批8 根鉆孔灌注樁的施工。其中，又有3 根灌注樁在護筒底部發生穿孔。具體情況詳見表2。

表2 新增鉆孔灌注樁穿孔施工情況一覽表

3 研究分析

3.1 初步分析

一般地，在鉆孔灌注樁鉆孔施工過程中發生的穿孔主要是由于地質太差，存在流沙、流塑狀淤泥層，相鄰樁孔間距過小或者孔內水位過高導致。

根據表1和表2的數據反映，墩300-5、墩298-1、墩295-2、墩297-1 灌注樁護筒底口穿孔發生的主要地層為②3粉砂，墩7-2、墩11-2 灌注樁護筒底口穿孔發生的主要地層為②2粉砂夾層、粉土，墩300-1墩3-2 灌注樁護筒底口穿孔發生的主要地層為②1淤泥質粉質粘土夾粉層，不存在明顯不良地質影響。

其次，灌注樁鉆孔施工嚴格遵循跳樁鉆進的原則，相鄰孔位間距均大于3 倍樁徑。灌注樁護筒底部穿孔發生時，出現護筒內液面急速下降和護筒外壁海水變得非常渾濁的現象，其相鄰灌注樁護筒內的液面沒有發生變化，說明護筒底部的穿孔是單一自內向外的“外穿孔”，而非孔間互穿的情況。

最后，根據收集到的8 根鉆孔灌注樁穿孔前護筒內的液化變化數據，查詢當日對應時刻的潮汐表數據分析對比發現，護筒內的液面標高與護筒外的潮位相差均超出設計要求的1.5 m～2.0 m，最小值為4.52 m，最大值為6.17 m。具體情況見圖1。

圖1 穿孔前液面、潮位差對比圖/m

結合地勘報告分析，8 根鉆孔灌注樁穿孔前護筒內的孔內水壓均超出各自護筒底口所處土層的極限應力；同時，也驗證了在本工程地質條件下，鉆孔灌注樁發生護筒底部外穿孔和護筒內液面高于潮位存在顯著相關性。

3.2 深入研究

通過研究分析，證明了鉆孔灌注樁鉆孔過程中，護筒內液面高度控制不佳是導致鉆孔灌注樁在鉆進至護筒底部后頻繁出現穿孔的主要原因之一。圍繞這個要因，在繼續進行深入調查和研究時，又發現了更深層次的原因和問題。

1）大潮差、潮汐變化快對鉆孔灌注樁護筒內液面高度控制的不利影響。

據了解，8 根鉆孔灌注樁護筒底部穿孔大部分處于大潮汛、大潮差落潮期間，潮位變化快。結合潮汐表對應8 根鉆孔灌注樁當日施工時的潮位數據統計分析發現，施工期最大潮差6.85 m，最小潮差6.25 m，高于設計平均潮差4.44 m。在落潮時段，潮位最大變化達到3.0 m/h。

由于施工過程中，對這種大潮差、潮汐變化快以及高護筒等特殊環境和特殊工況對施工的不利影響認識不足，特別是當灌注樁鉆孔鉆進至護筒底口時，未能實時根據潮位變化動態調整護筒內的液面高度，護筒內液面長期處于高位。

2）護筒周邊的土體液化，抗剪性陡降。

鉆孔灌注樁鋼護筒打入采用振動錘，結合地質情況分析和現場觀察，護筒振動打入土體過程中，護筒周邊的土體均發生了不同程度的液化現象，護筒周邊的土體抗剪性陡降。當灌注樁鉆孔鉆進至護筒底口，護筒內的液面仍處于高位而護筒外的潮位處于低位時，護筒周邊液化土體會因土體抗剪性陡降，在壓力差的作用下這一薄弱區域成為穿孔通道。

3）風、浪或水流作用對護筒影響明顯，施工過程護筒穩定性差。

本工程鉆孔灌注樁護筒施工長度普遍為24 m，護筒頂標高與鉆孔平臺頂標高一致，從岸側平臺最高處標高+15.5 m向海域平臺最低處標高+10.8 m平緩過渡，護筒入土深度普遍在10 m～12 m 左右，即使受地形變化影響，護筒外露長度均超過10 m。護筒打入后沒有及時固定，在風、浪或水流作用下仍會產生細微的晃動，土體應力得不到及時恢復，導致施工過程護筒穩定性差。

4 結語

本文通過對本工程特殊海洋環境鉆孔灌注樁護筒底部穿孔的研究分析，基本解決了工程后期鉆孔灌注樁護筒底部穿孔問題，也希望能夠為類似工程施工提供參考。在此，提出以下幾點建議：

1）在特殊海洋環境下，尤其是大潮差、復雜潮汐變化區域進行鉆孔灌注樁鉆孔施工時，應實時根據潮位變化動態調整護筒內的液面高程，保證護筒內的液面高程與潮位高度相差不超過設計或規范要求；

2）鉆孔灌注樁護筒打入采用振動錘時，要重視護筒周邊土體液化的因素，應考慮在進行鉆孔灌注樁施工前結合地質情況給土體應力自然恢復留有時間；土質較差的區域，也可以通過適當增加護筒長度的方式，防止護筒底部穿孔；

3）護筒打入后，應充分考慮風、浪、流作用對護筒穩定性的影響，及時對護筒頂部進行固定。

本文分析研究主要圍繞鉆孔灌注樁護筒底部穿孔開展，且分析的數據均是與鉆孔鉆進至護筒底部發生穿孔相關，實際上在灌注樁鉆孔施工超過護筒底部繼續鉆進時，更應該注意相關問題。