洋山石油储运项目一期工程冲孔钻孔灌注桩

混凝土超灌的影响因素及处理

关键词：地基土、成孔工艺、风险

工程简介

洋山申港国际石油储运项目一期工程陆域部分位于舟山群岛的洋山镇沈家湾岛，工程主要由石油库、生活生产设施区二个部分组成。陆域部分长约５４０Ｍ，宽约４００Ｍ。场区地貌类型为低山丘陵和海岸地貌，南侧为海湾，平均海平面标高为１．８９Ｍ，边缘水深５Ｍ左右。施工场地为山前斜坡及移山填海而成的陆地区域，填海而成的区域地面较为平坦，场区北端为山前斜坡，山坡坡度较陡，一般在４５^０至６０^０之间，湖北地建集团主要组织了该工程项目陆域部分二标段的共八个储油罐的桩基础施工，其中，５０００Ｍ^３三个，１００００Ｍ^３三个，３００００Ｍ^３二个。八个储油罐布桩４９４根，桩径φ８００ＭＭ，桩深从２０Ｍ至４８Ｍ不等，桩基础的工程造价约为１４００万，采取的施工手段是重力冲击钻孔灌注桩。工程于２００６年１０月２４日开工，前后投入各种设备共５０多台套，工程于２００７年３月２０日顺利结束。

本工程的混凝土充盈系数基本上都为1.35~1.5之间，有的桩充盈系数甚至达到2.0以上，工程在混凝土上的亏损达300万元上。可见混凝土亏损是本工程失败的一个重点原因。

重力冲击钻孔产生孔径过大的影响因素

1、地基土特征的不稳定性

因为地基土属低山丘陵并随沿海延伸的山坡分布，地层较为复杂。（详见洋山石油储运项目一期工程岩土工程勘察报告（详勘））。

①₁层：杂填土

①₂层：素填土

②层：粘土

④层：粘土

⑤层：粘土

⑦₃层：中等风化闪长玢岩

浅灰绿色，斑状结构，块状构造，岩芯呈碎块状、短柱状，上部2米左右以碎块状为主，其下以短柱状为主，柱长一般5~10 cm，局部可达15~20 cm，裂隙发育，岩石属硬质岩。层顶板高低起伏，总体自山前往海岸渐变深，靠海岸一带其顶板埋深大于50米。

⑦₃层：中等风化凝灰质粉砂岩

浅紫红色，砂状结构，层状构造，岩芯呈短柱状为主，柱长一般5~15 cm，节理、层理发育，岩石属软质岩。仅在B46孔揭露，因场区四周均为侵入岩体闪长玢岩分布，故该处可能属侵入岩体的捕虏体。

以上地层的分层尽管都不在每个剖面上都有分布，但是在各个施工分布点上，施工的工艺并没有随地层的不同采取不的施工措施，就是单个钻孔也没有随地层的变化采取不同的施工工艺及施工手段。

在实际施工过程中，孔径过大的因素主要来自地层影响。

①₁层杂填土和①₂层素填土其实主要为碎石土，主要由块石、碎石混少量粘性土组成，土质不均，结构松散，厚度从１０Ｍ至２５Ｍ左右，为移山填海而成。在回填过程中，没有经过夯实处理，空隙较大。此层含大量块石和碎石，开孔时不能形成有效的护壁，护壁要靠外运黄粘土，因为其空隙大，泥浆渗漏较多，泥浆补充一直要穿过此层，施工时由于受水流冲击和锤头撞击，孔壁附近的块石容易剥落，从而形成骨牌效应。在实际施工过程中，３０２０１、３０２０２、３０３０１、３０３０２、３０３０４等油罐都出现了塌孔漏浆，有的甚至是突然漏浆至地面７－８Ｍ以下，可以看到坍塌形成的孔径达到２－３Ｍ，浓泥浆补充都不能抬高浆液面，要靠干黄泥回填重新护壁，重新冲孔。在灌注混凝土时，此地层有的桩位混凝土填充量达到２Ｍ^３／Ｍ。这一层是主要的混凝土超灌区域。

④层、⑤层粘土和⑥₂层（含碎石）粉质粘土是另一主要的混凝土超灌区域。这几层粘土厚度从１０Ｍ－２０Ｍ不等，可塑性较大，粘性也较大。工人习惯称这几层为海泥。锤头穿越这几层时，粘土不易冲散，并且堵塞锤头导流孔裹住锤头，形成很大锤径。因为存在施工工艺对此地层的施工缺陷，对粘土不能形成有效的扰动，粘土成块状脱落被排出孔外，锤头冲击时要反复冲击，粘土块靠冲击波硬性脱落，经过反复冲击形成了较大孔径。尽管这几层有缩径现象，但无法补充已形成的孔径。

２、成孔工艺的影响

本工程采取的主要施工手段是重力冲击钻孔，机械摇臂式工程冲孔钻机仅有三台，大部分是人工操纵的卷扬钻机，由于人工操作的随意性，锤头在下落冲击过程中，容易产生滑锤、摆锤以及跳锤现象。

滑锤：主要是锤头下坠过程中，必然对孔中的护壁泥浆产生压力，泥浆也必然受到压缩，由于锤头磨损或者锤头导流孔分布不均，作用在锤头表面的表面力不尽相同，也就是锤头通过接触面作用在其上的力不尽相同，同时虚加在流体质点上的惯性力（质量力）也不尽相同，由于提升锤头的钢丝绳旋转有限，不能产生陀螺效应，锤头不能垂直下落，锤头易发生偏向，使锤头对孔壁造成重复冲击。这种现象随锤头的提升高度增加而加剧，从而使孔径过大。

摆锤：主要是由于滑锤的影响而产生。锤头下落过程中，由于受锤头下落加速度的影响，锤头不能稳定的下落，锤尾会发生一定的抖动或偏向，也能使锤尾撞击孔壁。下落至孔底时，冲锤也能发生摆锤（倒锤），也能造成对孔壁的重复冲击，虽然其影响较小。

跳锤：是指冲锤在下落至孔底时，由于反作用力，会产生二次冲击的现象，尽管对冲孔效率有益，也容易造成孔径过大。

成孔工艺的影响主要来自滑锤，具体表现是偏孔，偏孔以后，钻孔要重新用地面块石回填，重新冲击钻孔后也会形成大的孔径，这种现象在机械壁和人工卷扬施工过程中都有发生。

在穿越{zh1}几层地层至持力层⑦₃层时，出现了卡锤现象，锤头也出现了较大磨损，证明了{zh1}的地层没有出现扩径现象，灌注混凝土时砼面都按正常的理论方量升高。

混凝土超灌风险的规避

从{zh1}的混凝土灌注量统计，本工程的砼充盈系数达到了１．５左右，这对工程的成本控制形成了很大的压力。特别是地质状况造成的钻孔孔径过大，它不仅使混凝土超灌，而且附带了其它成本：外运黄土成本，机械设备成本以及人工成本等等。

本工程的成本风险主要来自混凝土超灌风险，所以风险的规避主要要从地质状况及施工工艺解决。

1、本工程应按地层分层分价

在本工程施工工艺{wy}可选择性以及地质状况不可改变的情况下，在签订施工合同前，应认真做好施工工艺的评估和施工现场的塌勘。从本工程的合同推算，尽管签订的合同砼充盈系数达到了１.3，但是还是对地层情况的估计不足。特别是其勘察说明，①₁①₂层写明是素填土，其实是碎石土，有迷惑性，且厚度较深，粘土层厚度也较大。重力冲击钻孔灌注桩适合于连续的较硬地层，不适合粘土层，在较松散地层和粘土层会造成的钻孔孔径过大，而在厚度较大的回填层，会造成混凝土的严重超方。在签订施工合同时，不能从综合单价考虑，而应该从地质状况分层分价，充分考虑混凝土超灌的风险、护壁黄土成本、机械设备成本以及人工成本。

本工程的五标段浙江恒大建设集团公司签订的就是分层分价施工合同，尽管在⑦₃层浙江恒大建设集团公司比我方每方单价少200多元，但其在①₁层至⑤层中浙江恒大建设集团公司比我方每方单价多100多元，在第⑤层甚至比我方多一倍以上，可见施工方是对地层比较了解的，也有力的规避了工程施工的风险。

2、保持泥浆浓度、高度及泥浆及时过滤

在工艺变化可能带来的工期影响和施工成本过大的情况下，本工程施工重点可能就是保持泥浆浓度及泥浆过滤。要随时保持泥浆无杂质无岩屑，岩屑应及时清理出孔外，防止岩屑对孔壁的重复冲击及洗刷，所以现场应该有泥浆过滤设备，同时要保证泥浆浓度及泥浆高度，防止孔内外的水分渗流，以保持已经受拢动的孔壁的稳定，防止垮孔和孔壁掉块。

3、选择合理施工设备

本工程选用施工设备时应选用机械摇臂式工程冲孔钻机，因为其有固定的行程和提升高度，有效地防止人为随机操作。本工程30202油罐有三台机械摇臂式工程冲孔钻机，由其成孔的混凝土充盈系数相对较小，并且施工速度也最快。在人工操作的冲孔设备时，应根据泥浆的补给情况，严格控制冲进速度，在淤泥和淤泥质土中一般不宜大于1m/h；在松散砂层中，冲击钻进速度不宜超过3m/h；在硬土层中或在岩层中的冲进速度以桩机不发生跳动为准。提升高度不能超过2米，防止发生滑锤、摆锤、跳锤。在冲击钻头锥顶和提升钢丝绳之间，设弹簧转向装置，以保证冲锤自动转向，防止形成梅花孔，这样才能减少拢动水流和冲锤对孔壁的冲击，也能有效地提高冲锤的冲击效率。

湖北地建集团北方公公司

郭勇