復(fù)雜地質(zhì)條件下斜樁嵌巖護(hù)孔技術(shù)

沈啟亮，劉秀宏，張校強(qiáng)

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

1 工程概況

某30萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭工程為孤島式原油碼頭，碼頭與庫(kù)區(qū)采用約1.5 km海底管線連接。碼頭為蝶形布置，包括工作平臺(tái)1個(gè)、靠船墩2個(gè)、系纜墩6個(gè)、立管平臺(tái)1個(gè)，泊位長(zhǎng)度455 m。工作平臺(tái)、2個(gè)靠船墩及立管平臺(tái)采用64根大直徑、大斜度嵌巖樁（其中鋼管樁φ1 800，嵌巖樁φ1 600），6個(gè)系纜墩采用60根大斜度嵌巖樁（其中鋼管樁φ1 500，嵌巖樁φ1 300）。

2 工程地質(zhì)

該工程施工區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。據(jù)地質(zhì)資料顯示，場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)自上而下主要分布：第四系全新統(tǒng)濱海相沉積層、第四系全新統(tǒng)沖洪積相沉積層、第四系殘積層、燕山期晚期花崗巖風(fēng)化層。中風(fēng)化花崗巖層頂標(biāo)高變化較大，據(jù)施工過(guò)程資料顯示：工作平臺(tái)巖面標(biāo)高-24.3～-37.89 m；4號(hào)靠船墩巖面標(biāo)高-22.1～-33.5 m；5號(hào)靠船墩巖面標(biāo)高-29.8～-42.1 m；立管平臺(tái)巖面標(biāo)高-28.1～-35.9 m；其余6個(gè)系纜墩巖面標(biāo)高變化幅度5～10 m。綜上所述，該區(qū)域內(nèi)巖面變化很大，最大變化幅度達(dá)15 m，中風(fēng)化花崗巖飽和單軸抗壓強(qiáng)度最大為143 MPa，最小為35.5 MPa，平均為96.95 MPa。圖1是該區(qū)較典型的地質(zhì)剖面。

3 施工平臺(tái)及設(shè)備

3.1 嵌巖樁施工平臺(tái)

以工程樁（鋼管樁）為基礎(chǔ)，上下平聯(lián)采用2HM588X300型鋼作主橫梁，上平聯(lián)橫向分配梁采用I22a，間距750 mm，局部加密，面層采用鋼板網(wǎng)。

3.2 鉆機(jī)及鉆頭選型

本項(xiàng)目采用的嵌巖鉆機(jī)有2種。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖Fig.1 Engineering geological profile

1）德國(guó)寶峨公司BG型旋挖鉆機(jī)

由于該鉆機(jī)配套設(shè)備不齊全，未能解決復(fù)雜地質(zhì)條件下的護(hù)孔問(wèn)題，對(duì)斜樁嵌巖效果不理想。

2）反循環(huán)鑿巖鉆機(jī)

以ZSD-300型鉆機(jī)為主，配置相應(yīng)的發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)和滾刀鉆頭。該鉆進(jìn)工藝靠滾刀刻碎巖面，形成長(zhǎng)短約2 cm、厚0.5 cm的碎石，采用氣舉反循環(huán)排渣。

ZSD-300反循環(huán)鑿巖鉆機(jī)雖然鉆進(jìn)速度較慢，但適應(yīng)性較強(qiáng)，本項(xiàng)目絕大部分樁都由該型號(hào)鉆機(jī)完成。

4 不同地質(zhì)條件嵌巖施工時(shí)護(hù)孔技術(shù)

4.1 覆蓋層和強(qiáng)風(fēng)化巖層均較厚，鋼管樁已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層

1號(hào)、5號(hào)、8號(hào)系纜墩覆蓋層較厚且鋼管樁已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層，墩臺(tái)鋼管樁平均入土深度20.1 m，中風(fēng)化巖面與鋼管樁樁底平均強(qiáng)風(fēng)化層厚度約3.5 m。在采用清水鉆進(jìn)、氣舉反循環(huán)排渣時(shí)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。后采用泥漿護(hù)壁，泥漿濃度為1.3，約每25 min排渣1次，成孔后稀釋泥漿，直至滿足規(guī)范要求的濃度和含砂率[1-5]。

4.2 覆蓋層較薄，強(qiáng)風(fēng)化層較薄或缺失

立管平臺(tái)強(qiáng)風(fēng)化層薄，巖面高低不平，該墩臺(tái)鋼管樁平均入土深度約11.7 m，淤泥層下是6 m厚砂層，強(qiáng)風(fēng)化巖層平均厚度不到0.5 m。墩臺(tái)在鉆進(jìn)過(guò)程有4個(gè)孔出現(xiàn)串孔現(xiàn)象，排渣時(shí)出現(xiàn)大量中粗砂混貝殼，夾雜極少量中風(fēng)化顆粒，鉆進(jìn)速度極其緩慢。這種情況，現(xiàn)場(chǎng)采用壓漿封堵的方法護(hù)孔。串孔形成原因：樁尖沒(méi)有完全進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層，致使樁端與巖面形成約30 cm的縫隙，鉆進(jìn)工藝采用氣舉反循環(huán)排渣，導(dǎo)致樁外中粗砂順著縫隙流入樁內(nèi)，在樁端外側(cè)形成較大的漏斗串孔區(qū)。處理方法：采用壓漿處理方案，用φ5 cm常見(jiàn)鋼水管人工順著樁內(nèi)壁插入樁底，在樁底澆筑2 m厚素混凝土封堵樁底，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，采用壓漿工藝順著預(yù)埋水管在樁底壓漿，同條件壓漿試塊強(qiáng)度達(dá)到70%后開(kāi)鉆。問(wèn)題分析及處理方法詳見(jiàn)圖2。

4.3 中風(fēng)化巖層很淺或裸露，采用人造地基穩(wěn)樁

工作平臺(tái)及4號(hào)靠船墩巖層較薄，基本處于裸露狀態(tài)，需拋填碎石及砂作為穩(wěn)樁層。出現(xiàn)鋼管樁尖卷邊，這些卷邊的鋼管樁進(jìn)行水下切割后均出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

造成串孔主要原因：覆蓋層為松散層，摩擦力小，再加上打樁船采用D180錘，在很少的擊數(shù)下樁尖即達(dá)中風(fēng)化巖層，導(dǎo)致鋼管樁卷邊。采用反循環(huán)法清除樁內(nèi)砂土后，潛水員進(jìn)行水下切割。由于水下很難準(zhǔn)確控制切割塊體尺寸，切割尺寸普遍偏大，形成較大的漏斗塌孔區(qū)。

經(jīng)試驗(yàn)，采用泥漿、壓漿、旋噴等方法無(wú)效后，采用鋼內(nèi)護(hù)筒的護(hù)孔方法。由嵌巖鉆機(jī)把鋼內(nèi)護(hù)筒鉆進(jìn)一定深度中風(fēng)化巖層中，其中鋼內(nèi)護(hù)筒外徑略小鋼管樁內(nèi)徑15 cm，壁厚2 cm，底端加焊合金鉆頭，鋼內(nèi)護(hù)筒上部與鉆桿加4個(gè)支撐焊接，鉆桿下放完畢后鉆機(jī)保持適當(dāng)加壓下鉆，轉(zhuǎn)動(dòng)速度不宜過(guò)快，防止鉆桿扭壞內(nèi)護(hù)筒，待鋼內(nèi)護(hù)筒全截面進(jìn)入中風(fēng)化巖層50 cm后停止鉆進(jìn)，潛水員水下分離鉆桿與內(nèi)護(hù)筒，然后提起鉆桿重新下鉆頭順著鋼內(nèi)護(hù)筒開(kāi)鉆，從而阻斷漏斗區(qū)的砂石落入孔內(nèi)。具體處理方法見(jiàn)圖3。

圖2 壓漿法處理串孔Fig.2 String hole grouting treatment

圖3 鋼內(nèi)護(hù)筒護(hù)孔工藝Fig.3 Hole protecting technology of steel inner casting

個(gè)別孔在進(jìn)入2 m中風(fēng)化巖層后，還有1 m多的強(qiáng)風(fēng)化巖夾層，采用回旋鉆進(jìn)法難以抵達(dá)下層中風(fēng)化巖層。這種情況，現(xiàn)場(chǎng)采用跟管鉆進(jìn)的方法，即滾刀鉆頭與鋼內(nèi)護(hù)筒同時(shí)鉆進(jìn)，待鋼內(nèi)護(hù)筒到達(dá)下層中風(fēng)化巖層后，滾刀鉆頭鉆具與鋼內(nèi)護(hù)筒分離。

4.4 塌孔樁處理效果

4.4.1 泥漿護(hù)壁

1號(hào)、5號(hào)、8號(hào)系纜墩采用該工藝成孔比較順利，未出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，平均15 d完成1根嵌巖樁，并且泥漿還可以部分重復(fù)使用，處理費(fèi)用較低。

4.4.2 壓漿法處理

該護(hù)孔工藝主要在壓漿處理上花費(fèi)約10 d時(shí)間，平均20 d完成1根嵌巖樁，過(guò)程中還出現(xiàn)個(gè)別樁一次壓漿不成功還要再壓一次，主要由于壓漿量大小及壓漿后強(qiáng)度很難掌控，處理費(fèi)用較低、時(shí)間較長(zhǎng)。

4.4.3 鋼內(nèi)護(hù)筒工藝

該工藝成孔比較順利，鋼內(nèi)護(hù)筒下放時(shí)間約3 d，平均13 d完成1根嵌巖樁，其中需要潛水員在約40 m水下分離鉆桿與鋼內(nèi)護(hù)筒工作，每根處理費(fèi)用約10萬(wàn)元，處理時(shí)間較短。

4.4.4 塌孔樁處理后試驗(yàn)結(jié)果

塌孔樁處理后試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

檢測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)護(hù)孔處理后的嵌巖樁，滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

表1 塌孔處理后樁檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表Table1 Piletest after holecollapsetreatment

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象較多，主要是由于項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件復(fù)雜造成。本項(xiàng)目的嵌巖鉆孔過(guò)程中，由于對(duì)困難預(yù)測(cè)不充分，在前期花了大量時(shí)間摸索。為此建議在進(jìn)行復(fù)雜地質(zhì)條件下的鋼管樁嵌巖施工時(shí)，應(yīng)注意如下問(wèn)題：

1）對(duì)鋼管樁沉樁區(qū)域進(jìn)行加密地質(zhì)鉆孔，以便摸清地層變化和各巖土層的物理力學(xué)性質(zhì)。

2）在覆蓋層較薄的情況下，鋼管樁應(yīng)以到達(dá)巖面控制沉樁標(biāo)高，不能按貫入度控制，以免鋼管樁發(fā)生卷邊。

3）應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況合理選用不同的護(hù)孔工藝，特別是在覆蓋層較薄時(shí)，盡量避免采用氣舉反循環(huán)清渣，該清渣工藝在孔底形成較大負(fù)壓區(qū)，極容易造成樁端覆蓋層擾動(dòng)。

[1]王文.泥漿護(hù)壁成孔灌注樁施工常見(jiàn)問(wèn)題及處理[J].低溫建筑技術(shù)，2010（3）：125-126.WANGWen.Common problems and treatment of mud supporting bored pile construction[J].Low Temperature Architecture Technology，2010（3）：125-126.

[2]申學(xué)賓.淺談樁基施工中塌孔與串孔漏漿的處理[J].建材與裝飾，2012（11）：30-31.SHEN Xue-bin.Treatment of the hole collapse and hole connection grout leakage in pile foundation construction[J].Construction Materials&Decoration，2012（11）：30-31.

[3] 師鈞，張瑞峰.復(fù)雜地質(zhì)情況下樁基塌孔原因及處理方法[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2005（8）：43-44.SHI Jun，ZHANG Rui-feng.Cause for collapsed-bore of pie in complex geology condition[J].Communication Standardization，2005（8）：43-44.

[4] 肖婧.大直徑鉆孔灌注樁施工及事故處理[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2004（3）：41-43.XIAO Jing.Construction of the large-diameter uncased concrete pile and treatment of its accidental faults[J].Research&Application of Building Materials，2004（3）：41-43.

[5] 彭修權(quán)，羅超云.樁基施工中塌孔與串孔漏漿的處理[J].公路，2006（6）：216-218.PENG Xiu-quan，LUO Chao-yun.Treatment of the hole collapse and hole connection grout leakage in pile foundation construction[J].Highway，2006（6）：216-218.