高樁碼頭鋼管樁斜樁嵌巖施工技術(shù)探索

■陳　雄

(福建省陸海建設(shè)管理有限公司，福州　350002)

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高樁碼頭鋼管樁斜樁嵌巖施工技術(shù)探索

■陳雄

(福建省陸海建設(shè)管理有限公司，福州350002)

摘要在高樁碼頭工程中，斜樁嵌巖施工工藝復雜，技術(shù)難度大，只有選擇合適的工藝，加強過程控制，才能確保施工質(zhì)量。通過福州港江陰港區(qū)11#泊位工程鋼管樁斜樁嵌巖施工的成功實例，為類似工程項目提供參考。

關(guān)鍵詞鋼管樁斜樁嵌巖施工技術(shù)探討

1　工程概況

福州港江陰港區(qū)11#泊位工程為新建1個50000噸級液體化工泊位(結(jié)構(gòu)受力按10萬噸級設(shè)計)，建設(shè)內(nèi)容包括一座引橋、一座聯(lián)系橋、一座工作平臺及五座系纜墩。工程采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，碼頭泊位總長325m，引橋總長448m，設(shè)計樁型有PHC樁、鋼管樁、大管樁、嵌巖灌注樁。碼頭工作平臺共有94根1100mm鋼管樁(內(nèi)徑φ1060mm)，其中斜樁67根，斜率為5:1，持力層為強風化巖層，需進行嵌巖施工的鋼管斜樁有35根，設(shè)計要求嵌入鋼管樁樁尖以下巖層4m，嵌巖部分樁身直徑為φ1000mm。

2　地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，擬建工程位于福建省東部沿海、江陰半島南部、興化灣北部海域，水下地勢由岸側(cè)向海域逐漸降低，陸域形成區(qū)域海底泥面標高由岸側(cè)的+2.1～+1.0m逐漸降低至－3.4～－4.5m；該場地處于縱貫福建東南沿海的北東向長樂—詔安斷裂帶上。受該斷裂帶的影響，基底巖石裂隙較發(fā)育，常具碎裂結(jié)構(gòu)，基巖面起伏變化較大。該斷裂帶屬燕山期—喜山期老構(gòu)造，尚無資料、跡象表明屬活動性構(gòu)造，故不影響場地的穩(wěn)定性。嵌巖樁施工區(qū)域巖層自上而下依次為：

(1)Ⅵ花崗巖全風化層:雜色(以灰綠、灰白、褐黃色為主)，濕，密實。原巖風化嚴重，結(jié)構(gòu)模糊，大部分已經(jīng)風化成砂土混礫石狀，手搓可散，浸水易軟化崩解。在勘察區(qū)內(nèi)零星分布，頂板標高一般為－20.1～－23.6m，厚度一般為1.1～4.4m。

(2)Ⅶ1砂礫狀花崗巖強風化層:顏色以灰綠、灰白色為主，硬。原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，風化嚴重，大部分已風化成砂土狀或砂土混礫石狀，混少量粘性土成分，遇水易軟化崩解，手搓可散，巖芯具散體狀結(jié)構(gòu)。該層在勘察區(qū)分布較廣泛，頂板標高一般為－20.2～－26.8m，厚度在碼頭及引橋區(qū)均已揭穿，變化幅度較大，為1.5～16.8m。

(3)Ⅶ2碎塊狀花崗巖強風化層:顏色以灰黃、灰綠、灰白色為主，堅硬。原巖結(jié)構(gòu)稍模糊，風化較嚴重，大部分已風化成碎塊狀，局部為砂礫狀，混粘性土成分，手掰可沿裂隙面破碎，巖芯具碎塊狀結(jié)構(gòu)，局部該層中夾有中等風化孤石。該層在碼頭及引橋區(qū)部分區(qū)域有揭示，頂板受基底影響起伏較大，標高為－23.9～－49.4m，厚度變化幅度大，為0.8～10.8m。

(4)Ⅷ花崗巖中等風化層:灰白色，堅硬。主要成分為長石、石英、及云母，原巖結(jié)構(gòu)清晰，節(jié)理裂隙較發(fā)育，沿裂隙面見有風化痕跡和鐵錳質(zhì)浸染痕跡，錘擊聲稍脆；金剛石鉆進緩慢，巖芯多呈短柱狀，局部呈碎塊狀。該層在碼頭及引橋區(qū)均有揭示，揭示的頂板標高一般為－25.3～－52.0m，層厚均未揭穿。結(jié)合前期工可報告《福州港江陰港區(qū)11#泊位工程地質(zhì)勘察報告》(福建省泉州市水電工程勘察院，2010.07)中該層各子樣的飽和單軸抗壓強度標準值(34.0～57.8MPa)，判斷該層屬較硬巖，芯樣較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。

3　施工難點分析

斜向鋼管樁內(nèi)嵌巖施工技術(shù)在福建省高樁碼頭項目中應用較少，可借鑒的經(jīng)驗不多。本工程基巖面起伏較大，碼頭工作平臺鋼管樁嵌巖施工區(qū)域巖層呈東高西低走向，設(shè)計要求樁底嵌入鋼管樁樁尖以下巖層4m，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，部分嵌巖樁施工區(qū)域強風化巖層較薄，部分基樁可能需嵌入中風化巖層，該層巖樣抗壓強度達到34.0～57.8MPa，屬較硬巖，鉆進難度較大。經(jīng)分析、研究，本工程嵌巖樁施工難點主要是如何保證成孔質(zhì)量，做到軸線與鋼管樁樁芯軸線不發(fā)生偏移，同時應做到盡量不對鋼管樁內(nèi)壁造成損傷。

4　主要施工工藝

為保證嵌巖樁施工質(zhì)量及工程進度，根據(jù)巖層特性決定采用沖擊鉆進成孔工藝，為確保沖孔過程樁芯軸線不發(fā)生偏移及降低對鋼管樁內(nèi)壁的沖擊磨損，須配備專門制作的筒狀鉆頭。

4.1設(shè)備選型

(1)鉆機設(shè)備。根據(jù)巖層特性及以往施工經(jīng)驗，選用CZ-10型沖擊鉆機配備3PN型泥漿泵及XZ-200型泥漿凈化器。

(2)筒狀鉆頭制作。根據(jù)設(shè)計孔徑及入巖深度要求，采用20mm厚的鋼板加工制作直徑為Φ935mm、長度9m的導向筒(長度以確保在沖孔過程始終有足夠的筒身長度留在鋼管樁內(nèi)為準，即在沖擊成孔時有5m的導向筒在鋼管樁內(nèi))，導向筒內(nèi)部每間隔1.5m用鋼板設(shè)置一道肋板加強筒身剛度，外表面橫向間隔300mm貼焊28mm的螺紋鋼，鋼筋呈螺旋形布置，起到加重筒錘重量及減小筒錘與鋼管樁內(nèi)壁摩擦作用。導向筒鉆進端內(nèi)側(cè)環(huán)形貼焊一圈鋼板，中間用40mm厚、300mm高鋼板對稱焊接4條鉆牙基座，在基座上堆焊耐磨型合金鋼鉆牙，筒錘另一端加工成連接鉆機鋼絲繩的吊環(huán)，整個筒錘重量在6t左右(見圖1)。

4.2嵌巖樁施工工藝流程(見圖2)

4.3鉆進成孔

與普通灌注樁相比，在鋼管樁內(nèi)進行嵌巖施工無須擔心塌孔問題，為減少筒錘在沖擊成孔過程與鋼管樁內(nèi)壁的摩擦，在施工過程應注意以下幾點：

(1)鉆機應順著鋼管樁傾斜方向擺放，并與鋼管樁沉樁時的扭角保持一致，通過調(diào)整機架斜度使其與鋼管樁樁身平行。

(2)為減小摩擦，鉆孔過程要勤測泥漿指標，及時添加優(yōu)質(zhì)粘土，使孔內(nèi)泥漿比重保持在1.5g/cm3以上。

(3)沖孔過程應在鋼絲繩及機架上做好標記，筒錘沖程距離控制在2m以內(nèi)，筒錘沖擊到底后要及時上提，防止鋼絲繩多放，影響下次沖擊的有效沖程。

(4)沖孔至巖層后要及時進行排渣，一般是進尺50～100cm左右安排一次。

4.4鋼筋籠制作安裝

制作鋼筋籠時應同時等三角布置三根檢測管管用于樁身完整性檢測，檢測管長度通過計算終孔深度以高出鋼管樁50cm左右為準。由于嵌巖鋼筋籠長度只有12m，為防止鋼筋籠安裝后檢測管變形跑位，在檢測管邊上應綁扎兩根Φ25mm鋼筋與檢測管同步到頂，同時外圍用Φ8mm螺旋箍筋進行加固。為確保鋼筋籠能順利下放安裝到位，在鋼筋籠外圍箍筋上每間隔2m布置四塊圓形鋼筋保護層墊塊，鋼筋籠安放完成后頂端鋼筋應及時與鋼管樁焊接牢固。

4.5灌注水下砼

嵌巖樁成孔后，采用泥漿泵正循環(huán)反復清孔，澆筑砼前再采用氣舉法進行清孔。砼灌注采用內(nèi)徑為250mm的導管，為確保在澆筑砼過程導管始終處于樁孔中心位置，須在導管上設(shè)置導向器，導向器可用6mm厚的普通鋼板加工成橢圓狀焊接在導管周圍。安裝導管前應計算好導管總長，導管底口距離孔底應保留30cm左右的距離，確保首灌砼能順利排出。

斜樁砼的工作性能要求較高，必須具備較好的和易性及流動性，砼塌落度宜控制在200～220mm，首灌砼量為2m3，砼灌注過程應控制導管埋深在2～6m之間，要拆管前應先測量孔內(nèi)砼面深度，確保拆管后導管埋深符合要求，水下砼灌注過程應連續(xù)、不得間斷。

5　問題處理

5.1鋼管樁內(nèi)壁磨損處理

(1)螺旋箍筋磨損檢查。嵌巖樁沖孔過程，技術(shù)人員在每個作業(yè)臺班均對筒錘外圍的螺旋鋼筋磨損情況進行檢查并做好詳細記錄，根據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)，筒錘在強風化巖層以上沖孔作業(yè)時，由于鉆進速度較快，螺旋箍筋基本沒有發(fā)生磨損，而當沖孔至強風化及中風化巖層時，由于鉆進難度加大進尺緩慢，筒錘的沖擊次數(shù)也隨之增加，造成了嵌巖段的螺旋鋼筋發(fā)生不同程度的磨損情況(圖3)，而鋼管樁內(nèi)的筒錘螺旋鋼筋則受損較小，從而得出強風化巖層以上9m左右的鋼管樁內(nèi)壁受筒錘沖擊影響存在輕微磨損的情況。

(2)處理措施。通過與設(shè)計人員溝通確定了加固補強方案，即在嵌巖樁強風化巖面處再往上澆筑9m砼，同時在樁身砼中添加UEA膨脹劑，摻量為水泥量的6％。

5.2鋼管樁樁尖卷邊處理措施

(1)卷邊原因分析。嵌巖斜樁沖孔過程發(fā)現(xiàn)有3根樁存在“卡錘”現(xiàn)象，經(jīng)多次沖擊仍無法穿過，通過查看鋼管樁沉樁記錄，這三根樁的實際樁頂標高都高于設(shè)計標高1m以上(設(shè)計要求樁頂標高高于設(shè)計標高1m以上時最后100mm平均貫入度應≤2.5mm)，最終貫入度均達到了2.2mm/擊左右，而通過測量孔深得知“卡錘”位置為鋼管樁樁尖以上30cm左右，因此判斷“卡錘”原因為鋼管樁沉樁時過度錘擊造成樁底變形使筒錘無法通過。

(2)處理措施。將相關(guān)施工記錄上報設(shè)計單位后，設(shè)計同意將此三根樁自“卡錘”位置以下嵌巖樁樁徑調(diào)整為Φ400mm，同時原鋼筋籠調(diào)整為一根28b工字鋼，Φ400mm嵌巖樁(圖4)選用XY-44型立軸式鉆機配合“菠蘿型”牙輪鉆頭進行成孔施工，用TBW-850型泥漿泵灌注水泥漿。

6　樁身質(zhì)量檢測

嵌巖樁施工完成后，根據(jù)規(guī)范規(guī)定對所有嵌巖樁樁身質(zhì)量進行了檢測，檢測結(jié)果為Ⅰ類樁33根、Ⅱ類樁2根，樁身質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

7　結(jié)語

福州港江陰港區(qū)11#泊位工程地質(zhì)條件較為特殊，巖層埋深較淺，采用單純的打入樁基礎(chǔ)無法滿足結(jié)構(gòu)受力要求，通過采用打入樁與嵌巖樁相結(jié)合的樁基礎(chǔ)型式，根據(jù)工程特點選擇合理的成孔工藝和水下砼澆筑，圓滿的完成了施工任務，即保證了工程質(zhì)量也節(jié)約了工程造價，可為其它類似工程提供借鑒。

參考文獻

[1]JTS 167-4-2012，港口工程樁基規(guī)范[S].

[2]JTJ 285-2000，港口工程嵌巖樁設(shè)計與施工規(guī)程[S].