淺談港口碼頭鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)及其施工技術(shù)

◎ 張冬樓 中交二航局第三工程有限公司

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淺談港口碼頭鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)及其施工技術(shù)

◎ 張冬樓 中交二航局第三工程有限公司

在我國社會科技水平不斷提升以及水運(yùn)工程建設(shè)迅猛發(fā)展的條件下，怎樣對鉆孔灌注樁進(jìn)行合理設(shè)計(jì)是當(dāng)前港口碼頭工程建設(shè)單位需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文以云浮港六都四圍塘碼頭工程為例，主要對港口碼頭建設(shè)過程中鉆孔灌注樁的有效設(shè)計(jì)和具體施工技術(shù)進(jìn)行分析探討僅供參考。

港口碼頭 設(shè)計(jì) 鉆孔灌注樁 施工技術(shù)

鉆孔灌注樁本身具備很多優(yōu)點(diǎn)，其中包括：不受氣候條件、地域差異、地質(zhì)條件、樁身長度、地下水位以及樁徑等方面的限制，同時(shí)承載能力非常高、成本投入比較低等，在高層建筑工程、水利工程、重型廠房、碼頭工程以及橋梁港口工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.工程概況

工程位于云浮市云安縣六都鎮(zhèn)下游3km的西江右岸，逢遠(yuǎn)河至四圍塘村之間。建設(shè)內(nèi)容為2個(gè)1000DWT級集裝箱泊位、4個(gè)1000DWT級件雜貨泊位和1個(gè)1000DWT級散貨泊位及相應(yīng)配套設(shè)施。另在下游預(yù)留1 個(gè)1000DWT級件雜貨泊位，碼頭作業(yè)區(qū)考慮按口岸設(shè)置。碼頭結(jié)構(gòu)按2000DWT級進(jìn)行設(shè)計(jì)。碼頭岸線總長494m，擬建7個(gè)泊位碼頭岸線長420m，預(yù)留1個(gè)泊位碼頭岸線長74m。

碼頭采用高樁框架結(jié)構(gòu)，樁基為Ф1200灌注型嵌巖樁，每個(gè)排架設(shè)6根樁，排架間距8m，共計(jì)53個(gè)排架。樁基上部設(shè)置4層現(xiàn)澆層，第1、第2、第3層現(xiàn)澆之間采用現(xiàn)澆立柱進(jìn)行連接，每個(gè)排架設(shè)置5根Ф1000現(xiàn)澆立柱和1個(gè)現(xiàn)澆靠船立柱。碼頭前沿設(shè)置5層系纜，前4層系船柱設(shè)置在現(xiàn)澆系靠船梁上，第5層系船柱設(shè)置在現(xiàn)澆上橫梁上。下圖1為該港口碼頭工程設(shè)計(jì)平面圖。

2.鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)

由于本工程場地覆蓋有相對較厚的淤泥層及粘土層，所以地基承載力比較小，但碼頭承重非常大，需要基礎(chǔ)才可以提供比較大的承載力，同時(shí)考慮到工程建設(shè)造價(jià)等方面的影響因素，最后決定采取鉆孔灌注樁當(dāng)做本工程建設(shè)的基礎(chǔ)形式。

對于樁基礎(chǔ)，如果樁長一定，那么樁承載力主要取決于樁端承載力以及樁側(cè)摩阻力。若材料數(shù)量一樣，樁長保持一定，并且樁底面積一樣，隨著樁徑的變小，樁數(shù)也會增多，那么樁周面積就會更加大，這才可以獲得足夠側(cè)摩阻力，材料所能提供的相應(yīng)承載力就更加大。由于為海水會對鋼筋混凝土產(chǎn)生一定腐蝕作用，因此需要采用有較厚保護(hù)層的相應(yīng)鋼筋。

本工程引橋采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，樁基采用Φ1000灌注型嵌巖樁。引橋上部結(jié)構(gòu)主要包括帽梁、立柱、水平撐、縱、橫梁、面板等，均采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)；護(hù)岸結(jié)構(gòu)采用混合式（半直立半斜坡）結(jié)構(gòu)。由于本工程鉆孔灌注樁一共設(shè)計(jì)有384根，其中：碼頭平臺Φ1200鉆孔樁318根，4座引橋Φ1000鉆孔樁70根?？紤]到鉆孔樁必須嵌巖，因此采用自由落體式?jīng)_擊鉆機(jī)。

圖1　港口碼頭工程設(shè)計(jì)平面圖

施工平臺立柱支撐在河床上，立柱采用Φ120mm、δ8mm鋼管打入泥面以下2.0m左右，鋼管底部以上1.5m處為增大受力面積焊一塊50×50cm、δ8mm鋼板，立柱間距1.5m～2.0m，為確保搭設(shè)施工平臺的穩(wěn)定性和牢固性，在立柱之間及排架之間采用［14槽鋼連接加固，工作平臺面層采用［16槽鋼及10cm×15cm木方組合形成；C∽F優(yōu)先考慮填土筑島陸上成孔施工設(shè)計(jì)方案，具體為：先在C排樁江側(cè)方向3m處打兩排木樁后充編織；回填土直接采用堆場后面的山坡土，挖掘機(jī)鏟土裝車，翻斗汽車運(yùn)輸粘土，推土機(jī)平整筑島面并壓實(shí)土層，島面標(biāo)高回填至3m；平臺面與島面用［16槽鋼錨固土層相連。

Y砼H2=1.5Y水H3根據(jù)該公式計(jì)算出H。

其中Y砼—砼密度；H2—導(dǎo)管內(nèi)砼的高度；H1—導(dǎo)管澆注首罐料的埋置深度=，一般按照1.1m考慮；Y水—水的密度；H3—樁內(nèi)水深（叢樁砼面到孔頂）（可以按照樁長減去進(jìn)行取值）；首罐料的計(jì)算公式為：—砼導(dǎo)管的半徑—鉆孔樁的半徑。

首次灌注的砼量根據(jù)樁長經(jīng)計(jì)算，灌注過程中，應(yīng)注意導(dǎo)管的埋深控制在2m-6m，砼塌落度控制在16cm-22cm之間。

灌注砼到樁頂時(shí)，應(yīng)超過樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高（一般考慮1.0m），以保證在鑿除浮漿層后，頂標(biāo)高和質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

3.鉆孔灌注樁具體施工技術(shù)的應(yīng)用

3.1沉降位移觀察點(diǎn)設(shè)置

在鉆孔樁施工期間，選定固定的樁進(jìn)行沉降位移觀測，鉆孔樁施工開始前和結(jié)束后分別進(jìn)行觀測，檢查后續(xù)鉆孔樁施工對前期鉆孔樁施工的影響?？紤]到擬建碼頭前后方高程相差較大（碼頭平臺3.0m左右，后方堆場部位20m左右），因此必須對高邊坡進(jìn)行沉降位移觀測。該工程巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告顯示，在4-4剖面存在不良地質(zhì)，該土層為具流～軟塑狀的淤泥質(zhì)土層，對地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性影響較大，因此樁基施工時(shí)必須加強(qiáng)對該部位的岸坡穩(wěn)定觀測。

此外，因?yàn)楸竟こ檀a頭平臺鉆孔樁施工完成后，部分排架現(xiàn)澆第一層縱橫撐無法完成施工，樁基面臨安全度汛，因此在水位上漲前，必須對已經(jīng)完成砼澆筑的樁進(jìn)行測量，待洪水退后以便確認(rèn)樁基受洪水影響程度。

3.2護(hù)筒埋設(shè)

鋼護(hù)筒采用6mm厚的A3鋼板在工廠分節(jié)制作而成。水域平臺部位鋼護(hù)筒沉放：采用6mm厚鋼護(hù)筒，沉放前，鉆樁平臺已搭建完成，先在鉆樁平臺上精確地放出樁位，安裝導(dǎo)向架，導(dǎo)向架由4根足夠剛度的槽鋼或鋼管組成，直接焊接在鋼管立柱與平臺固結(jié)。護(hù)筒制作好并檢查合格后內(nèi)側(cè)用米字形鋼筋撐子撐住，人工運(yùn)往施工平臺。25T吊車（吊車下平鋪鋼板到位）起吊護(hù)筒使其垂直后由人工定位徐徐放入導(dǎo)向架，然后在鋼護(hù)筒頂部鋪設(shè)30mm的鋼板，采用沖擊錘沖擊下沉，每下沉2節(jié)鋼護(hù)筒后，繼續(xù)焊接后續(xù)鋼護(hù)筒，直到鋼護(hù)筒底部達(dá)到預(yù)定的標(biāo)高方停止。

如果發(fā)現(xiàn)護(hù)筒出現(xiàn)冒水現(xiàn)象，就必須立刻停止鉆孔操作，通過粘土在其周圍填實(shí)加固；如果護(hù)筒出現(xiàn)嚴(yán)重下沉或者是位移，就必須重新對護(hù)筒進(jìn)行安裝。

3.3鉆孔

鉆孔開始前，必須對該樁位處的地質(zhì)情況有所了解，確認(rèn)是否采用外運(yùn)粘土進(jìn)行造漿。

鉆孔過程中，用經(jīng)緯儀經(jīng)常檢查鋼護(hù)筒的位置是否移動(dòng)及鉆桿是否在護(hù)筒中心位置，注意孔內(nèi)泥漿的濃度，并保持孔內(nèi)水頭高于孔外水頭1.0m～1.5m以維持孔壁內(nèi)的穩(wěn)定。鉆機(jī)開鉆時(shí)及時(shí)填寫鉆孔施工紀(jì)錄，樁孔鉆進(jìn)采用分班連續(xù)作業(yè)，中途不得停止，交接班時(shí)及時(shí)交待鉆井情況及下一班注意事項(xiàng)。

3.4終孔及清孔

當(dāng)鉆進(jìn)到強(qiáng)風(fēng)化巖面時(shí)，要求鉆機(jī)操作人員每鉆進(jìn)50cm取樣一次，并將巖樣依次排放，便于技術(shù)員及監(jiān)理工程師能夠直觀了解巖層變化情況。中風(fēng)化巖面確定后再鉆進(jìn)2.5m后方可終孔。終孔后，利用正循環(huán)進(jìn)行清孔，將鉆頭吊離孔底約20cm～30cm，輸入密度為1.05～1.10的純泥漿，換出孔內(nèi)含鉆渣較多的泥漿，清孔結(jié)束后，測定孔深、沉渣，保證沉渣厚度滿足規(guī)范要求。

3.5下導(dǎo)管以及二次清孔

導(dǎo)管內(nèi)經(jīng)位25cm，每節(jié)長2.5m，導(dǎo)管兩端設(shè)有快速套接接頭，將導(dǎo)管分節(jié)插入孔中，使其下口離孔底約30cm。若一次清孔的泥漿比重較大或下放鋼筋籠和導(dǎo)管時(shí)產(chǎn)生泥漿沉淀，都會在孔底有一定厚度的沉渣，故需兩次清孔，孔底沉渣厚度必須≤5cm。

4.結(jié)束語

建設(shè)港口碼頭工程的時(shí)候，非常普遍的地層就是淤泥質(zhì)土層，而通過鉆孔灌注樁能夠有效處理這種土層帶來的問題。為了確保工程建設(shè)質(zhì)量，首先應(yīng)該對鉆孔灌注樁進(jìn)行合理有效的設(shè)計(jì)，然后依據(jù)設(shè)計(jì)方案，采取先進(jìn)性以及經(jīng)濟(jì)性都比較強(qiáng)的灌注樁施工技術(shù)來提升工程施工質(zhì)量。

顧元威.海上大直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2003，31（4）：41-44.