淺談珊瑚礁地質(zhì)灌注樁施工技術(shù)

周必凱　卞亮

摘 要：樁基礎(chǔ)為水工建筑物中常見的基礎(chǔ)形式，灌注樁基礎(chǔ)因具有施工簡單，造價(jià)成本低等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中，尤其在紅海沿海，珊瑚礁地質(zhì)較為常見，利用重力式樁錘沖孔穿透珊瑚礁進(jìn)行灌注樁施工，可取得了很好的工程效果。

關(guān)鍵詞：紅海；鉆孔灌注樁；珊瑚礁；施工工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.112

灌注樁是直接在樁位上就地成孔，然后在孔內(nèi)安放鋼筋籠灌注混凝土而成。灌注樁施工可分為鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、套管成孔灌注樁和爆擴(kuò)成孔灌注樁等。其中鉆孔因其鉆進(jìn)速度快、成孔好、清孔干凈、費(fèi)用低是最普遍應(yīng)用的一種施工工藝，常用設(shè)備就是潛水鉆機(jī)。而對(duì)于其他堅(jiān)硬地質(zhì)如粉細(xì)砂層、風(fēng)化巖層、珊瑚礁以及有孤石、卵石的地層則不宜采用潛水鉆機(jī)成孔。本文結(jié)合位于紅海岸邊工程灌注樁施工實(shí)踐，介紹在珊瑚礁地質(zhì)條件下用沖擊錘成孔的灌注樁施工工藝。

1 珊瑚礁成因及工程特征

珊瑚礁是造礁珊瑚群體死亡后，其骨骼和外殼聚集在一起的沉積建造，其經(jīng)歷生物作用和地質(zhì)作用后，成為珊瑚礁灰?guī)r。珊瑚一般生長在海水溫度20～30。C、水深0～50 m的海域，全球的珊瑚礁主要分布于南北回歸線之間的熱帶海洋中。蘇丹紅海沿岸屬熱帶海洋氣候帶，常年海水溫度較高，且潮差小，非常適合珊瑚生長發(fā)育。近幾年來我們?cè)谔K丹東北部沿海進(jìn)行了大量的地質(zhì)勘探及調(diào)查工作，該地區(qū)的淺部地層基本上為珊瑚礁灰?guī)r及其風(fēng)化物，屬典型的珊瑚礁灰?guī)r地區(qū)。

珊瑚礁灰?guī)r殘積土（珊瑚礁砂礫層）主要呈粗礫砂、角礫狀，屬于碳酸鈣質(zhì)砂礫顆粒，與石英質(zhì)砂相比，其形狀不規(guī)則、結(jié)構(gòu)疏松、多孔、具脆性，在高壓下壓縮性較大且易于破碎。根據(jù)珊瑚礁其自身的物理特性，在灌注樁施工中，采用重力式?jīng)_錘成孔工藝，可取得良好的效果。

2 工程簡介

蘇丹港瞭望塔工程位于蘇丹港港區(qū)入口處，可視條件好，其功能主要為航行監(jiān)控，港口水文分析，哨崗警衛(wèi)，觀光旅游，辦公等。該燈塔項(xiàng)目室內(nèi)建筑面積為429.5m2 ，塔身高為40.55m，塔身采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用灌注樁及混凝土墩臺(tái)組合基礎(chǔ)，即由9根直徑為1.2m的圓形灌注樁和鋼筋混凝土墩臺(tái)組成，設(shè)計(jì)樁長為35m。

3 灌注樁施工技術(shù)要求

3.1 場地準(zhǔn)備及選擇打樁設(shè)備

該工程位于海邊淺灘處，水深約為0.5-1.0m，為形成施工平臺(tái)，需對(duì)樁區(qū)進(jìn)行填土處理，填土采用珊瑚礁疏浚料，形成施工場地和連接岸邊的施工引堤，但，并須在施工平臺(tái)周圍的形成簡易護(hù)坡，以防止涌浪沖刷施工平臺(tái)，從而影響現(xiàn)場打樁作業(yè)安全。 根據(jù)設(shè)計(jì)樁徑選擇重力樁錘，本工程選用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)樁機(jī)，樁錘直徑為1.2m，樁錘重量約為3Ton。

3.2 打樁作業(yè)前應(yīng)完成下列準(zhǔn)備工作：

（1）安裝調(diào)試好樁機(jī)設(shè)備，認(rèn)真檢查樁機(jī)薄弱環(huán)節(jié)，如樁錘鋼絲繩、扒桿插銷等，以保證正常運(yùn)作；

（2）確保鋼筋籠按時(shí)綁扎完成，混凝土供應(yīng)正常，一旦樁孔完成，能馬上安放鋼筋籠，灌注混凝土；

（3）根據(jù)施工圖繪制整個(gè)工程的樁位編號(hào)圖及施打順序圖；

（4）由專職測量人員測定標(biāo)出場地上的樁位并指導(dǎo)樁機(jī)作業(yè)人員安放鋼護(hù)筒，其偏差不得大于20mm。

3.3 護(hù)筒埋設(shè)及要求

本工程采用了珊瑚礁疏浚料作為填土，為了保護(hù)孔口，灌注樁施工必須埋設(shè)護(hù)筒，采用挖埋法設(shè)置鋼護(hù)筒。

3.4 開挖造漿池及泥漿性能要求

由于珊瑚礁的力學(xué)特性比較脆，空隙率較高，吸收性較差，受樁錘沖擊后，容易形成顆粒狀或粉末狀殘?jiān)以瓲钌汉鹘敢坏┦艿酵饬_擊，力學(xué)性能大大減弱，因此在珊瑚礁地質(zhì)沖樁施工時(shí)，泥漿護(hù)壁效果的好壞直接影響成孔質(zhì)量，在沖孔施工中，應(yīng)經(jīng)常測定泥漿性能。為保證泥漿達(dá)到一定的性能，還可加入加重劑、分散劑、增黏劑及堵漏劑等摻合劑。泥漿性能要求參考值為：相對(duì)密度：1.05～1.20， 粘度：16～22S，含砂率≤4%。

4 灌注樁施工工藝流程

4.1 打樁作業(yè)

珊瑚礁在沖打過程中容易出現(xiàn)粉末狀殘?jiān)?，一旦停止作業(yè)，這些沖碎的珊瑚礁粉末很容易與泥漿混合再次結(jié)晶，不利于清孔，因此，在施工過程中宜采用三班制，一次性快速成孔并完成澆筑，采用“重錘低擊”的方法，以防止樁孔偏位，一般情況下，樁錘提升高度不得超過1m，在樁錘的沖擊下，珊瑚礁巖被擊碎，施打工程中，啟動(dòng)泥漿泵往孔內(nèi)連續(xù)注漿，珊瑚礁碎末在泥漿運(yùn)動(dòng)的作用下被不斷帶出孔外，從而實(shí)現(xiàn)成孔。珊瑚礁地質(zhì)特性較脆，重錘貫入難度較小，但當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)，應(yīng)暫停打樁，并及時(shí)檢查原因：

（1）樁錘貫入度突變；

（2）地面明顯隆起、鄰樁上浮或位移過大；

（3）樁錘明顯跑位，或插銷、螺栓等異物不慎掉入孔中；

（4）孔洞出現(xiàn)塌方現(xiàn)象；

（5）打樁機(jī)出現(xiàn)異常，搖晃、偏位、電壓不穩(wěn)，電機(jī)發(fā)出異常聲音等。

4.2 清孔方法

清孔的主要目的是清除孔底沉渣，孔底沉渣是影響灌注樁承載能力的主要因素之一。清孔是利用泥漿在流動(dòng)時(shí)所具有的動(dòng)能沖擊樁孔底部的沉渣，使沉渣中的巖粒、砂粒等處于懸浮狀態(tài)，再利用泥漿膠體的黏結(jié)力使懸浮著的沉渣隨著泥漿的循環(huán)流動(dòng)被帶出樁孔。沖樁達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)對(duì)孔深、孔徑進(jìn)行檢查，合格后方可清孔，清孔時(shí)可用樁錘擠壓樁孔加速泥漿運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出雜質(zhì)及沉渣，最終將樁孔內(nèi)的沉渣清除干凈。在清孔排渣時(shí)，必須注意保持孔內(nèi)水頭及泥漿濃度，防止塌孔。清孔后泥漿含砂率<2%，粘度17-20S，比重1.03～1.10，孔底沉渣厚度不大于50mm時(shí)，方可終止清孔。如超過規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行第二次清孔，清孔驗(yàn)收后，便可吊入鋼筋籠。 在吊入鋼筋骨架后，灌注水下混凝土前，應(yīng)再次檢查孔內(nèi)泥漿性能指標(biāo)和孔底沉淀厚度，符合要求后方可繼續(xù)，否則須重復(fù)清孔，直到合格為止。

4.3 混凝土導(dǎo)管安放

在安放好灌注樁鋼筋籠后安裝混凝土導(dǎo)管，注意導(dǎo)管由孔頂向下插入時(shí)必須用滑閥（或密封球）將下口封住，否則孔內(nèi)的泥渣有可能進(jìn)入樁身混凝土中影響混凝土質(zhì)量。安裝導(dǎo)管時(shí)可將導(dǎo)管橫架于鋼護(hù)筒上，利用吊機(jī)自帶的卷揚(yáng)機(jī)吊裝套管，按順序逐節(jié)拼裝，安裝套管時(shí)須小心操作，防止套管或其他勞動(dòng)工具掉入孔中，在混凝土灌注前對(duì)孔底沉渣厚度進(jìn)行測定，如厚度超過規(guī)定，采用利用導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔。當(dāng)孔口返漿比重及沉渣厚度均符合規(guī)范要求后，應(yīng)立即進(jìn)行水下混凝土的灌注施工。

4.4 灌注樁基混凝土

采用導(dǎo)管灌注進(jìn)行鉆孔灌注水下混凝土的施工，為防止發(fā)生斷樁、夾泥、堵管等現(xiàn)象，在混凝土灌注時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土攪拌時(shí)間和混凝土坍落度的控制?；炷翑嚢钑r(shí)間不足會(huì)直接影響混凝土的強(qiáng)度，根據(jù)規(guī)范要求，配置混凝土骨料和添加劑，控制混凝土性能能滿足流動(dòng)性，可塑性和強(qiáng)度指標(biāo)要求。在灌注樁基混凝土澆筑過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照以下幾點(diǎn)工藝要求：

（1）將砼灌入孔底后，探測孔內(nèi)砼面高度，計(jì)算導(dǎo)管埋置深度，首批砼灌注時(shí)導(dǎo)管離孔底40cm左右，埋置深大于1m，以后灌注時(shí)，導(dǎo)管埋深控制在2～6m之間。

（2）導(dǎo)管提升保持軸線豎直和位置居中，逐步提升，避免撞擊或掛住鋼筋籠，拆除導(dǎo)管動(dòng)作要快，一般不超過15分鐘，施工時(shí)用測繩及時(shí)測量砼液面上升的高度，嚴(yán)格控制拔管長度，防止導(dǎo)管脫離砼面，導(dǎo)致斷樁；

（3）為防止鋼筋籠上升，導(dǎo)管埋入砼深度應(yīng)取3—4m為宜，且砼面在鋼筋籠底上下1m之間時(shí)，應(yīng)放慢砼灌注速度；

（4）澆筑連續(xù)不斷，徐徐灌入，并在3-4小時(shí)以內(nèi)灌完一根樁；

（5）鋼護(hù)筒在灌注結(jié)束，混凝土初凝前拔出。

（6）做好混凝土灌注記錄，這對(duì)今后發(fā)現(xiàn)問題樁或評(píng)價(jià)樁的質(zhì)量具有很大作用。

4.5 鑿樁與檢測

澆筑完成后的所有樁基均須進(jìn)行完整性檢查，以防止發(fā)生斷樁現(xiàn)象，一般來說，灌注完成后的頂標(biāo)高比設(shè)計(jì)要求富于900mm，挖掉約600mm浮漿混凝土，其余部分樁頭應(yīng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%前予以鑿除，經(jīng)鑿除后的樁頂不得有浮漿、裂縫或夾渣。

施工結(jié)束后，應(yīng)對(duì)樁的承載力及樁體質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)或地質(zhì)條件復(fù)雜，成樁質(zhì)量可靠性低的灌注樁，應(yīng)采用靜載荷試驗(yàn)的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，樁的靜載試驗(yàn)有多種，如單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)、單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)和單樁水平靜載試驗(yàn)，于此就不再一一敘述了。

5 結(jié)語

紅海沿岸廣泛存在珊瑚礁地貌，珊瑚礁灰?guī)r地區(qū)具有獨(dú)特的地貌特征，具體而言差異性較大，呈軟硬交替、交錯(cuò)分布，珊瑚礁灰?guī)r具有獨(dú)特的工程性質(zhì)，目前世界上尚沒有專門針對(duì)珊瑚礁力學(xué)性能的研究，也沒用相應(yīng)的施工規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，但大量工程實(shí)踐證明，在珊瑚礁地質(zhì)條件下，采用沖樁成孔技術(shù)進(jìn)行灌注樁施工是非常有效的，既能滿足施工要求，同時(shí)又能克服國外樁基施工設(shè)備受限等不利因素，節(jié)約施工成本，起到了很好的效果，在以后類似的工程中可以借鑒。

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