水上芯柱鋼管樁在中密卵石層中施工的重難點分析

楊曉杉+胡恒

摘 要：碼頭建設中復合型樁基較為多見，但多為鋼管樁沉入基巖面，再由樁內(nèi)從基巖面向下進行芯柱鉆孔樁，取得良好的樁基承載力和水平抗力，但在中密卵石層中芯柱鉆孔樁并不多見，而且在技術(shù)和工藝上存在幾個重難點，因此需要對此進行探討。文章以宜昌港枝江港區(qū)姚家港綜合碼頭工程為例，首先分析了卵石層芯柱鋼管樁施工技術(shù)重難點，然后針對卷邊變形、漏漿和塌孔等問題采取相對應的方案和措施，從而確保了工程施工的安全性和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：卵石層 芯柱鋼管樁 鉆孔樁

1.工程概況

宜昌港枝江港區(qū)姚家港綜合碼頭工程位于湖北省宜昌市枝江姚家港鎮(zhèn)，建設3000噸級泊位4個，碼頭結(jié)構(gòu)為高樁梁板式。碼頭平臺長410m，寬25m，共31榀排架，排架間距7m，共分3段，變形縫為20mm，邊橫梁懸臂1.5m，排架基礎采用芯柱鋼管樁復合樁型，每榀排架6根芯柱鋼管樁，全部為直樁，鋼管樁為Φ1000mm，鉆孔樁芯柱為Φ800mm。上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆橫梁節(jié)點澆筑預制縱梁系，面層采用預制疊合板，板厚250mm，現(xiàn)澆面層250～300mm。排架前沿設Φ800鋼靠船構(gòu)件兼作下層系纜平臺的基礎，根據(jù)水位差的要求，設三層系纜平臺。工程設五座固定引橋，采用Φ1000mm鉆孔灌注樁，樁基上現(xiàn)澆地梁，其上現(xiàn)澆立柱、聯(lián)系梁，預制安裝空心板，現(xiàn)澆面層。水工建筑物安全等級為Ⅱ級。工程地質(zhì)情況及主要力學參數(shù)見表1所示。

其中，設計選取⑦砂卵石（中密-密實）為本工程持力層，該層以砂和卵石為主，中密-密實狀態(tài)，卵石含量45～70%，直徑一般5～10cm，卵石成分主要為白云巖、大者大于17cm，成分由變質(zhì)巖、花崗巖、白云巖等組成，且分選性和磨圓度較好，該層未穿透至基巖。

2.樁芯鋼管樁施工重難點

根據(jù)設計以及試樁資料，本工程未穿透至基巖的砂卵石層⑦為工程樁基礎持力層，因工程為水上施工工程，鋼管樁沉樁完畢后還要作為后續(xù)芯柱鉆孔樁施工平臺的樁基基礎，這就需要鋼管樁在砂卵石層中要沉入4.5m以上，從而保證樁身有足夠的側(cè)阻力（根據(jù)試樁資料，其余地層樁身側(cè)阻力非常低，只有砂卵石層可以提供足夠的側(cè)阻力，樁基端承力較小，同時考慮芯柱鉆孔樁施工過程中可能的擴孔，端承力不計入樁基承載力）來支撐鉆孔平臺的使用和施工荷載，但一般在卵石層中，鋼管樁沉樁通常還未沉入本工程設計所要求的卵石層4.5m，鋼管樁的樁尖就會因反復的大能量錘擊在卵石層中發(fā)生卷邊和變形，導致無法順利沉樁至設計標高，對芯柱鉆孔樁的施工也會造成很大麻煩，這就是本工程的重難點之一：如何使鋼管樁順利沉入所需的設計標高，又確保鋼管樁樁尖不至卷邊變形。另外，在芯柱鉆孔樁鉆進至鋼管樁樁尖標高以下后，又可能面臨著密實度不理想的中密卵石層，透水性好，并有著一定的松散度，卵石和卵石之間的砂縫隙較大，在鉆頭的作用下易產(chǎn)生一定的液化和移動，很可能產(chǎn)生漏漿和擴孔甚至塌孔的問題，這是本工程樁基施工的另外兩個重難點。

3.施工方案和解決措施

3.1鋼管樁樁尖發(fā)生的卷邊變形問題

因本工程鋼管樁須沉入卵石層至少6m，但鋼管樁具有一定的柔性，在沉樁過程中反復的大能量錘擊，鋼管樁尖和卵石層中的卵石不停的沖擊、擠壓和摩擦，易使得鋼管樁樁尖產(chǎn)生卷邊變形，甚至可能撕裂，這對后續(xù)樁芯鉆孔樁的施工將帶來極不利的影響。

對于鋼管樁在卵石層中的沉樁，項目借鑒了公司在附近區(qū)域已完工工程施工總結(jié)中的成功經(jīng)驗，采取鋼管樁樁端外加強的方式，鋼管樁的壁厚由18mm在樁端3m處改變?yōu)橥饧訌姳诤?5mm，結(jié)合試樁過程中的具體數(shù)據(jù)及周邊類似地質(zhì)工程的沉樁經(jīng)驗所確定的合理貫入度5mm/擊，根據(jù)地勘圖紙對地層標高的準確把握，采用打樁船重錘輕打的方式進行鋼管樁沉樁施工的控制。經(jīng)后期芯柱鉆孔樁工序施工的論證，以上幾個措施相結(jié)合，既達到合理的樁尖標高，同時又避免了樁尖卷邊變形的問題，為碼頭由樁基施工轉(zhuǎn)上部結(jié)構(gòu)施工奠定了良好的基礎。

3.2芯柱施工過程中漏漿問題

因本工程卵石層卵石含量下限僅為45%，其余空間均為泥沙所填滿，整體性相較其他碼頭樁基工程的巖基類嵌巖樁地質(zhì)就鉆孔樁的護壁提出了更高的要求。在施工過程中，鉆孔樁孔內(nèi)泥漿很可能沿穩(wěn)定性較差的卵石之間的縫隙流失，形成漏漿的現(xiàn)象，這一點在初期芯柱鉆孔樁鉆進過程中確實時有發(fā)生。經(jīng)討論和總結(jié)后采取如下解決方法使該問題得到較好的改善和解決：施工過程中發(fā)現(xiàn)，在芯柱施工至剛出鋼管樁樁尖時，發(fā)生漏漿的現(xiàn)象最為嚴重，經(jīng)過經(jīng)驗總結(jié)發(fā)現(xiàn)，若卵石之間的縫隙被泥漿等粘性填充物填滿，漏漿的情況就會改善很多，所以在施工過程中，項目部針對芯柱施工，準備了比普通鉆孔樁泥漿需求量多出3倍的優(yōu)質(zhì)泥漿。而在芯柱施工至快出鋼管樁樁尖時，先暫時提高泥漿濃度，保證孔內(nèi)有高濃度的泥漿填充卵石縫隙，同時降低鉆進進尺效率，提高孔內(nèi)護壁形成的效能，待孔內(nèi)泥漿濃度穩(wěn)定后，再增加適當提升進尺速率。若漏漿現(xiàn)象更加嚴重，除了及時補充泥漿以外，還采用適量的水泥粉、優(yōu)質(zhì)膨潤土和黏土進行緊急封堵，此方法效果較好，見效也較快，施工如圖1、圖2所示。

3.3樁芯鉆孔樁塌孔的問題

在施工過程中，因卵石層的不均勻性和不穩(wěn)定性，除了漏漿，還發(fā)生了塌孔的現(xiàn)象，嚴重時還容易造成已沉樁完畢的鋼管樁向下“溜樁”。針對此問題，施工中發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)泥漿濃度和孔內(nèi)水壓力對塌孔是最大的兩個影響因素，適當提高水頭以及泥漿性能，基本可以避免塌孔現(xiàn)象的發(fā)生。施工過程中要保持孔內(nèi)水頭始終高于地下水位3m以上，鉆進過程中始終保證足夠的高質(zhì)量泥漿，定時對水頭進行監(jiān)測，避免因漏漿導致水頭突然下降最終發(fā)生塌孔。優(yōu)質(zhì)的泥漿可使護壁更加牢靠，在孔壁形成粘結(jié)性好、滲透性差的泥漿皮，這層皮既可防止漏漿，也可大大降低塌孔的可能性。

此外，在卵石層進尺過程中，若有鉆機停機時間長、泥漿配置和循環(huán)不合理、清孔后砼澆筑等待時間長等，也容易造成塌孔的現(xiàn)象，所以在鉆孔前還需對鉆機、鉆頭的進行及時維護和保養(yǎng)，鉆孔中準備足夠的泥漿材料和場地，成孔后提前合理安排鋼筋和砼澆筑工序的銜接。

4.結(jié)束語

綜上所述，在卵石層進行芯柱鉆孔樁施工的工程很少，但經(jīng)過項目前期對芯柱施工的總結(jié)和經(jīng)驗借鑒，項目部當時在鋼管樁、芯柱鉆孔樁工序的施工非常順利，鋼管樁樁尖也因為合理的控制方法，沒有發(fā)生卷邊變形的情況，對芯柱鉆孔樁采取了合理的措施后，工效也得到了保證，后經(jīng)超聲波檢測，所有芯柱鉆孔樁全部為一類樁，為項目也創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟收益。當然，即使同類型的地質(zhì)條件，遇到的問題和合適的解決方法也不盡相同，甚至可能存在較大的差異，這就要求相關(guān)人員要合理借鑒、總結(jié)，找尋出最適合該工程的方法和措施，逐步積累和完善同類型工程的施工方法和工藝。

參考文獻：

[1]陳俊.高樁碼頭芯柱嵌巖樁的施工技術(shù)研究[J].四川建材，2017（01）：133-134.