海上平臺(tái)大斜率整樁嵌巖施工成孔辦法及應(yīng)用

劉輝

（中鐵廣州工程局集團(tuán)港航工程有限公司，廣州510660）

1 概述

隨著我國海域經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大量沿海城市正興建眾多高樁多功能泊位碼頭，碼頭及其構(gòu)筑物多采用海上樁基礎(chǔ)。為滿足樁基礎(chǔ)承壓、抗拔、抗剪和垂直要求，提高樁基穩(wěn)定性和泊位碼頭安全性，樁基礎(chǔ)部分設(shè)計(jì)為嵌巖灌注斜樁，且樁端持力層進(jìn)入中、微風(fēng)化基巖中。海上斜樁在搭設(shè)的簡易鋼平臺(tái)上施工，一般的普通回轉(zhuǎn)鉆機(jī)難以傾斜安裝，斜樁成孔困難大；采用可調(diào)節(jié)大角度成孔的旋挖鉆機(jī)施工，受旋挖鉆機(jī)自重太大的影響，普通鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)難以滿足施工要求；而選擇采用沖擊鉆機(jī)成孔，普通的十字沖擊鉆頭頻繁上下會(huì)掛鋼管底口，另外在平臺(tái)上泥漿循環(huán)及孔底清孔，以及灌注混凝土?xí)r導(dǎo)管固定就位等等，都給斜樁成孔、清孔、灌注成樁帶來較大困難，難以滿足進(jìn)度、質(zhì)量要求。

2 依托項(xiàng)目概況

惠州港燃料油調(diào)和配送中心30萬噸碼頭工程位于惠州市大亞灣區(qū)馬鞭洲島附近的東側(cè)海域，結(jié)構(gòu)形式為高樁墩臺(tái)式，本工程整樁嵌巖共72根，其中碼頭區(qū)47根，引橋區(qū)25根，采用沖孔鉆機(jī)施工、泥漿護(hù)壁、沖擊成孔、導(dǎo)管法灌注水下砼的方法。

碼頭樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為“鋼管樁＋鉆孔灌注嵌巖樁”，樁基礎(chǔ)部分設(shè)計(jì)為整樁嵌巖斜樁。嵌巖斜樁施工工序流程為先采用海上專用打樁船施工預(yù)制鋼管斜樁，鋼管樁樁端錘擊下沉至強(qiáng)風(fēng)化巖底或中風(fēng)化巖層頂面，再采用鉆（沖）孔樁機(jī)在鋼管樁內(nèi)入巖成孔，使樁端嵌入中風(fēng)化或微風(fēng)化巖層內(nèi)，深度為進(jìn)入中風(fēng)化巖層5倍樁徑（鋼管樁直徑為1200mm，既進(jìn)入中風(fēng)化巖層6m），鉆頭的上下直徑相同，長度約為8m，鉆頭體頂端保持在鋼管樁內(nèi)，有利于導(dǎo)正鉆孔和鉆頭不發(fā)生偏位，樁芯放置13.5m鋼筋籠，再澆筑13.5m高水下C40不收縮混凝土最后再下入鋼筋籠、灌注水下混凝土成樁，使斜樁錨入堅(jiān)硬基巖中。

海上大斜率整樁嵌巖施工一直是國內(nèi)外的施工難題，本工程嵌巖斜樁施工最大斜率達(dá)到3：1（角度18.43o），施工成樁困難，由于海上搭設(shè)的簡易鋼平臺(tái)上施工難以滿足大角度旋挖鉆機(jī)施工，只能采用沖擊鉆機(jī)成孔，但是普通圓形長筒錘施工經(jīng)常發(fā)生卡錘和進(jìn)尺較慢的情況，難以滿足進(jìn)度、質(zhì)量要求。

圖1 整樁嵌巖施工示意圖

3 現(xiàn)場施工情況

3.1 成樁情況

施工前期采用普通的十字形鉆頭沖擊成孔施工，初期的22根整樁嵌巖普遍出現(xiàn)成樁困難，進(jìn)尺緩慢及卡錘的情況，平均一根樁的成孔時(shí)間在20d左右，效率低下，嚴(yán)重影響項(xiàng)目進(jìn)度。為此項(xiàng)目部成立了攻關(guān)小組，對(duì)初期22根成樁情況進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)影響成樁進(jìn)尺緩慢及卡錘的原因，主要有以下兩項(xiàng)：

①十字形鉆頭沖擊成孔，使得底部成孔不圓潤，加之錘頭過重，沖擊過程中易發(fā)生端部向下傾斜的情況，導(dǎo)致發(fā)生卡錘的情況；

②樁身圓筒排渣情況不理想，使得沖孔過程中進(jìn)尺較為緩慢。

為此，針對(duì)上述兩種原因分析，通過與現(xiàn)場施工人員進(jìn)行溝通和研究，對(duì)現(xiàn)有的樁錘進(jìn)行改造，以滿足成樁進(jìn)度要求。

3.2 樁錘改造

3.2.1 針對(duì)第①種情況

在大斜率斜樁嵌巖成孔過程中由于樁錘貼著鋼管樁一側(cè)沖孔，會(huì)導(dǎo)致樁錘錘牙過長一側(cè)先入巖，從而導(dǎo)致卡錘返工。同時(shí)，為確保斜樁的成孔質(zhì)量，一般斜樁沖擊鉆筒長度至少為入巖成孔深度的1.5倍，鉆進(jìn)過程中至少保持沖擊鉆筒0.2倍長鉆進(jìn)深度始終處于鋼管樁內(nèi)，以避免樁孔偏斜的情況發(fā)生。

為此，進(jìn)行兩方面的改造：

第一，專門設(shè)計(jì)一種可調(diào)節(jié)筒式?jīng)_擊鉆頭。沖擊鉆頭由三部分組成，即：筒鉆底部鉆頭、中間可調(diào)節(jié)式鉆筒、頂部提引裝置。本項(xiàng)目斜樁入巖深度為6m，筒式鉆頭直徑1.1m，鉆頭總長8m；

第二，將突出的十字形錘頭嵌進(jìn)樁筒內(nèi)，將錘牙縮短至與樁錘錘身齊平，同時(shí)在樁錘周身焊接楔形向內(nèi)錘牙，保證進(jìn)行均勻避免卡錘。

圖2 錘頭改造內(nèi)嵌

圖3 頂部提引裝置

3.2.2 針對(duì)第②種情況

在樁錘周邊按10cm間距焊接圓鋼，圓鋼成螺旋狀圍繞樁身，保證樁錘居中，利用泥漿的浮力及導(dǎo)向鋼筋的輔助作用使樁錘發(fā)生自轉(zhuǎn)，保證成孔圓潤。其原理為：

第一，通過樁錘周身焊接的鋼筋導(dǎo)向來避免樁錘鋼板直接與鋼管樁發(fā)生摩擦，通過鋼筋可以有效的保護(hù)樁錘并且可以保證樁錘始終居中；

第二，導(dǎo)向鋼筋的設(shè)置可以使樁錘在沖擊成孔過程中，發(fā)生自轉(zhuǎn)，保證成孔圓滑及提高鉆進(jìn)效率，同時(shí)可以將巖渣通過鋼筋間距空隙部分及時(shí)排出，解決了成樁進(jìn)尺緩慢的問題。

圖5 未焊接導(dǎo)向鋼筋樁錘

圖6 焊接導(dǎo)向鋼筋

3.3 改造后施工情況

通過一系列的樁錘改造，對(duì)后續(xù)的沖擊成樁情況進(jìn)行跟蹤，卡錘幾率大大降低，樁錘進(jìn)尺速度明顯加快，平均的一根沖孔成樁時(shí)間從之前的20d/根，降低到7d/根，施工進(jìn)度得到明顯的改善，大大降低了項(xiàng)目施工成本。

4 適用范圍

①適用于在鋼管樁內(nèi)或鋼護(hù)筒內(nèi)施工。

② 適用于海上預(yù)先搭設(shè)的簡易平臺(tái)上施工。

③ 適用于樁身直徑φ800～1500mm、樁長≤75m、樁身傾斜度 3：1 以內(nèi)(20°以內(nèi))斜樁施工。

5 沖孔成樁操作要點(diǎn)

5.1 樁機(jī)要點(diǎn)

①本工程斜樁直徑為1.2m，鉆頭重量為5t，沖孔樁機(jī)選用型號(hào)為JK-6。

②樁機(jī)到達(dá)指定位置后，鋪墊枕木，并將鉆機(jī)固定，采用十字交叉法對(duì)中孔位。

③筒式鉆頭采用吊車先部分下放到樁孔內(nèi)，將樁機(jī)鋼絲繩與鉆頭連接牢固，檢查合格后撤走吊車。針對(duì)斜樁的特殊性，為避免樁機(jī)傾覆，鋼絲繩一般與樁機(jī)水平線成銳角，通常采用反打施工。

④根據(jù)樁位和打入方式布置樁機(jī)，確保樁機(jī)水平穩(wěn)固，與原鋼管樁在一個(gè)平面，且保證鉆頭拉繩與孔徑方向一致，定期檢查，如拉繩與孔徑方向有偏斜，則及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

⑤成孔過程中至少保證鉆頭有0.2倍鉆進(jìn)深度在鋼管樁內(nèi)。

5.2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)布置

①泥漿循環(huán)系統(tǒng)包括泥漿池、泥漿泵、泥漿旋流器、泥漿輸送管等。

②考慮到嵌巖段施工長度一般較短，以及平面上位置受到限制，每一臺(tái)機(jī)配一個(gè)簡易約2.5m3泥漿循環(huán)系統(tǒng)，可滿足施工要求。

③泥漿粘度可以控制在18～25s，含砂率1%～3%左右，成孔時(shí)泥漿比重控制在1.20～1.25，以提高其懸浮攜帶鉆渣的能力。

④泥漿循環(huán)過程中的鉆渣通過雙層濾網(wǎng)篩選過濾，濾后泥漿循環(huán)使用，濾渣集中清運(yùn)處理。

5.3 沖擊成孔

①開始沖孔時(shí)低錘密擊，開孔2m內(nèi)，沖程高度控制在1.0～1.5m左右，鉆進(jìn)過程中派專人觀察渣樣的變化，及時(shí)判別是否進(jìn)入持力層。

②沖擊至中風(fēng)化巖層后反復(fù)小沖程沖擊，沖程高度可以取0.5～0.8m，待樁孔全斷面進(jìn)入基巖后，再進(jìn)行正常沖擊，以防因基巖面傾斜導(dǎo)致孔斜。

③泥漿循環(huán)與沖孔過程同步進(jìn)行，在沖擊鉆頭底部穿越鋼管樁時(shí)及時(shí)添加膨潤土加大泥漿濃度增強(qiáng)護(hù)壁效果，并隨時(shí)測定和調(diào)節(jié)泥漿比重。

④進(jìn)入基巖面后經(jīng)常測量孔深，任何情況下整個(gè)鉆頭不得穿過鋼管樁底，否則會(huì)造成嵌巖段樁孔偏斜，使得鉆頭滑脫并在提升時(shí)卡在鋼管樁下沿造成埋鉆事故。

⑤終孔：入中風(fēng)化巖層6m，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 效益分析

該樁錘技術(shù)改造無論是在施工效率、工程質(zhì)量，還是在現(xiàn)場文明施工、工程項(xiàng)目成本控制上，都突顯出優(yōu)越性，解決了海上平臺(tái)大斜率整樁嵌巖施工成孔難題，提供了一種創(chuàng)新的施工工藝，使得惠州港30萬噸碼頭項(xiàng)目得以順利進(jìn)行，節(jié)省了施工成本，得到了各方的一致好評(píng)，取得了顯著的社會(huì)效益，值得推廣。