試論港口碼頭工程水下鉆孔灌注樁施工工藝技術(shù)

鄭永梓 廣東正方圓工程咨詢有限公司

在港口碼頭工程施工過(guò)程中，鉆孔灌注樁施工需要在水下完成，不僅工序較多，同時(shí)提出了較高技術(shù)水平要求。作為隱蔽工程，水下鉆孔灌注樁施工質(zhì)量將直接影響工程整體建設(shè)水平。因此，還應(yīng)加強(qiáng)施工工藝技術(shù)的研究，以便在充分發(fā)揮技術(shù)成本低、污染小等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，保證灌注樁能夠穩(wěn)固承載上部載荷，繼而使工程施工質(zhì)量能夠達(dá)到碼頭建設(shè)需求。

圖1 灌注樁施工立面圖

1.工程概況

某港口碼頭工程屬于主體項(xiàng)目，由北向南依次完成1#-4#泊位的“蝶形”布置。碼頭采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，平面由工作平臺(tái)+系攬墩構(gòu)成，采用φ2200mm灌注樁作為樁基。碼頭墩臺(tái)為12×12m方形，樁基采用φ2600mm灌注樁。工程水下地質(zhì)條件復(fù)雜，最上層為淤泥和淤泥質(zhì)粘土，其下依次為砂混淤泥、中砂、碎石混粘土、砂礫粘性土、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖。為保證樁基深入分布有孤石的強(qiáng)風(fēng)化層，需要采用鉆孔灌注樁施工工藝。

2.水下鉆孔灌注樁施工工藝技術(shù)

2.1 沉樁施工

在水下施工階段，需要根據(jù)建筑單位提供測(cè)量控制點(diǎn)完成控制網(wǎng)布設(shè)，在護(hù)岸上布置主要控制點(diǎn)，使施工坐標(biāo)基線與引橋軸線平行或垂直。完成測(cè)量校核后，考慮到工程采用鋼套管徑在φ1600-2600mm之間，壁厚在18-20mm之間，需要加強(qiáng)錘擊能量控制，在保證樁尖進(jìn)入水下巖層的同時(shí)，避免套管發(fā)生變形問題。結(jié)合施工條件，需要先對(duì)引橋樁進(jìn)行典型施打，之后對(duì)平臺(tái)和纜墩樁進(jìn)行沉樁施工。在引橋樁施工階段，泥面標(biāo)高需要控制在-1m到12.2m的范圍內(nèi)，由于低潮水深無(wú)法達(dá)到沉樁要求，需要在趕高潮水深條件下施工。根據(jù)設(shè)計(jì)的平臺(tái)荷載最大值，需要完成施工平臺(tái)搭設(shè)，如圖1所示，引橋每個(gè)排架設(shè)置2根樁，采用小鋼套管施工，標(biāo)高控制為750mm，確保泥漿面在水位之上，以免樁內(nèi)泥漿性能受到影響。利用打樁船對(duì)沉樁進(jìn)行捶擊，樁尖以下成孔直徑較之外徑小200mm，能夠避免塌孔問題的發(fā)生。在沉樁施工階段，需要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行記錄，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，使關(guān)鍵工序得到合理安排，必要時(shí)適當(dāng)增加小鋼套管數(shù)量，以便使平臺(tái)承載能力符合設(shè)計(jì)要求。

2.2 鉆孔施工

鉆孔施工前應(yīng)保證鉆機(jī)和配套設(shè)施就位，能夠正常進(jìn)行水電供應(yīng)。由于樁徑不同，工程施工需要配備JK8、JK10和JK12.5三種型號(hào)的鉆機(jī)。由于施工在水下進(jìn)行，需要加強(qiáng)水文資料和氣象條件分析，根據(jù)水漲落情況確定鉆孔部位發(fā)生問題的可能性，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)固定鉆孔內(nèi)水頭。鉆孔采用正循環(huán)鉆孔施工方法，在鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將帶動(dòng)鉆桿和鉆頭運(yùn)轉(zhuǎn)，破土削石的同時(shí)，利用泥漿加強(qiáng)孔壁保護(hù)，帶走孔內(nèi)部分殘?jiān)?。泥漿經(jīng)過(guò)泵到達(dá)鉆桿內(nèi)后，從鉆頭噴出，使得碎渣沿著鉆孔于鉆桿空隙溢出，流入泥漿池沉淀，用于下次施工。經(jīng)過(guò)反復(fù)施工，可以完成孔內(nèi)碎渣清理。工程施工將遭遇不均勻底層，應(yīng)先利用剛度大、重量大的JK12.5鉆機(jī)施工，遇到孤石或巖層減慢鉆進(jìn)速度。遇到厚度較大的砂層，將泥漿比重和粘度提高，促使護(hù)筒內(nèi)水位始終比地下水位高，需要時(shí)向孔內(nèi)拋填片石和粘土。

2.3 清孔施工

水下鉆孔施工關(guān)鍵在于加強(qiáng)沉渣和孔深控制，需要根據(jù)孔深測(cè)量結(jié)果實(shí)現(xiàn)孔底沉渣厚設(shè)計(jì)。為保證施工質(zhì)量，需要加強(qiáng)清孔施工，通過(guò)不斷更換孔內(nèi)泥漿降低相對(duì)密度和粘度，使孔底沉渣得到減少。在完成殘?jiān)謇淼幕A(chǔ)上，孔底土層才能作為樁底支撐，促使灌注樁的承受力得到提高。因此在混凝土灌注前需要加強(qiáng)清孔，端部承力的主樁孔深比設(shè)計(jì)值增加50mm，沉渣厚不超50mm，摩擦樁孔深達(dá)到設(shè)計(jì)值，沉渣厚不超100mm。

完成孔深檢查后，需要采用空壓式吹砂管實(shí)施清孔，借助軟風(fēng)管將空氣送至管底部，利用吹砂管將相對(duì)密度小的混合物排出。使用的泥漿比重不超過(guò)1.25，含砂率小于8%，粘度不超28Pa·s。在沉渣得到清理期間，泥漿將加速流動(dòng)，使得沉淀的泥漿回流，孔管水位得到保持，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)清孔可以避免泥漿沉淀，防止樁孔倒塌，促使混凝土灌注施工質(zhì)量得到提高。

2.4 鋼筋籠安裝

在安裝鋼筋籠階段，需要在岸上完成鋼筋籠分段制作和連接，應(yīng)確保相鄰主筋接頭錯(cuò)開，距離至少達(dá)到500mm，相同截面接頭數(shù)不超主筋根數(shù)一半。主筋內(nèi)側(cè)利用箍筋防止結(jié)構(gòu)變形，每隔2m完成一根箍筋焊接，每隔3-4m設(shè)置可拆卸十字形加強(qiáng)架，用于臨時(shí)穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，周圍主筋設(shè)置混凝土墊塊。利用導(dǎo)向鋼管對(duì)安裝位置進(jìn)行固定后，順著鋼管可以將鋼筋籠吊入孔中，做到分段放置。對(duì)鋼筋籠進(jìn)行垂直連接后，應(yīng)確認(rèn)垂直度達(dá)到施工要求。為確保鋼筋籠能夠擠入孔壁，需灌注混凝土主筋，保護(hù)層厚50mm，完成輪形保護(hù)塊制作。鋼筋位于中間，在主筋外側(cè)焊接。此外，為避免鋼筋籠在灌注施工期間上浮，需要在每個(gè)籠子的同一截面主筋上完成3-4個(gè)“倒刺”焊接。

2.5 灌注施工

完成二次清孔后，將孔底沉渣厚度控制在50mm以內(nèi)，可以進(jìn)行混凝土灌注。使用的混凝土應(yīng)保證具有較強(qiáng)的和易性，能夠滿足水下施工要求。為此需要添加適量減水劑和粉煤灰，并選用5-30mm卵石作為石料，粒徑在40mm范圍內(nèi)，避免卡管問題發(fā)生。采用導(dǎo)管進(jìn)行混凝土灌注，管長(zhǎng)距離孔底約30-50cm，中間不能停頓或發(fā)生滲漏，應(yīng)確保上下平順。初次灌入使用的導(dǎo)管應(yīng)達(dá)到混凝土以下0.8m位置，結(jié)束后深度在2-4m范圍。灌注期間混凝土坍落度在18-22cm范圍內(nèi)，樁頂對(duì)50-100cm浮漿鑿除層進(jìn)行預(yù)留。實(shí)際施工采用φ250mm導(dǎo)管，經(jīng)過(guò)水壓試驗(yàn)可以確定回路具有較好密封性。阻水塞采用砂包結(jié)構(gòu)，施工前確認(rèn)質(zhì)量合格。施工期間，使用從攪拌泵出來(lái)的混凝土，應(yīng)嚴(yán)格按照配比加強(qiáng)水灰比控制，保證材料具有較好流動(dòng)性，不會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象。灌注期間加強(qiáng)孔內(nèi)土結(jié)構(gòu)和水位下降觀察，確認(rèn)不出現(xiàn)返漿現(xiàn)象后繼續(xù)向漏斗添加混凝土，灌注后垂直將導(dǎo)管拔出。完成灌注施工后，需要加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，溫度低于0℃需要加強(qiáng)保溫，高于30℃需要采取措施減慢混凝土凝固速度。受周圍地質(zhì)條件影響，如果孔內(nèi)泥漿密度過(guò)大，樁徑過(guò)大，還要使灌注高度得到適當(dāng)增加。而接樁前只要對(duì)超出的部分進(jìn)行鑿除，就能保證后續(xù)施工順利進(jìn)行。

3.結(jié)論

綜上所述，港口碼頭工程施工條件較為特殊，還要結(jié)合水漲落情況合理進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，以便使工程施工質(zhì)量和安全得到保證。實(shí)際在工程建設(shè)階段，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)沉樁施工、鉆孔施工等各個(gè)工序的把控，以便使工程施工質(zhì)量得到全面提升，為工程的可持續(xù)發(fā)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。