溫州港狀元岙港區(qū)化工碼頭鋼管錨巖樁施工技術(shù)

楊 璐 周伏萍 黃 磊

(江西省地質(zhì)工程(集團(tuán))公司，江西 南昌 330030)

0 引言

海港、碼頭中系纜墩是為大型船舶靠港時(shí)提供定位作用的，因此系纜墩除承擔(dān)船在海水作用下的拉力、扭力外，還要承擔(dān)海水尤其是潮汐作用對(duì)系纜墩的浮力和剪切力，及其這種浮力和剪切力、船舶產(chǎn)生的浮力和剪切力的綜合作用。通常海工環(huán)境下系纜墩樁基礎(chǔ)的持力層都是單軸抗壓強(qiáng)度很高的硬質(zhì)巖，樁的直徑都在150 cm以上，因此全斷面成孔成本高，工期長(zhǎng)。為了降低成本、縮短工期，又能滿足設(shè)計(jì)要求，錨巖樁就應(yīng)運(yùn)而生了。鋼管錨巖樁是一種鋼管樁(也就是灌注樁)和錨巖樁的組合，上部是灌注樁，下部是錨巖樁。上部鉆孔灌注樁主要提供水工建筑物的抗壓能力，錨巖樁主要補(bǔ)充提供水工建筑物的抗剪能力和抗拔(抗浮)能力。

1 工程概況

1.1 碼頭設(shè)計(jì)要求

本工程水工建筑物包括碼頭及引橋部分，按一級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年限是50年。碼頭由1個(gè)工作平臺(tái)、4個(gè)系纜墩 及1個(gè)引橋組成平面采用連片式布置，整個(gè)碼頭長(zhǎng)340 m。各系纜墩之間、系纜墩與工作平臺(tái)之間采用人行鋼便橋聯(lián)系，碼頭與后方陸域通過(guò)引橋聯(lián)接。系纜墩均為高樁墩式結(jié)構(gòu)，平面尺寸均為10 m×10 m。其中1號(hào)系纜墩樁基采用φ1 500 mm鋼管錨巖樁。

1.2 鋼管樁錨桿嵌巖設(shè)計(jì)要求

1號(hào)系纜墩樁基采用φ1 500 mm鋼管錨巖樁共有6根，均為斜樁，錨桿進(jìn)入中風(fēng)化花崗巖深度10 m。

1.3 工程地質(zhì)

1號(hào)系纜墩樁基附近地層從上到下分述如下：

⑦1層全風(fēng)化花崗斑巖：風(fēng)化極強(qiáng)，巖芯呈砂土狀，中密狀態(tài)，鐵錳質(zhì)渲染強(qiáng)烈，呈灰黃、灰褐色，局部略帶紫紅色。

⑦2層強(qiáng)風(fēng)化花崗斑巖：巖芯呈碎塊狀，風(fēng)化強(qiáng)烈，碎塊手碾易碎或部分易碎，鐵錳質(zhì)渲染較強(qiáng)，風(fēng)化裂隙很發(fā)育。呈灰黃、灰褐色，局部略帶紫紅色。

⑦3層中風(fēng)化花崗斑巖：巖芯呈短柱狀、碎塊狀，以短柱狀為主，柱長(zhǎng)一般5 cm～15 cm，裂隙發(fā)育，面上鐵錳質(zhì)渲染較強(qiáng)，巖石屬硬質(zhì)巖。呈淺紫紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)。

2 設(shè)備選型及導(dǎo)向架制作、安裝

2.1 鉆機(jī)、鉆頭選型

1)鉆機(jī)選型。針對(duì)本工程地層特點(diǎn)選用XU-1000型立軸式錨巖鉆機(jī)。

2)鉆頭選型。1號(hào)系纜墩樁基上部覆蓋層成孔采用φ1 360 mm三翼鉆頭。牙輪鉆頭是使用最廣泛的一種鉆頭。牙輪鉆頭工作時(shí)切削齒交替接觸孔底，破巖扭矩小，切削齒與井底接觸面積小，比壓高，易于吃入地層；工作刀總長(zhǎng)度大，因而相對(duì)減少磨損。牙輪鉆頭能夠適應(yīng)從軟到堅(jiān)硬的多種地層。由于1號(hào)系纜墩樁基下部基巖強(qiáng)度高，為提高施工效率，因此錨孔鉆進(jìn)選用牙輪鉆頭。

2.2 導(dǎo)向管制作、安裝及封固

導(dǎo)向管架的作用：導(dǎo)向管架是一種剛性連接定位作用裝置，它保證錨孔方位精度和提高斜率的準(zhǔn)確性，為確保施工質(zhì)量必須使用導(dǎo)向架。

2.2.1導(dǎo)向架制作

導(dǎo)向架由單節(jié)和底節(jié)通過(guò)法蘭上的螺栓和定位銷連接而成。上部單節(jié)長(zhǎng)度3 m，底節(jié)長(zhǎng)1.2 m。導(dǎo)向架由4根φ219鋼管分別與上下兩個(gè)法蘭盤(pán)焊接，法蘭盤(pán)直徑為1.33 m，法蘭盤(pán)中心預(yù)留900 mm圓孔；距離在孔底端0.5 m處焊接一 塊大小與法蘭盤(pán)類似的起固定作用的鋼板，為保證封固漿液能夠順暢流出，錨孔最底一節(jié)鋼管端部5 cm段內(nèi)做成鋸齒狀。為便于連接和施工所有法蘭盤(pán)型號(hào)必須統(tǒng)一，成批制作。加固螺孔與鋼管孔位置一致，每節(jié)導(dǎo)向架3根鋼管長(zhǎng)度一致，法蘭盤(pán)與鋼管垂直焊接，焊縫必須嚴(yán)密、牢靠，不能產(chǎn)生空洞。導(dǎo)向架見(jiàn)圖1。

2.2.2導(dǎo)向架安裝

提前將單節(jié)完整連接好，底節(jié)起固定作用的鋼板要固接牢固。最好能在地面將導(dǎo)向架預(yù)先安裝一遍，并用油漆標(biāo)序號(hào)。將任一單節(jié)和底節(jié)通過(guò)定位銷連接好(要求受強(qiáng)力牽引時(shí)，定位銷能夠脫落)。正式安裝時(shí)用卷?yè)P(yáng)機(jī)將其吊起底節(jié)放入孔中，上部單節(jié)通過(guò)螺栓逐節(jié)按序相連，下放入孔中，直到底節(jié)完全到達(dá)孔底。

2.2.3導(dǎo)向架封固

導(dǎo)向架安裝后，沿導(dǎo)向架下入注漿管，再注入水泥漿約0.6 m3，將導(dǎo)向架底部封固。這樣可以確保錨孔施工時(shí)，4只錨孔之間不串孔，同時(shí)保證鉆錨孔時(shí)的巖渣、巖粉能夠從φ219鋼管內(nèi)排除孔外。

3 工藝流程

鉆機(jī)就位→樁內(nèi)覆蓋層內(nèi)大孔成孔→大孔清孔→導(dǎo)向架制作、試安放、安裝、封固→基巖錨孔成孔→錨孔清孔→錨桿制安→錨孔內(nèi)注漿→拆卸導(dǎo)向架→樁內(nèi)覆蓋層內(nèi)大孔安裝導(dǎo)管→清孔→灌注混凝土。

3.1 樁內(nèi)覆蓋層內(nèi)大孔成孔、清孔

采用φ1 360 三翼鉆頭在樁內(nèi)覆蓋層鉆進(jìn)成孔。終孔以盡量鉆到離大樁底50 cm為原則，在強(qiáng)風(fēng)化層鉆進(jìn)輕壓慢轉(zhuǎn)，防止出現(xiàn)鉆桿折斷。大孔終孔后，用清水泵吸射流反循環(huán)排渣一段時(shí)間后再提鉆，符合要求后加強(qiáng)對(duì)孔口周邊的保護(hù)，防止雜物、材料和巖渣掉入孔中。

3.2 基巖錨孔成孔、錨孔清孔

待導(dǎo)向架封固水泥干凈漿終凝后，開(kāi)始基巖錨孔成孔鉆進(jìn)。鉆進(jìn)采用牙輪鉆頭全面鉆進(jìn)。全面鉆進(jìn)時(shí)配3PN泵，取芯鉆進(jìn)時(shí)配BW250/50柱塞泵，施工中一定要保證電的供用和泵工作正常，保障鉆桿接頭密封性，沖洗液不得外泄，以保持沖洗液的通暢，從而不會(huì)由于沖洗液缺失不能及時(shí)散發(fā)鉆頭摩擦產(chǎn)生熱量而引起的燒鉆或卡鉆事故。

3.2.1錨孔全面鉆進(jìn)

鉆具在下放之前，必須仔細(xì)檢查設(shè)備工作性能，防止噴嘴或噴器被巖粉堵塞。施工中采用氣舉反循環(huán)清孔，保證孔底干凈，減少巖石重復(fù)破碎量，提高工作效率。鉆進(jìn)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)鉆速下降明顯，鉆具回阻力增大，孔內(nèi)有異常聲響且有憋鉆跡象，鉆具提離孔底時(shí)則上述異常消失，則表示有反向斷流征兆，需立即停鉆，提鉆檢查。

3.2.2取芯鉆進(jìn)

下鉆完畢接上鉆桿之后，先將清洗液緩緩送到鉆具，在距孔底20 cm～30 cm處，開(kāi)機(jī)慢進(jìn)至孔底，10 min～15 min后正常鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中不得隨意提動(dòng)鉆具?；劂@前應(yīng)大泵量沖洗一段時(shí)間，直到無(wú)巖渣排出流出清水為止。

3.2.3停鉆標(biāo)準(zhǔn)

是否進(jìn)入持層即中風(fēng)化巖層，用下面三個(gè)方面綜合判斷：1)對(duì)照地質(zhì)報(bào)告及其地層曲線；2)鉆進(jìn)速度是否減慢，鉆進(jìn)速度變慢是進(jìn)入中風(fēng)化的信號(hào)；3)第一根錨孔采取取芯，分析芯樣是否是中風(fēng)化。如判斷為中風(fēng)化巖面，則轉(zhuǎn)為牙輪鉆頭全面鉆進(jìn)，鉆至中風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化界面6 m以下停鉆。需要注意區(qū)別中風(fēng)化殘留體和中風(fēng)化巖層。

3.2.4錨孔清孔

全部錨孔終孔后，采取氣舉法反循環(huán)清孔，直至孔底沉渣符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.5錨桿制安

1)錨桿制作。

根據(jù)實(shí)際施工本系纜墩錨桿孔深19 m，中心錨桿由3根長(zhǎng)度大 于19 m的φ40鋼筋呈品字形焊成一束，每隔2 m外焊 3根φ25長(zhǎng)30 cm的短鋼筋做保護(hù)塊。單根錨桿用φ40鋼筋連接采用套筒冷擠壓連接技術(shù)。套筒絲扣及長(zhǎng)度、抗拉實(shí)驗(yàn)結(jié)果均要符合有關(guān)要求。錨桿上端焊一個(gè)反絲接頭，可與鉆桿連接。注漿管采用φ25鍍鋅管，綁焊在錨桿上，注漿管上端也接一反絲接頭。注漿管其下端距錨桿下端約20 cm。

2)錨桿安裝。

錨桿通過(guò)其上端的反絲接頭與鉆桿相接，逐節(jié)安裝鉆桿，將錨桿放至孔底。同時(shí)注漿管也通過(guò)反絲接頭與焊在錨桿上的注漿管逐節(jié)連接，下到孔內(nèi)。

3.2.6錨孔注漿

采用BW250/50柱塞壓力泵，通過(guò)注漿管將水泥漿注入錨孔，水泥漿為M40膨脹水泥砂漿，注漿量按照1.2倍充盈量考慮。注漿連續(xù)，中間不得停歇。

錨桿灌注水泥漿應(yīng)滿足下列要求：

1)適當(dāng)添加膨脹劑，達(dá)到無(wú)收縮要求，在無(wú)收縮的情況下，自由膨脹率為5%～10%；

2)水灰比不大于0.4；

3)相對(duì)粘度控制在(18±2)s；

4)錨孔內(nèi)灌注水泥漿應(yīng)達(dá)到孔頂并溢出5 s時(shí)長(zhǎng)。

3.2.7拆除導(dǎo)向架

錨孔施工完畢后，通過(guò)強(qiáng)力拉斷導(dǎo)向架底節(jié)與上節(jié)相連的定銷，剩余上部導(dǎo)向架完整提出孔外，再逐節(jié)卸出導(dǎo)向架樁。

3.2.8安裝灌注導(dǎo)管、灌注大孔混凝土

安裝導(dǎo)管、灌注大孔混凝土的工藝與鉆孔灌注樁灌注水下混凝土施工方法相同。灌注大孔混凝土，必須進(jìn)行二次清孔，沉渣厚度指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

4 錨巖樁的質(zhì)量控制及檢測(cè)

1)垂直度控制。

錨巖樁入巖部分比較淺大多在5 m左右，其垂直度主要由導(dǎo)向架控制，故導(dǎo)向架安裝時(shí)一定要確保垂直度在1%以內(nèi)。

2)錨巖孔的清潔度。

錨巖樁的抗拔力大小是由錨束和孔壁咬合力決定的，孔壁的清潔度決定了抗拔力大小，是錨巖樁關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)又是最容易忽視的問(wèn)題，清孔采用氣舉反循環(huán)清孔，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3)錨巖樁砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，要由有資質(zhì)單位對(duì)其進(jìn)行抗拔力檢測(cè)?？拱瘟Ψ显O(shè)計(jì)或規(guī)范要求才能進(jìn)入下一工序。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合溫州港狀元岙港區(qū)化工碼頭實(shí)踐證明，錨巖樁在覆蓋層薄或缺失、基巖強(qiáng)度高的海況或水上施工環(huán)境下的應(yīng)用，其工藝技術(shù)是成熟可靠的，有較高的安全性，質(zhì)量有保障，施工后經(jīng)檢測(cè)完全滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求。對(duì)類似工況條件工程具有一定的指導(dǎo)意義。