海上嵌巖樁穿透厚拋石層成孔施工方法

◎ 劉榕彬 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門(mén)分公司

1.工程概述

1.1 工程概況

福州港松下港區(qū)防波堤二期工程位于福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)松下鎮(zhèn)牛頭灣作業(yè)區(qū)，建設(shè)內(nèi)容包括一條長(zhǎng)2364.033m的拋石防波堤和一條連接通道（包含棧橋段和拋石斜坡堤段）。其中，連接通道棧橋長(zhǎng)138.5m、寬8m，頂標(biāo)高17.5m～15.5m。棧橋包含3個(gè)墩臺(tái)，每個(gè)墩臺(tái)布置4 根φ1600m m嵌巖樁。其中，1#、2#墩臺(tái)嵌巖樁要求進(jìn)入中風(fēng)化層不少于5m，其樁長(zhǎng)分別為43m、30m；3#墩臺(tái)嵌巖樁要求進(jìn)入中風(fēng)化層不少于7m（位于西洛島礁盤(pán)處，覆蓋層較?。?，樁長(zhǎng)為20m。棧橋兩端分別與一期防波堤、連接通道斜坡堤連接。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，連接通道棧橋嵌巖樁所在區(qū)域原地面標(biāo)高為+3m～+5m左右，地質(zhì)情況由上而下大致可分為7層：①拋填石、②粉質(zhì)黏土、②-1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③粉質(zhì)黏土混碎石、④中砂、⑤碎石混粘性土、⑥砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、⑦中風(fēng)化花崗巖。其中，拋石層厚度為9m～17m，1#墩臺(tái)嵌巖樁區(qū)域拋石層厚度最厚約17m，3#墩臺(tái)拋石層厚度約9m，為一期防波堤拋填的堤心石及護(hù)面大塊石石料，拋石層表面石料規(guī)格較小，系經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期海浪沖刷所堆積覆蓋的碎石層。

2.施工工藝

2.1 施工便道拋填

考慮到連接通道棧橋建設(shè)施工期較長(zhǎng)，為了保障防波堤主體拋石施工進(jìn)度，如果在棧橋建好后再進(jìn)行防波堤主體堤心石拋填勢(shì)必影響工期，而且施工重載運(yùn)輸車輛的通行容易對(duì)棧橋面層等造成損壞，往返施工車輛重量不同，棧橋兩側(cè)長(zhǎng)期受偏心荷載作用，存在安全隱患。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的勘察測(cè)量，確定在棧橋北側(cè)拋填一條寬9m、標(biāo)高為+11.0m的臨時(shí)施工便道連接一期防波堤和通道斜坡堤，施工便道填筑堤心石前，為了保證堤心石在填筑過(guò)程中不被涌浪沖刷損壞，減少塊石流失量，在低潮期間采用360挖掘機(jī)對(duì)施工便道兩側(cè)分段、分層碼砌大塊石護(hù)面擋墻，大塊石規(guī)格≥4t。北側(cè)由于受東北季風(fēng)及臺(tái)風(fēng)影響比較大，設(shè)計(jì)碼砌兩層大塊石護(hù)面擋墻，施工通道南側(cè)碼砌一層大塊石護(hù)面擋墻，保證碼砌的大塊石能夠形成一個(gè)整體。同時(shí)，該便道與搭設(shè)的3個(gè)嵌巖樁施工鋼平臺(tái)相連接，可作為棧橋樁基、墩臺(tái)材料運(yùn)輸及混凝土澆筑施工機(jī)械的駐位平臺(tái)，并可抵擋防波堤外側(cè)涌浪，對(duì)施工鋼平臺(tái)及嵌巖樁施工起到很好的掩護(hù)作用，該施工便道將在防波堤施工完成后挖除。

2.2 施工鋼平臺(tái)搭設(shè)

樁基施工區(qū)域?yàn)橐黄诜啦ǖ虙佁钍?，?biāo)高為+3～+5m，可在退潮時(shí)露出，地質(zhì)密實(shí)穩(wěn)定。故考慮采用挖掘機(jī)趁低潮對(duì)每個(gè)墩臺(tái)施工區(qū)域原地面進(jìn)行開(kāi)挖平整，在平整好的地面上澆筑3條混凝土條形基礎(chǔ)，并在此條形基礎(chǔ)中預(yù)埋鋼板，分別與每根φ630mm鋼管樁相連接，后續(xù)進(jìn)行鋼管間剪刀撐和水平撐、36工字鋼橫梁及縱梁、14工字鋼分配梁、鋼面板鋪設(shè)及欄桿焊接加固，從而完成整體鋼平臺(tái)搭設(shè)施工。為了確保嵌巖樁開(kāi)孔時(shí)鋼平臺(tái)穩(wěn)定，在鋼平臺(tái)搭設(shè)施工前，每根嵌巖樁位置預(yù)先埋設(shè)一節(jié)外護(hù)筒，其頂面需比原地面高1.0m，以利于后續(xù)外護(hù)筒接長(zhǎng)施工。

2.3 鋼護(hù)筒施工

由于本工程嵌巖樁施工區(qū)域拋石層較厚（9m～17m），拋石層塊石間存在孔隙、透水性強(qiáng)，沖孔過(guò)程中易受漲退潮影響造成護(hù)筒滲漏現(xiàn)象，導(dǎo)致孔內(nèi)泥漿流失，塊石遭水流掏刷塌陷。故嵌巖樁成孔采用內(nèi)外兩層護(hù)筒施工工藝，外護(hù)筒φ1.8m、壁厚10mm，內(nèi)護(hù)筒為φ1.6m、壁厚16mm嵌巖樁鋼套管，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每根鋼套管均應(yīng)沉樁至中風(fēng)化層頂面。

搭設(shè)鋼平臺(tái)前，采用挖坑埋設(shè)法預(yù)先埋設(shè)一節(jié)外護(hù)筒，測(cè)量定位后采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，埋設(shè)一節(jié)長(zhǎng)度為3m的外護(hù)筒，埋設(shè)時(shí)需采用全站儀測(cè)量平面位置及垂直度，每根樁施工前再接長(zhǎng)外護(hù)筒，使護(hù)筒頂高出施工鋼平臺(tái)面0.5m。此外護(hù)筒起到引孔作用，并跟隨鉆孔施工不斷加長(zhǎng)跟進(jìn)，直至外護(hù)筒穿過(guò)拋石層后停止。

外護(hù)筒跟進(jìn)時(shí)在其頂面蓋一塊厚度10cm的鋼板替打，用沖孔鉆機(jī)上卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊沖擊錘輕輕敲打鋼板表面，起錘高度宜在30mm左右，以防護(hù)筒頂卷邊變形。待φ1.6m鋼套管沖孔至中風(fēng)化層后，采用160t履帶吊配和振動(dòng)錘一次施打沉放到位。

2.4 沖擊成孔

本工程采用的樁機(jī)為沖擊式鉆機(jī)，考慮以鄰近樁基的鋼護(hù)筒作為泥漿循環(huán)池，并設(shè)置漿渣分離裝置，放置于樁基施工平臺(tái)上，用泥漿泵抽取泥漿到漿渣分離裝置中過(guò)濾巖渣，過(guò)濾后的泥漿循環(huán)使用。

（1）沖孔。在開(kāi)始進(jìn)行拋石層沖孔時(shí)應(yīng)低錘密擊，選用的沖擊錘為直徑1.75m、重量5t的十字型錘頭。沖孔時(shí)，該沖擊錘可使孔內(nèi)直徑擴(kuò)大至約1.9m，更有利于外護(hù)筒跟進(jìn)，至外護(hù)筒穿過(guò)拋石層后停止，更換直徑為1.55m的沖擊錘進(jìn)行下一層土質(zhì)沖孔施工。當(dāng)遇到?jīng)_擊表面為傾斜巖面或有大塊石時(shí)，應(yīng)投入小片石或混凝土塊將表面墊平后再?zèng)_擊成孔，沖孔至中風(fēng)化層頂面時(shí)沉放安裝φ1.6m鋼套管，鋼套管采用160t履帶吊配振動(dòng)錘一次施打沉放到位。鋼套管安裝完成后（此時(shí)可拔除外護(hù)筒）繼續(xù)沖孔，達(dá)到設(shè)計(jì)嵌巖深度后停止。

（2）清孔。每根嵌巖樁終孔后采用掏渣筒方法清孔，第一次清孔通過(guò)不斷循環(huán)孔內(nèi)泥漿帶出石渣實(shí)現(xiàn)，由于棧橋嵌巖樁設(shè)計(jì)鋼套管已施打至中風(fēng)化層頂面，清孔時(shí)主要以帶出孔里石渣為主，主要檢測(cè)孔底沉渣厚度，不存在縮孔和塌孔隱患，可適當(dāng)放寬孔內(nèi)泥漿指標(biāo)。鋼筋籠安放完后再次檢查孔底沉渣厚度，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，嵌巖樁樁底沉渣厚度應(yīng)≤50mm，如不滿足要求則進(jìn)行二次清孔，直至滿足設(shè)計(jì)要求，泥漿相對(duì)密度應(yīng)達(dá)到1.1～1.2、含砂率4%～6%、稠度20s～22s。

2.5 鋼筋籠制安

本工程的鋼筋籠均在設(shè)置于一期防波堤堤頭處的鋼筋加工棚內(nèi)下料分節(jié)加工制作，加勁圈采用10槽鋼3m布置一道，并在加勁環(huán)上焊10槽鋼三角型加強(qiáng)撐。主筋采用機(jī)械接頭連接，同一截面接頭不超過(guò)50%，接頭處相鄰鋼筋應(yīng)上下錯(cuò)開(kāi)，主筋直徑40mm，經(jīng)計(jì)算接頭錯(cuò)開(kāi)距離至少需1.4m。主筋與箍筋點(diǎn)焊焊接，鋼筋骨架上應(yīng)事先設(shè)置墊塊。鋼筋籠可采用起重量160t的防波堤18t扭王塊安裝履帶吊進(jìn)行安裝，鋼筋籠安裝完成后用槽鋼將鋼筋籠固定在鋼套管上，避免發(fā)生傾斜和位移。

2.6 水下混凝土澆筑

本工程嵌巖樁混凝土添加適量微膨脹劑，達(dá)到無(wú)收縮混凝土程度，使混凝土與鋼套管結(jié)合緊密無(wú)縫。根據(jù)《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》（JTS 215-2018）計(jì)算式：

式中：V為灌注首次混凝土所需體積，m3；D為樁孔直徑，m；H1為樁孔底至導(dǎo)管底端的距離，m，宜取0.3m～0.5m；H2為導(dǎo)管初次埋置深度，m；d為導(dǎo)管內(nèi)徑，m；h1為樁孔內(nèi)混凝土達(dá)到埋置深度H2時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外泥漿壓力所需的高度，m。

可得出樁徑1.6m時(shí)首批混凝土所需數(shù)量及現(xiàn)場(chǎng)配備集料斗大小。當(dāng)料斗內(nèi)混凝土方量達(dá)到首批方量后剪斷隔水栓，使隔水栓隨導(dǎo)管內(nèi)混凝土下落，并安排泵車立即往料斗中泵送混凝土，完成首批混凝土的灌注。水下混凝土澆筑過(guò)程中控制導(dǎo)管埋管深度為2m～6m，直至嵌巖樁澆筑完成。本工程樁基施工中樁頂混凝土采用溢漿法，保證混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)值。

3.樁身施工質(zhì)量檢測(cè)

混凝土質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行，本工程采用聲波透射法及低應(yīng)變法檢測(cè)12根嵌巖樁，鉆芯取樣檢測(cè)數(shù)量為3根，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，應(yīng)用鋼護(hù)筒跟進(jìn)并穿過(guò)超厚拋石層的嵌巖樁成孔施工方法，可避免由于塊石間空隙及漲退潮水頭差造成水流掏刷泥漿護(hù)壁而帶走泥漿引起的塌孔現(xiàn)象，提高了嵌巖樁施工效率，可為其他類似工程提供借鑒。