碼頭工程水上鉆孔樁施工技術及控制要點分析

陳鑫

淮安航務中心淮安航道管理站 江蘇 淮安 223001

引言

鉆孔灌注樁在港口碼頭工程的應用極為普遍，該技術存在工作量大、技術含量高、持續(xù)性強等特點，需要用于具備較復雜地質條件的水下隱蔽工程。但結合實際調研可以發(fā)現(xiàn)，水上鉆孔樁施工技術應用不當?shù)那闆r在碼頭工程中很容易出現(xiàn)，為規(guī)避相關問題，正是本文圍繞水上鉆孔樁施工技術開展具體研究的原因所在。

1 水上鉆孔樁施工技術及要點

1.1 技術特點

水上鉆孔樁施工技術屬于鉆孔灌注樁技術范疇，這類技術可在地層中通過鉆孔形成不同形狀的井孔，結合符合要求的設計標高，在井孔內放置鋼筋骨架，最終通過混凝土的灌注完成施工。水上鉆孔樁施工技術存在施工簡單、適用性強、成本低廉等優(yōu)勢，在港口碼頭建設中有著較為廣泛應用，但受到特殊的施工環(huán)節(jié)影響，水上鉆孔樁施工技術很多時候存在較高的應用要求，短期內的水上鉆孔樁施工往往會面臨多方面挑戰(zhàn)。預制樁、鋼管樁、鉆孔灌注樁均可以用于港口碼頭建設，但在成本、承載力方面，鉆孔灌注樁的優(yōu)勢極為明顯，這是由于港口碼頭存在較差的地質條件和較為薄弱的地質承載力。此外，港口碼頭往往存在較高的垂直負荷，這種情況下混凝土預制樁和鋼管樁的應用均存在較高成本，且施工過程會受到多方面因素影響，水上鉆孔樁施工技術能夠較好解決相關問題，更服務于港口碼頭建設[1]。

1.2 技術要點

在碼頭工程建設在，水上鉆孔樁施工技術的應用需要關注多方面要點，主要包括：

第一，準備工作。在應用水上鉆孔樁施工技術前，準備工作極為關鍵，具體涉及放樣和護筒埋設，而只有準確放樣，才能夠保證護筒埋設滿足要求。水上鉆孔施工中的護筒埋設需要進行錘擊打入，這一過程中需要通過護筒明確樁中心，為鉆機中心處理提供便利。在鉆孔過程中，鉆孔機的控制極為關鍵，應重點關注其水平和垂直度的控制。

第二，護筒埋設。水上鉆孔樁施工技術對護筒的質量要求較高，需設法保證護筒的持久和穩(wěn)固，不得出現(xiàn)滲漏問題，因此多選擇鋼材料護筒，且需要存在大于鉆孔直徑的護筒，具體基于鉆頭選擇確定護筒規(guī)格。如施工選擇旋轉鉆，需存在大于鉆孔直徑20cm的護筒直徑，如施工選擇水鉆，則需要存在大于鉆孔直徑40cm的護筒直徑。在具體埋設護筒的過程中，需保證坑底與四周含水量處于最佳狀態(tài)，護筒開孔位置的優(yōu)選也極為關鍵，孔內受到的靜水壓力損傷可隨之減少。在起落鉆頭的過程中，需避免護筒和鉆頭間出現(xiàn)碰撞，如護筒在鉆孔施工中出現(xiàn)冒水現(xiàn)象，鉆孔需要立即停止，同時通過黏土開展填實，處理。如護筒在鉆孔施工中移動，則需要重新安裝護筒。

第三，鉆進成孔。需基于旋轉的鉆具進行鉆孔，在切削土體的過程中，及時排出泥渣，這一過程需關注泥漿濃度和孔內水位，保證護壁要求得到滿足，否則鉆進施工將引發(fā)塌孔問題。施工過程中泥漿濃度和鉆進速率需結合工程實際情況確定，否則鉆進成孔過程很容易出現(xiàn)卡鉆、鉆機負荷超載、鉆孔偏斜等問題。在成孔后，需以細致檢查鉆孔的樁位、樁徑、深度、傾斜度。

第四，清孔。水上鉆孔樁的曲直直接受到鉆孔直徑、深度、位置等因素影響，如無法及時清理孔底，出現(xiàn)沉降的泥漿很容易引發(fā)塌孔問題。對于向一定深度鉆進的鉆頭，需要通過提升高度開展清孔處理，一般采用抽渣筒、各類鉆機進行清孔，這一過程需要攪碎較大石塊，保證清孔效果。

第五，制作鋼筋籠。在制作鋼筋籠的過程中，需要做好鋼筋的截斷、除銹、焊接等處理，相關標準需要嚴格落實，進而得到滿足工程要求的鋼筋籠。吊裝鋼筋籠前，需要細致檢查鉆孔，孔壁影響、內部塌孔情況屬于檢查的關鍵，這關系著吊裝鋼筋籠能否順利完成。在具體安裝的過程中，需要保證鋼筋籠孔位對準，并及時清除遇到的障礙物，安裝過程不得出現(xiàn)強行下放或速度過猛情況，否則很容易引發(fā)塌孔問題[2]。

第六，水下混凝土灌注。在開展灌注施工前，需保證所有人員均具備資質且完成技術交底工作，以此結合明確的施工技術組織方案和施工方案進行操作，這一過程需同時檢查施工方法和圖紙，施工材料與設備的嚴格檢查也極為關鍵；完成二次清孔后，水下混凝土需結合標準和設計進行灌注，這一過程需關注混凝土材料的流動性特點，科學控制其坍落度，多控制在180～220mm區(qū)間，可考慮加入適當減水劑和粉煤灰，混凝土的和易性可由此提升。為規(guī)避卡管問題，混凝土應盡可能選擇卵石作為石料，同時按照40mm控制石料最大粒徑，混凝土的運輸距離縮短、均勻拌和、快速灌注也需要得到重視；混凝土灌注施工需要持續(xù)進行，灌注不得中斷，在混凝土灌注至樁頂時，需進行1m超灌，樁頭質量可得到保障。在完成灌注后，還應做好養(yǎng)護工作，同時需要及時開挖露出聲測管，在完成符合標準的檢測后，方可進入后續(xù)施工。考慮到混凝土受到的溫度影響較大，如施工在0℃以下進行，保溫措施的科學選用極為關鍵，一般應在5℃以上的環(huán)境溫度下進行灌注施工；如非連續(xù)性灌注情況出現(xiàn)，施工人員需要對孔口返漿情況進行細致觀察，確定返漿停止后繼續(xù)進行灌注。為保證混凝土順利下落，可適當牽動管道，避免下落受阻、堵管等問題出現(xiàn)[3]。

2 實例分析

2.1 工程概況

為提升研究的實踐價值，本文以某碼頭工程作為研究對象，該工程由1座直立式碼頭、一座引橋、2座浮碼頭、相關建筑物及配套設施組成。直立式碼頭平臺的寬度、長度、頂面高程分別為20m、80m、188m，采用鉆孔灌注樁基礎，以梁框架結構作為上部結構，平臺由上鋪面板組成。碼頭平臺共設置44根樁基，后三排共設置33根，規(guī)格為1.8m，前沿設置11根，規(guī)格為2.2m。案例工程在水上鋼平臺、水中鉆孔樁的施工中投入大量精力且取得預期效果，本節(jié)主要圍繞案例工程的水中鉆孔樁施工實踐進行深入探討。

2.2 測量放樣

基于平臺，需要對樁基位置進行準確放樣，四個護樁通過中心點牽引出，同時通過油漆標示護樁并做好保護處理，這能夠為后續(xù)水中鉆孔樁施工的順利開展提供依據(jù)。

2.3 鋼護筒施工

在進行水中鉆孔樁施工前，需要制作鋼護筒，案例工程主要采用兩種規(guī)格的樁基鋼護筒，分別為Φ220cm、Φ240cm，鋼護筒定尺長度加工在工廠完成，每節(jié)長度控制在10m內，分節(jié)對接基于實際需要在施工現(xiàn)場進行，具體通過剖口雙面焊進行焊接，為規(guī)避漏水等問題，需要保證焊接質量和牢固性。完成鋼護筒制作后，配合使用振動錘和履帶吊進行鋼護筒下沉施工，首先需要設置設定位架于平臺樁位處，之后將第一節(jié)鋼護筒安裝于導向架內，導向架與護筒的固定需通過臨時焊接實現(xiàn)。進一步對第二節(jié)護筒進行準確定位，并通過焊接連接第一節(jié)護筒，將臨時焊接處割除，即可進行護筒下放。通過循環(huán)施工，可得到設計長度的鋼護筒，在護筒上口將吊裝的振動錘連接牢固，開展震動下沉處理，如下沉后的鋼護筒需要進一步加長，震動下沉需要在對接后進一步開展，最終保證鋼護筒到達設計深度，真正進入持力層。

2.4 泥漿配制

結合案例工程現(xiàn)場實際情況，施工單位針對性開展了泥漿池建設，其深度、寬度、長度分別為1.6m、2.5m、3.5m，泥漿攪拌機負責泥漿的現(xiàn)場拌制，之后向鉆孔灌注樁內注入，具體采用膨潤土配置泥漿。在具體的泥漿配置中，需保證其比重、pH值、黏度、失水量分別控制為1.1～1.4、8～10、18～28、14～20mL/30min，靜切力、膠體率、泥皮厚度、含砂率需分別控制為0～6、≥94%、≤2mm、＜3%。

2.5 水中鉆孔樁施工

結合案例工程現(xiàn)場條件，工程選用沖擊鉆機成孔，鉆頭為十字錐形式，清渣由正循環(huán)的泥漿泵負責，具體施工流程如下：

第一，鉆機固定。需結合懸掛錘頭規(guī)格完成鉆機就位，保證樁基中心與錘頭中心對齊，計算配重過程需要充分考慮錘進時的沖量，保證工作過程中機具穩(wěn)定。

第二，檢查機具。鉆機需要在使用前進行檢查，明確工作狀態(tài)，同時做好對錘頭與鋼絲繩的保養(yǎng)，二者的連接處尤為關鍵，連接處鋼絲繩需要存在最少80cm的返盤長度，同時設置繩卡于靠近錘頭處，具體數(shù)量為2個，遠離錘頭外的繩卡需要設置3個，為用于緩沖，需按照10～20cm控制間距。卷揚機軸承上的鋼絲繩需要整齊盤繞，通過定期涂抹黃油，保證其工作狀態(tài)能夠滿足施工需要。

第三，鉆孔。在鉆孔施工過程中，最初需要慢速鉆進，在鉆頭和導向部位全部進入地層后，鉆進速度可適當加快并連續(xù)進行鉆進施工，不得出現(xiàn)中斷情況。鉆孔過程需要經(jīng)常開展泥漿試驗，保證其性能達標，同時鉆進過程需要對鉆渣試樣進行撈取，以此為依據(jù)確定入巖深度。在鉆頭的升降過程中，需要保證其平穩(wěn)性，提出孔口時的鉆頭不得與護筒底部、護筒孔壁間出現(xiàn)鉤掛、碰撞等問題。

第四，終孔。在到達設計高程后，需要進行孔深測量，測量需圍繞護筒四周的四個點進行，以此明確孔底水平情況，必要時需要開展技術處理，這一環(huán)節(jié)需保證存在大于等于設計孔深的實際孔深。如存在近似水平的孔底，在完成數(shù)據(jù)的記錄測量后，孔體垂直度及縮徑現(xiàn)象需要通過孔規(guī)進行檢測，后續(xù)工作需要在確定合格后開展。

第五，清孔。在終孔后，需通過換漿法進行清孔處理，這一過程需要聚焦泥漿含砂率及比重的定時檢測，在泥漿的黏度、含砂率分別控制為18～24s、＜4%時，清孔作業(yè)可以停止。如存在過長清孔時間，可定時提動錘頭，保證泥漿中的沉淀物保持懸浮狀態(tài)。

第六，鋼筋籠施工。需基于規(guī)范和設計要求控制鋼筋籠的尺寸和質量，同時加工過程中分段進行編號，運輸過程需要使用專用車輛，入孔過程需要得到吊車的支持并開展分段焊接。焊接過程需要控制焊接質量并保證鋼筋籠整體的軸線順直，起吊過程中不均勻受力情況不得出現(xiàn)，避免鋼筋籠變形，因此起吊過程需要對準鉆孔中心豎直插入鋼筋籠。對于入孔的鋼筋籠，其平面位置需要結合護樁開展檢測和調整，滿足規(guī)范和設計要求。在綁扎、安裝、焊接鋼筋的過程中，施工人員不僅需要遵循招標技術文件的要求和規(guī)定，還需要保證混凝土灌注前鋼筋籠的有效固定、保護層鋼筋的事先焊接，以此避免鋼筋籠傾斜、移動、上浮等問題出現(xiàn)。綁扎完鋼筋籠后還需要進行聲測管的安裝，這一過程的密封處理極為關鍵，避免管道被雜物、砂漿堵塞。

第七，安裝導管。在安裝導管的過程中，這一安裝需要在鋼筋籠入孔就位后及時開展，具體配置以孔深為依據(jù)，安裝過程中的拼裝需嚴格遵循密水試驗確定的編號順序，入孔前需要對導管的接頭外絲扣、密封墊開展細致檢查，保證其不存在問題，孔與安裝到位后導管下端口的距離需要控制在20～40cm區(qū)間。

第八，混凝土灌注。在安裝鋼筋籠后，需要多沉淀厚度進行檢測，只有檢測結果滿足要求，才能夠進行混凝土灌注，否則需要進一步進行清孔處理。案例工程選擇標準管進行混凝土灌注導管的拼接，具體規(guī)格為300mm，在將漏斗接于導管上部后，通過混凝土輸送泵和混凝土運輸車進行混凝土的連續(xù)灌注，埋置導管1m要求需要在首批混凝土灌注過程中得到滿足，進而滿足后續(xù)施工需要。施工過程需要嚴格控制混凝土灌注量，為明確水中鉆孔樁的首盤方量，需綜合泥漿深度、混凝土拌合物重度、泥漿重度、導管初次埋置深度、樁徑等指標開展針對性計算。

第九，無破損檢測。在完成水下混凝土灌注后，灌注情況需要結合灌注記錄進行檢測，檢測涉及抗壓強度，同時需通過無破損法對樁身質量進行逐樁檢測[4]。

3 結束語

綜上所述，水上鉆孔樁施工技術能夠較好用于碼頭工程建設。在此基礎上，本文涉及的測量放樣、鋼護筒施工、泥漿配制、水中鉆孔樁施工等內容，則直觀展示了水上鉆孔樁施工技術的具體應用要點。為更好服務于碼頭工程建設，水上鉆孔樁施工技術的應用還需要關注施工模擬、技術交底、新材料與新設備應用。