廣西北海潿洲島某原油碼頭引橋鉆孔灌注樁施工技術(shù)

楊洪明，楊祝青，王現(xiàn)國

(1.中鐵港航(廣東)海洋工程有限公司，廣東 廣州510623;2.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州510230;3.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州450001)

廣西北海潿洲島某原油碼頭引橋鉆孔灌注樁施工技術(shù)

楊洪明1，楊祝青2，王現(xiàn)國3

(1.中鐵港航(廣東)海洋工程有限公司，廣東 廣州510623;2.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州510230;3.河南省地質(zhì)調(diào)查院，河南 鄭州450001)

根據(jù)廣西北海潿洲島某原油碼頭的工程水文地質(zhì)條件，采用鉆孔灌注進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工，對鉆孔灌注樁的施工方法、工藝流程、鋼筋籠吊放、水下澆筑等關(guān)鍵施工工藝和技術(shù)進(jìn)行討論，提出幾種常見的質(zhì)量問題及防范措施。

潿洲島;鉆孔灌注;水下澆筑;混凝土

廣西北海潿洲某原油碼頭新建工程有30萬 t接卸泊位一個(gè)、引橋2 800 m、工作船碼頭一座。其中引橋部分由78 m跨度鋼桁架引橋和15 m跨度鋼筋混凝土小排架引橋結(jié)構(gòu)組成。排架總長度887.5 m，共60個(gè)排架。根據(jù)設(shè)計(jì)要求排架基礎(chǔ)必須以中風(fēng)化或微風(fēng)化玄武巖為持力層，樁尖嵌入中風(fēng)化巖厚度不少于3 m，嵌入微風(fēng)化巖厚度不少于2.5 m。

排架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土灌注樁，樁基礎(chǔ)共計(jì)124根樁(其中42根為沖孔灌注樁，82根為鉆孔灌注樁;)樁徑Φ 1 500 mm，樁長22.5 m，混凝土 C40;為此，鉆孔成孔施工工藝成為本工程的重點(diǎn)。在此本文簡要介紹鉆孔灌注樁施工技術(shù)，并對在施工過程中常見的問題進(jìn)行了分析。

1 工程地質(zhì)概況

1.1 工程水文地質(zhì)條件

工程位于北部灣潿洲島西北側(cè)，地屬亞熱帶海洋性氣候，季風(fēng)盛行，高溫多雨。年均氣溫23.1℃。年均降水量1 379.5 mm。冬季受北風(fēng)影響，風(fēng)向多偏北，夏季受西南方向季風(fēng)影響，風(fēng)向以SW為主，每年5～11月受臺(tái)風(fēng)影響。工程小排架位置天然水深－2.0～0 m，一個(gè)月內(nèi)有20 d每日出現(xiàn)一次高潮，一次低潮;7 d出現(xiàn)兩次高潮，兩次低潮。設(shè)計(jì)高潮位+4.85 m，設(shè)計(jì)低潮位+0.67 m。潮流為沿海岸線走向的往復(fù)流，落潮流速大于漲潮流速，表層流速大于底層流速;漲潮平均流速0.35 m/s左右最大流速為0.60 m/s;落潮平均流速 0.41 m/s左右，最大流速為 0.65 m/s。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)鉆探揭示排架結(jié)構(gòu)工程場區(qū)主要發(fā)育地層如下:

1)生物礁灰?guī)r:厚度變化較大，層厚3～7.5 m不等;質(zhì)軟，生物結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，主要礦物為珊瑚碎塊、貝殼碎塊等，充填較多中細(xì)砂;本層主要指標(biāo)為單軸飽和抗壓強(qiáng)度2.8 MPa。

2)全風(fēng)化玄武巖:稍濕，可塑～硬塑，呈砂混粘土狀，平均厚度 1.0 m(0.5 ～1.5 m);本層主要指標(biāo)為 N=32.3 擊(20～40擊);

3)強(qiáng)風(fēng)化玄武巖:堅(jiān)硬土狀，風(fēng)化裂隙發(fā)育，手可折斷，浸水崩解，平均厚度1.33 m(0.6～1.9 m)，本層主要指標(biāo)為N≥50擊;

4)中風(fēng)化玄武巖:質(zhì)硬，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為輝石、長石、石英等，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，平均厚度3.98 m(1.1～6.4 m)，本層主要指標(biāo)為單軸飽和抗壓強(qiáng)度為77.0 Mpa(35.1 ～110.6 Mpa);

5)微風(fēng)化玄武巖:硬質(zhì)巖，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為輝石、長石、石英等。平均厚度5.4 m(2.3～7.3 m)，本層主要指標(biāo)為單軸飽和抗壓強(qiáng)度為98.4 Mpa(74.4～ 120.0 Mpa);

6)中風(fēng)化凝灰?guī)r，濕，可塑，粘性一般，含少量細(xì)砂，厚度1.3 m，本層主要指標(biāo)為單軸飽和抗壓強(qiáng)度為18.7 Mpa;

7)中風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)角礫巖，質(zhì)軟，粉砂結(jié)構(gòu)，主要礦物成分為石英、火山灰等，平均厚度1.37 m(0.6～2.1 m)，本層主要指標(biāo)為單軸飽和抗壓強(qiáng)度為14.4 Mpa(2.2 ～26.6 Mpa)。

2 鉆孔灌注樁施工工藝

由于本工程樁尖持力層為中風(fēng)化或微風(fēng)化玄武巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬，設(shè)計(jì)要求樁尖入土深度在中風(fēng)化嵌巖層時(shí)不小于3 m，微風(fēng)化嵌巖時(shí)不小于2.5 m。若采用普通鉆頭的回轉(zhuǎn)施工工藝鉆硬質(zhì)巖層鉆進(jìn)緩慢，且容易發(fā)生斷桿、掉桿以及鉆頭嚴(yán)重磨損等現(xiàn)象，甚至無法成孔。若采用一般重錘沖孔施工工藝，因地質(zhì)條件影響，較大的沖擊能對持力層基巖破壞較大，難以滿足樁基整體要求。

針對中風(fēng)化或微風(fēng)化玄武巖巖質(zhì)堅(jiān)硬等地質(zhì)條件的影響，擬采用高頻低能的大直徑回轉(zhuǎn)潛孔錘，氣舉反循環(huán)全斷面或分級造孔的施工工藝，以提高成孔效率，確?；鶐r持力層的完整性，滿足樁基整體要求。

施工時(shí)，基巖上部土層采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，刮刀鉆頭，卷揚(yáng)機(jī)控制鉆壓，置入粘土或自然土層造漿排渣，氣舉反循環(huán)造孔;基巖部分采用大直徑回轉(zhuǎn)潛孔錘，氣舉反循環(huán)全斷面或分級造孔。

2.1 施工工藝流程

鉆孔樁機(jī)就位→樁位復(fù)核→制漿鉆進(jìn)(刮刀鉆頭)→到基巖層面→更換鉆具→鉆進(jìn)(回轉(zhuǎn)潛孔錘)→致持力層→清孔排漿→鋼筋籠吊放→壓注砼→成樁→清洗機(jī)具、移機(jī)。鉆孔工藝見圖1。

圖1 鉆孔工藝圖

2.2 主要施工方法及技術(shù)要求

2.2.1 回轉(zhuǎn)鉆施工方法

鉆機(jī)定位 鉆機(jī)定位應(yīng)調(diào)平、周正、并對中，水平尺嚴(yán)格校正“三點(diǎn)一線”，施工時(shí)立軸線與樁位中心線應(yīng)重合。

鉆進(jìn)鉆進(jìn)過程中應(yīng)隨機(jī)多次檢查鉆機(jī)的垂直度及孔斜率，并依據(jù)不同地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整鉆速、鉆壓及泥漿性能，以防卡鉆，及時(shí)做好班報(bào)表記錄，有異常情況及時(shí)匯報(bào)，及時(shí)處理，直至設(shè)計(jì)標(biāo)高;并由監(jiān)理工程師簽認(rèn)。

2.2.2 回轉(zhuǎn)潛孔錘施工方法

在上部土層采用回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，刮刀鉆頭鉆致基巖面后;基巖部分采用大直徑回轉(zhuǎn)潛孔錘，氣舉反循環(huán)全斷面或分級造孔。其主要控制技術(shù)為:1)嚴(yán)格按潛孔錘施工要求進(jìn)行泥漿調(diào)節(jié)，盡量采用清水施工，局部較硬基巖采用分級造孔時(shí)，應(yīng)確保分級擴(kuò)進(jìn)孔和樁孔中心線的同線性;2)鉆頭和鋼護(hù)筒直徑偏差不得大于50 mm，應(yīng)使鋼護(hù)筒內(nèi)土質(zhì)或巖質(zhì)全段面排出及擴(kuò)孔孔徑滿足要求;3)鉆至基巖面鉆頭更換后，應(yīng)著重調(diào)節(jié)鉆壓及轉(zhuǎn)速，采用低壓，底轉(zhuǎn)速控制鉆進(jìn)進(jìn)尺的方式，以保樁底斜率和設(shè)計(jì)要求偏差不得大于50 mm;4)潛孔錘施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制風(fēng)壓、風(fēng)量及油量，確保潛孔錘孔內(nèi)施工效率，嚴(yán)防超鉆現(xiàn)象。

2.2.3 成孔質(zhì)量要求

直孔孔斜率小于1%;樁孔進(jìn)入設(shè)計(jì)持力層、達(dá)到設(shè)計(jì)要求;成孔后的孔底沉渣不得大于50 mm。

2.2.4 鋼筋籠吊放

在鋼筋籠吊放前，應(yīng)檢查灌注導(dǎo)管(接口)密封性，確保高密封，同時(shí)檢查導(dǎo)管內(nèi)是否附有固結(jié)物，以防灌注時(shí)堵管。應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范及設(shè)計(jì)要求制作，分段焊接時(shí)，其主筋焊接不小于10 d，嚴(yán)格控制上下對中，主筋凈保護(hù)層不得低于70 mm。φ10環(huán)螺旋布設(shè)，確保保護(hù)層厚度，樁鋼筋籠吊放時(shí)宜慢、穩(wěn)，安裝后，其中心線偏差不得大于1%，并將其固穩(wěn)，確保其樁內(nèi)居中，以防彎曲及灌注時(shí)上移。

2.2.5 C40不收縮混凝土施工

混凝土施工前，孔底沉渣不得大于50 mm，灌注時(shí)應(yīng)均勻，連續(xù)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，灌注過程中，嚴(yán)格控制漿液上升高度和整樁灌注時(shí)間，保持灌注連續(xù)性，最后一次灌注量，應(yīng)加以控制(通過計(jì)算與實(shí)測相結(jié)合)勿使樁頂漿液飽滿，確保樁身及樁頂質(zhì)量，確保樁身砼完整連續(xù)、無“五現(xiàn)象”(斷層、瓶頸、鋼筋揭露、離析、蜂窩)、膠結(jié)好、強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求以上，樁頂標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 施工技術(shù)質(zhì)量保證措施

鉆孔加沖孔灌注樁是一項(xiàng)質(zhì)量要求高，施工工序多，必須在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)連續(xù)完成的地下隱蔽工程，特別要把好鉆孔、清孔、下鋼筋籠和灌注混凝土這四道工序，根據(jù)規(guī)范要求和施工經(jīng)驗(yàn)，對樁孔質(zhì)量的控制(表1)，在施工中主要采取如下措施［1－2］:

表1 樁孔質(zhì)量控制表

2.3.1 垂直度控制

本工程采用潛孔錘施工時(shí)，鉆壓為潛孔錘自身重量，且在孔底施壓，具有良好的垂直導(dǎo)正性，能較高的滿足垂直度要求。

2.3.2 入巖深度的控制

鉆孔樁的嵌巖深度是保證單樁承載力的關(guān)鍵，施工人員應(yīng)結(jié)合施工中鉆孔巖樣、鉆進(jìn)速度等情況結(jié)合地質(zhì)報(bào)告來判定檢查其入巖深度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 孔底沉碴控制

施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格清孔質(zhì)量，采用反循環(huán)返渣，一般在安裝鋼筋籠后均能滿足要求，如果沉渣厚度超過設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)進(jìn)行二次清孔，或可通過更換新鮮泥漿調(diào)節(jié)泥漿性能，使孔底沉渣小于5 cm，孔內(nèi)少量鉆渣受泥漿膠體懸浮作用，在一定時(shí)間內(nèi)不下沉，以保證孔底干凈。

2.3.4 灌注水下砼的控制

水下澆筑混凝土，是成樁質(zhì)量最關(guān)鍵的工序，為保證灌注質(zhì)量，施工時(shí)采取如下措施:1)澆筑前仔細(xì)檢查施工機(jī)械設(shè)備情況，確保正常使用，預(yù)防因機(jī)械設(shè)備不正常造成的時(shí)間耽誤引起事故;2)為保證樁較深孔的順利澆筑，應(yīng)加快澆筑速度;3)保障混凝土澆筑的連續(xù)不間斷;4)派專人負(fù)責(zé)記錄水下砼澆筑情況，量測孔內(nèi)砼面位置和指導(dǎo)拆管。

3 結(jié)語

限于工程特殊的地理位置，在海上鉆孔灌注樁施工中要嚴(yán)格規(guī)范鉆孔樁施工工藝，尤其是對樁基沉降和樁徑摩擦力影響較大的鋼筋籠制作安放和水下澆筑混凝土的控制，以確保鉆孔樁各個(gè)環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。

此外，還應(yīng)制定嚴(yán)密的試樁方案，通過對樁基礎(chǔ)單樁靜載試驗(yàn)和群樁持荷沉降試驗(yàn)研究，獲取樁基的極限承載力和荷載傳遞規(guī)律，了解樁基沉降隨荷載與時(shí)間的變化規(guī)律;通過不同地質(zhì)、樁徑、樁長、不同鉆孔樁施工設(shè)備下的鉆孔樁工藝試驗(yàn)，以指導(dǎo)并規(guī)范鉆孔樁施工工藝以及橋梁各部分工程沉降差調(diào)整［3］。

［1］王亮.常德青峰煤礦四號井三水平二采區(qū)地面鉆孔注漿堵水工藝［J］.地下水.2011，33(3):105－106.

［2］景列芳.鉆孔灌注樁施工中的質(zhì)量事故及防范措施［J］.地下水.2010，32(5):134 －135.

［3］回達(dá)鵬 武廣客運(yùn)專線王觀坪大橋沖擊鉆孔施工技術(shù)［J］.西部探礦工程.2011(11):216－218.

U443.15+4

B

1004－1184(2012)04－0166－02

2012－03－13

楊洪明(1978－)，男，湖北廣水人，工程師，主要從事港口與航道工程施工管理工作。