海上鋼管嵌巖樁斜樁施工技術(shù)

梁昆，張禹，陳冬宇

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 工程概況

西哈努克港7×135 MW機(jī)組工程通用碼頭（1號泊位）工程項目位于柬埔寨西哈努克市（Sihanoukville），西哈努克港以北約15 km，蘇基密（Sokimex）原油碼頭以北4 km處海岸。

碼頭全長244 m，由36榀排架252根直徑φ1 000，壁厚20 mm的Q345B鋼管樁組成 ，樁長12～30 m不等。每榀排架間距7.2 m，由7根鋼管樁組成，包括1對叉樁和5根直樁。斜樁平面扭角16°，斜度5∶1。鋼管樁樁端嵌巖部分樁徑0.9 m，嵌巖深度6m，樁內(nèi)混凝土灌注高度9m；混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級C40，保護(hù)層厚度70 mm。

2 工程地質(zhì)

本工程嵌巖樁施工范圍內(nèi)無影響施工的地下管線，嵌巖樁成孔將穿越淤泥、粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，進(jìn)入中風(fēng)化粉砂巖。

強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，區(qū)內(nèi)普遍分布，厚度變化較大，巖芯砂土狀，或碎塊狀，原巖結(jié)構(gòu)較清晰，礦物風(fēng)化不均勻，大部分礦物已風(fēng)化成粉狀，局部含碎石狀殘留巖塊，巖芯手可折斷，捏散，浸水軟化，個別鉆孔夾泥巖。該層共進(jìn)行標(biāo)貫試驗19次，其擊數(shù)離散性很大，均大于50擊。

中風(fēng)化粉砂巖，全區(qū)分布，巖芯呈餅狀、短柱狀，錘擊聲啞易斷，原巖層理清晰，見順裂隙風(fēng)化現(xiàn)象，部分見棕色礦物渲染，未充填或半充填，巖質(zhì)堅硬，金剛石鉆進(jìn)，局部夾有泥巖。

3 施工工藝流程及施工方法

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→鋼管樁打設(shè)及夾樁→平臺搭設(shè)→鉆機(jī)就位→鉆孔→清孔→吊裝鋼筋籠→混凝土灌注→鉆機(jī)移位。

3.2 施工方法

1） 鉆機(jī)選型

在保證施工質(zhì)量與進(jìn)度的前提下，結(jié)合本工程實際情況，綜合考慮平臺搭設(shè)、吊裝機(jī)械及施工成本，選用JK-8型沖擊鉆機(jī)。JK-8沖擊式鉆機(jī)底盤不需進(jìn)行大的改動，采購成本相對較低，電力的需要量相對較小，采用5 t重錘施工時，對于中風(fēng)化及新鮮巖層，鉆進(jìn)速度一般為0.2～0.4 m/h，施工作業(yè)操作較易。但是用沖擊式鉆機(jī)進(jìn)行斜樁成孔時，需要對鉆頭進(jìn)行改進(jìn)甚至重新設(shè)計制作。

2） 施工平臺搭設(shè)

本工程斜樁72根，JK-8型沖擊鉆鉆機(jī)自重10 t，錘頭自重5 t?，F(xiàn)場施工平臺以鋼管樁為支撐，搭設(shè)前進(jìn)行了詳細(xì)的受力計算。

為防止焊接牛腿施工對鋼管樁防腐涂層造成破壞，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，支點采用雙φ25 mm圓鋼吊拉，平臺主梁采用雙拼35工字鋼，平臺次梁采用20工字鋼，擺放間距為1m，鉆機(jī)走管擺放處加密至0.5 m，頂面鋪設(shè)3 cm木板，用φ12鋼筋固定。

鋼管樁斜樁存在空間扭角，導(dǎo)致每排鋼管樁兩側(cè)都會有一根斜樁因距離過大無法吊拉拉桿，每一側(cè)采用2根斜拉20工字鋼替代拉桿，將工字鋼一端焊接在主梁頂面，另一端焊接于鋼管樁側(cè)面（位于允許焊接范圍之內(nèi)）。

3） 沖擊錘制作

采用JK-8沖擊鉆進(jìn)行鋼管嵌巖斜樁的成孔，將鉆頭改裝成圓筒形錘頭，圓筒型沖擊錘錘頭由2 cm厚鋼板和鉆齒制成，圓筒與鋼管樁相互作用作為導(dǎo)向系統(tǒng)，錘長度要保證沖擊時不少于1.5m的長度留設(shè)在鋼管內(nèi)；圓筒外側(cè)加焊φ25 mm螺旋形鋼筋，作用為：1）鉆頭體在上下沖擊時，斜向螺旋筋沿孔壁運動會使鉆頭體進(jìn)行小角度的旋轉(zhuǎn)，有效覆蓋樁孔全斷面而不留盲區(qū)。2） 減少鉆頭體與孔壁的接觸面，減少上下摩擦阻力。3）孔壁間的空隙有利于泥漿排泄上返，減小水阻，提高沖擊力。4） 可隔離錘體圓筒與鋼管樁的接觸，避免錘體對鋼管的損害，在后續(xù)錘頭修補(bǔ)中只需更換新的螺旋筋，簡便易行。

圓筒型沖擊錘φ860 mm，長8 m，重量5 t，鉆頭底刃由8組沖擊刃組成，如圖1。

4） 沖擊成孔

鉆孔時，向護(hù)筒內(nèi)注水和黏土，采用低錘密擊使孔底以上1 m之內(nèi)始終保持泥漿重度在15 g/cm3以上，鉆孔達(dá)到一定深度后才能正常沖擊。

為保證孔內(nèi)水頭高出水面1.5 m左右，在施工時及時補(bǔ)漿、抽漿，以保證孔內(nèi)水壓穩(wěn)定。

圖1 圓筒型沖擊錘頭Fig.1 The tubular type im pacthammer

鉆孔排出的泥漿進(jìn)入泥漿池，將泥漿泵入上方水力旋流除砂器，細(xì)粒巖渣分離后排入泥漿船，分離出的好泥漿補(bǔ)給到鉆孔內(nèi)形成循環(huán)。

當(dāng)沖孔到達(dá)巖面時，需要監(jiān)理工程師確認(rèn)，并做好巖樣記錄。當(dāng)沖孔深度達(dá)到設(shè)計要求入巖深度或樁底標(biāo)高時，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后，將鉆頭提出鋼管樁，立即進(jìn)行清孔。

5）終孔及驗收清孔

清孔時將鉆頭提升孔底約50 cm左右，緩慢提放鉆頭，維持泥漿循環(huán)，將孔底沉渣清除干凈。驗收合格后停機(jī)，進(jìn)行下一道工序施工。

6） 鋼筋工程

鋼筋籠在制作場地加工成型，每隔4 m設(shè)置π形定位鋼筋，每截面均勻布置6根且與主筋焊接，確保鋼筋的保護(hù)層厚度。鋼筋籠入孔時，保持與鋼管樁相同斜度，慢放入孔。入孔后應(yīng)緩慢下放，不得左右旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁高提猛落和強(qiáng)制下放。

7） 混凝土澆筑

混凝土采用導(dǎo)管法灌注，現(xiàn)場2.0 m3強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)攪拌，9.0 m3的混凝土罐車運至臨時碼頭，罐車自卸至600 t方駁上13 m3灰斗內(nèi)。到達(dá)現(xiàn)場后，采用1.5 m3反鏟裝灰入吊罐，100 t方駁吊機(jī)吊運吊罐下灰至導(dǎo)管頂部的圓形漏斗內(nèi)。

澆筑水下混凝土?xí)r，利用沖擊鉆升降架作混凝土導(dǎo)管升降設(shè)備?；炷翆?dǎo)管為內(nèi)徑φ250mm、壁厚5 mm鋼管，管節(jié)長度1.5～4.0 m，管與管之間用法蘭連接，隔水裝置采用球膽。

導(dǎo)管使用前應(yīng)按實際節(jié)數(shù)和長度進(jìn)行試拼，并進(jìn)行水壓試驗，試驗壓力不應(yīng)小于工作壓力的1.5倍。

灌注過程中常用測深水鉈對混凝土面上升高度進(jìn)行探測，并伴隨灌注混凝土緩慢提升導(dǎo)管，保證導(dǎo)管埋深在2～6m。

導(dǎo)管提升必須有專人指揮，防止鋼筋籠被導(dǎo)管掛住一起提升。對于斜樁采用錐鼓型導(dǎo)向定位環(huán)將導(dǎo)管定位在樁內(nèi)，定位環(huán)在導(dǎo)管上、中、下部各焊接1個。導(dǎo)向定位環(huán)采用3 mm厚薄鋼板制作，表面必須平滑無毛刺，以免卡住鋼筋籠，且直徑小于鋼筋籠內(nèi)徑10 cm。定位環(huán)設(shè)置在距導(dǎo)管底部不少于2 m位置，避免定位環(huán)埋入混凝土內(nèi)。

灌注過程中，為防止鋼筋籠上浮，采用在鋼筋籠底部焊接鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片采用φ8鋼筋焊接，間距2 cm。鋼筋網(wǎng)片與鋼筋籠主筋焊接牢固，防止在混凝土的沖擊下與鋼筋籠分離。

樁頂混凝土終灌標(biāo)高將超出設(shè)計樁頂標(biāo)高不少于0.5m。

8） 樁檢測

根據(jù)設(shè)計要求，低應(yīng)變檢測抽查10%，高應(yīng)變檢測抽查5%，需做低應(yīng)變的鋼管嵌巖樁樁芯需灌注C20素混凝土。即樁身混凝土分3段：樁底嵌巖段為C40混凝土，樁身中部為C20素混凝土，樁頭結(jié)構(gòu)為C40混凝土。該部分樁采用一次到頂?shù)臐仓绞?，澆筑前為保證超灌量，鋼樁頂焊接同直徑鋼護(hù)筒（壁厚8 mm，高度50～80 cm），樁帽施工前進(jìn)行鑿除。共檢測26根，Ⅰ類樁率93%。

4 結(jié)語

近年來，隨著技術(shù)水平的提高，國內(nèi)外已生產(chǎn)出專業(yè)的斜孔鋼管嵌巖灌注樁成孔鉆機(jī)。但在柬埔寨地區(qū)，施工機(jī)械極度匱乏，新購設(shè)備費用高昂。本工程斜孔鋼管嵌巖灌注樁施工工法的成功實施，解決了頂置式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)或立軸式回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工較為復(fù)雜的問題，提高了施工效率，加快了施工進(jìn)度，節(jié)省了施工成本。本工法施工適應(yīng)性好，施工安全系數(shù)高，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價值。

[1] 陳頌潮.海上嵌巖灌注樁施工技術(shù)[J].中國港灣建設(shè)，1999（5）：41-46.CHEN Song-chao.Construction technology of underwater rocksocketed case-in-situ piles[J].China Harbour Engineering,1999(5):41-46.

[2]JTJ285—2000，港口工程嵌巖樁設(shè)計與施工規(guī)程[S].JTJ285—2000,Design and construction code of rock-socketed piles forharbourengineering[S].

[3] JTJ254—1998，港口工程樁基規(guī)范[S].JTJ254—1998,Code for pile foundation ofharbourengineering[S].