大水位差鋼管嵌巖樁施工工藝研究

周曙　周斌

摘 要：大水位差的鋼管嵌巖樁的施工難度系數(shù)較大，對(duì)施工技術(shù)及管理水平要求較高。本文結(jié)合荊州港松滋港區(qū)車陽河綜合碼頭工程，深入研究大水位差下鋼管嵌巖灌注樁的施工工藝，通過施工實(shí)踐證明該工藝能安全、高效完成施工任務(wù)，并能顯著節(jié)約成本、提高工程管理水平，為以后從事大水位差下鋼管嵌巖灌注樁的施工提供指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：大水位差；鋼管嵌巖樁；施工工藝

中圖分類號(hào)：U443.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）02-0038-03

為契合國家西部大開發(fā)的戰(zhàn)略，港口航道建設(shè)的重心正在從沿海及長江中下游地區(qū)向長江中上游轉(zhuǎn)移。由于該區(qū)域地層多以卵石層、巖基為主且水位落差較大，PHC管樁、鋼管樁、鉆孔灌注樁等傳統(tǒng)高樁碼頭的樁基結(jié)構(gòu)形式在此多無法滿足設(shè)計(jì)、施工的需要。因此鋼管嵌巖樁正越來越多的被應(yīng)用于長江中上游高樁碼頭的建設(shè)中。與傳統(tǒng)的樁基結(jié)構(gòu)形式相比，鋼管嵌巖樁因其施工工藝復(fù)雜，安全、質(zhì)量控制難度大，已成為高樁碼頭施工中不可忽視的一環(huán)。因此，如何高效快速、保質(zhì)保量的完成其施工是水運(yùn)工程施工單位面臨的難題，對(duì)其施工工藝進(jìn)行研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本文試將通過荊州港松滋港區(qū)車陽河綜合碼頭工程的鋼管嵌巖樁施工實(shí)例對(duì)該工藝進(jìn)行研究。

1 工程概況

荊州港松滋港區(qū)車陽河綜合碼頭工程位于湖北省松滋市臨港工業(yè)園，地貌屬丘陵崗地，海拔在100米以下，最高點(diǎn)高程為91.8米；水域水深條件好，碼頭前沿水深基本在10米左右；沿江多為陡崖，水沫線附近基巖裸露（如圖1）。碼頭區(qū)水域水深流急，水下深槽、基巖陡坎發(fā)育，岸坡較陡。

本工程共需施工鋼管嵌巖樁120根，鋼管直徑Φ1600mm，嵌巖樁芯柱直徑Φ1450mm，混凝土采用水下C30，樁側(cè)主筋凈保護(hù)層50mm及111mm，樁底主筋凈保護(hù)層為100mm。芯柱完整性采用聲波透射法，樁內(nèi)預(yù)埋聲測(cè)管，下部至嵌巖芯柱底部，上部至高出基樁頂面20cm。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙顯示：設(shè)計(jì)低水位為+36.06m，設(shè)計(jì)高水位為+49.3m，水位情況受三峽大壩泄洪量影響較大，水位落差大，且碼頭所處區(qū)域?qū)儆趶澋理敍_河段，水流速度大。

2 施工工藝流程

主要施工工藝流程見圖2。

3 主要施工工藝

3.1 水上沉鋼護(hù)筒

選用我公司 “三航樁6”打樁船配D100柴油錘進(jìn)行沉鋼護(hù)筒施工，采用貫入度控制為主，標(biāo)高校核?？紤]到水流較快，打樁船拋錨時(shí)采用帶纜地籠，地籠在巖石上鑿出一個(gè)2m×1m×1m的坑，然后預(yù)埋φ32拉環(huán)，澆筑C40砼，打樁時(shí)打樁船船艏向岸打樁，前抽芯和邊纜及后面2個(gè)倒錨帶纜地籠，后抽芯采用拋錨，以保證打樁船安全。

鋼管樁沉樁后，由于水位差大，樁身自由長度較長、水流較快，為了確保樁位及后期施工平臺(tái)的穩(wěn)固，在鋼管樁沉放完畢后，及時(shí)焊接鋼橫撐對(duì)鋼管樁進(jìn)行加固，并在鋼護(hù)筒頂口兩側(cè)焊接牛腿、架設(shè)I36a，作為鋼管樁的加固措施以及上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)的承重結(jié)構(gòu)。

3.2 鉆機(jī)選型

根據(jù)鉆孔灌注樁和嵌巖樁直徑、深度、工程量和施工進(jìn)度要求，本工程選用8臺(tái)CZF-5/6型沖擊鉆機(jī)沖擊嵌巖成孔。CZF-5/6型沖擊鉆機(jī)（如圖3），主要性能參數(shù)見表1。鉆頭采用“空心錘”以便于沖擊時(shí)提高進(jìn)尺的效率，該錘直徑為1400mm，前段設(shè)置一個(gè)長600mm、直徑600mm的導(dǎo)向頭，鉆頭總長4.2m，重4.5t，定制加工、整體鑄造，如圖4。

3.3 沖擊成孔

鉆機(jī)就位后，將鉆機(jī)調(diào)平并對(duì)準(zhǔn)孔位，鉆機(jī)底部墊實(shí)、穩(wěn)定、平整，鋼絲繩與樁架上吊滑輪在同一垂直線上，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)將錘頭吊起，徐徐放進(jìn)護(hù)筒內(nèi)。

在開鉆之前先向孔內(nèi)投放黏土，直接用鉆頭沖擊攪拌造漿，泥漿有關(guān)性能指標(biāo)見表2。

同時(shí)，在沖擊成孔過程中，根據(jù)不同的深度設(shè)置不同的沖擊行程，在出護(hù)筒口2m范圍內(nèi)采取手動(dòng)低沖程（0.4m/擊）并降低沖擊頻率慢速進(jìn)行沖擊；在出護(hù)筒口2m范圍外后方可采取正常沖擊行程（0.7m/擊）進(jìn)行鉆孔。

清孔時(shí)，采用Ф400mm掏渣筒，盡量清除大顆粒沉渣，同時(shí)，輔以泥漿循環(huán)桶，以減少泥漿的稀釋；撈渣過程加強(qiáng)泥漿性能的檢測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泥漿性能不滿足相關(guān)要求時(shí)，要及時(shí)造漿，確保護(hù)壁效果。

3.4 驗(yàn)孔及清孔

鉆到設(shè)計(jì)位置后，進(jìn)行孔徑、孔深、孔位、傾斜度等的檢查，保證樁孔垂直和孔徑滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，迅速清孔，不得停歇過久使泥漿、鉆渣沉淀增多，造成清孔工作的困難。

清孔采用撈渣筒清孔，在清孔排渣時(shí)，必須注意保持孔內(nèi)水頭高于江面不小于1.5m。撈渣筒撈完以后，再次投入黃泥或袋裝水泥造漿，調(diào)整孔內(nèi)泥漿相對(duì)密度控制在1.10～1.20，粘度20～22s，含砂率4%～6%后，繼續(xù)撈渣2-3筒。

3.5 鋼筋籠工程

制作鋼筋籠時(shí)，按照設(shè)計(jì)尺寸做好定位圈鋼筋，標(biāo)出主筋位置，然后將主筋依此點(diǎn)焊在加勁筋上，確保主筋與加勁筋互相垂直、不變形，箍筋與主筋采用“梅花”跳焊，確保鋼筋籠牢固。加工完畢，鋼筋籠做好編號(hào)，再將鋼筋籠按編號(hào)逐節(jié)吊至存放場(chǎng)地存放。

安放鋼筋籠時(shí)，聲測(cè)管與鋼筋籠固定采用鐵絲十字型綁扎，間距2m，防止聲測(cè)管松動(dòng)；鋼筋籠外側(cè)設(shè)置控制保護(hù)層厚度的墊塊，其間距豎向?yàn)?米，橫向圓周不少于4處。

3.6 砼導(dǎo)管安放及砼施工

砼導(dǎo)管采用絲扣連接，安放導(dǎo)管前需進(jìn)行水密性試驗(yàn)，安放時(shí)要求垂直快速，安裝前要求認(rèn)真檢查各接口處橡膠墊圈，確保防水密封。同時(shí)，絲扣要求上緊，導(dǎo)管底標(biāo)高要求控制在距樁底標(biāo)高以上30～50cm處，并要求導(dǎo)管居中。嵌巖樁砼采用固定泵進(jìn)行水下砼施工。

3.7 施工中常見問題及處理方法

3.7.1 對(duì)于穿孔情況的處理

首先應(yīng)盡量避免出現(xiàn)穿孔的情況。對(duì)于大水位差、裸巖地質(zhì)上的沉鋼護(hù)筒，由于護(hù)筒外水頭壓力大、入巖深度淺等客觀原因，在沉鋼護(hù)筒的過程中即應(yīng)以貫入度控制沉樁施工，本工程施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況，貫入度在D100錘二檔能量下控制在6mm/擊，取得了較好的效果。

其次在鉆進(jìn)過程中，在出護(hù)筒口2m范圍內(nèi)采取手動(dòng)低沖程（0.4m/擊）并降低沖擊頻率慢速進(jìn)行沖擊；在出護(hù)筒口2m范圍外后方可采取正常沖擊行程（0.7m/擊）進(jìn)行鉆孔。若發(fā)現(xiàn)樁底確實(shí)存在“穿孔”的情況時(shí)立即停止鉆進(jìn)，下放導(dǎo)管，澆筑低標(biāo)號(hào)混凝土，一般要求混凝土灌至超出護(hù)筒底部1m，待混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度與周圍巖基緊密結(jié)合后，重新投入黃泥，造漿沖孔。

此外，在混凝土澆注時(shí)，為了防止發(fā)生穿孔現(xiàn)象，在護(hù)筒內(nèi)水位上升過程中，應(yīng)適當(dāng)放慢澆筑速度和減少導(dǎo)管埋深（但導(dǎo)管埋深不得小于2m），如果有必要，可以先暫停幾分鐘再繼續(xù)澆筑；同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)護(hù)筒內(nèi)混凝土面深度的測(cè)量，并與理論計(jì)算上升高度進(jìn)行校核，若發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)進(jìn)行處理。

3.7.2 對(duì)于塌孔情況的處理

在鉆孔過程中或成孔后均有可能發(fā)生塌孔現(xiàn)象，產(chǎn)生塌孔的原因分析如下：①泥漿性能不好，稠度低，沒有形成良好的護(hù)壁；②在施工過程中，沖孔鉆機(jī)擺放過于集中導(dǎo)致沖擊力傳至相鄰孔導(dǎo)致塌孔。

針對(duì)上述原因，在施工過程中應(yīng)控制好泥漿性能指標(biāo)，清孔時(shí)采用泥漿循環(huán)桶，減少因撈渣清孔帶來的泥漿稀釋效果；在鉆機(jī)就位時(shí)，遵循“梅花形”的原則，盡量減少?zèng)_孔時(shí)鉆機(jī)之間的相互擾動(dòng)。

3.7.3 斜孔情況

導(dǎo)致斜孔的原因有：①鋼管樁沉樁時(shí)傾斜度較大；②地層軟硬不均；③鋼管樁底口變形。

針對(duì)上述原因，鉆進(jìn)過程中應(yīng)注意觀察鋼絲繩位置，如果鋼絲繩偏離樁中，說明嵌巖芯柱可能傾斜；如果發(fā)現(xiàn)鋼絲繩左右擺動(dòng)幅度較大，說明地層有可能軟硬不均或鋼管樁底口有可能變形。

遇到底層軟硬不均或鋼管樁底口變形時(shí)：若鋼絲繩位置偏離鋼管樁中心不大，繼續(xù)鉆進(jìn)，若偏離較大，回填塊石后，適當(dāng)加大沖錘直徑，同時(shí)放慢鉆進(jìn)速率，盡量將芯柱矯正。

遇到鋼管樁傾斜較大時(shí)，采用放慢沖擊頻率，適當(dāng)加大沖錘直徑，使芯柱和鋼管樁傾斜度基本一致，一般不會(huì)影響鋼筋籠下放和導(dǎo)管安裝。

4 結(jié)語

根據(jù)我們對(duì)大水位差情況下鋼管嵌巖樁施工工藝的研究及采取的相關(guān)措施，本工程碼頭嵌巖灌注樁施工質(zhì)量得到了很好的控制，根據(jù)超聲波檢測(cè)結(jié)果，120根樁經(jīng)超聲波檢測(cè)均為Ⅰ類樁；此外進(jìn)度上比預(yù)計(jì)工期提前了1個(gè)月，為項(xiàng)目部節(jié)省管理成本約10萬元，符合我國建設(shè)投資節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求，對(duì)今后從事大水位差鋼管嵌巖樁施工有顯著的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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