潛水鉆機與氣舉法工藝在碼頭樁基清孔中聯(lián)合應(yīng)用

熊豐華 孫強 林志穎

摘 要：文章以泰國和黃碼頭項目為例，在澆筑樁芯混凝土前，樁內(nèi)孔深未達到設(shè)計值，故而采用潛水鉆機和氣舉法相結(jié)合的方案進行樁內(nèi)清孔的施工，總結(jié)概括了簡易潛水鉆機在施工過程中的要點及應(yīng)注意的問題，提高了施工工效，縮短了工期，保證了工程質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：氣舉法 聯(lián)合應(yīng)用 樁內(nèi)清孔

1.工程概況

1.1項目簡介

本工程為泰國和黃碼頭工程項目，結(jié)構(gòu)形式為高樁碼頭，該項目樁基由1217根鋼管樁組成，鋼管樁外徑主要為1000mm和1200mm，壁厚為19mm，其中1/4為4：1的斜樁，剩余樁基為直樁；根據(jù)設(shè)計要求，碼頭前沿3排鋼管樁泥面標高均高于設(shè)計底標高，因此需要進行清孔處理，清孔深度從6～9m不等。

1.2地質(zhì)情況

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料得知，沉樁區(qū)域需要清孔深度內(nèi)地質(zhì)依次為：（1）淤泥層，厚度為1～2m；（2）松散中密粉砂，厚度2～3m；（3）很堅硬砂質(zhì)黏土層，厚度3～5m。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在保證施工進度，采用施工設(shè)備小型化，不在樁頂搭設(shè)施工平臺的基礎(chǔ)上，本項目采用了潛水鉆機輔助高壓水沖和氣舉排渣法結(jié)合的樁內(nèi)清孔施工工藝。

2.樁內(nèi)清孔施工準備

根據(jù)鋼管樁的尺寸和清孔后的設(shè)計孔深，該工程的核心裝備為ZGQ-1250型潛水鉆機，潛水鉆機參數(shù)如下：鉆孔最大直徑為1.4m；鉆孔最大深度為40m；轉(zhuǎn)速45r/min；鉆機動力22kW；鉆桿長6m每根；鉆頭尺寸為90cm或110cm。

其余輔助設(shè)備：配備80t履帶吊的方駁；11m3/min空壓機，電焊機一臺，70kVA發(fā)電機一臺，45m3/h潛水泵，15cm直徑5m長鋼管（帶接口），16mm2的電纜，2寸的液壓管，6寸的液壓管，4m2浮排3個，3m每根導(dǎo)管10根。

潛水鉆機聯(lián)合氣舉清孔工藝的主要原理：利用潛水鉆機鉆進將致密砂層進行破壞，同時輔助高壓水沖剝離泥沙并使被絞松泥沙懸浮，由于樁頂?shù)姐@孔泥面高差>20m，普通水泵不能夠?qū)⒛嗌澄?，因此需要利用氣舉法將黏土、泥砂等通過排渣管排出鋼管樁內(nèi)。潛水鉆機聯(lián)合氣舉清孔工藝示意圖見圖1。

樁內(nèi)清孔主要有以下步驟：（1）拼裝潛水鉆機，同時布設(shè)好，鉆機電纜，氣管、排渣管及鉆桿導(dǎo)向器；（2）鋼管樁樁頂沿直徑方向焊好限位鋼筋；（3）樁內(nèi)清孔施工；（4）沉渣清理和孔深檢查。

3.施工工藝

3.1潛水鉆機拼裝

潛水鉆機主要由鉆頭、電機、鉆桿及限位裝置4部分組成。

需要清孔的樁外徑1200mm，壁厚19mm，鉆頭外徑為1080mm，由3組刀片均勻布置在鉆頭上，呈45°延伸到鉆頭中心，每組刀片焊接10顆合金鉆頭。鉆桿為單根長6m，邊長10cm方形鉆桿，兩根鉆桿通過承插連接并用鋼銷鎖定連接成一根整體。

潛水鉆傳動端連接鉆頭，鉆機尾部連接鉆桿，為保證鉆頭鉆進中心和鋼管樁中心相同，在鉆機和鉆桿上底部焊接2個外徑為1112mm的導(dǎo)向圓環(huán)，并保證鉆頭和樁中心同軸鉆進

3.2氣舉裝置的安裝

氣舉裝置的排渣管為直徑15cm，壁厚3mm的鋼管和內(nèi)徑15cm橡膠管組成。排渣管鋼管部分底部與潛孔鉆機固定，排渣管底口距離鉆頭頂面20cm，排渣鋼管上部與鉆桿通過卡箍和鉆桿固定，排渣管鋼管部分長度為20m左右，排渣管鋼管尾部連接橡膠管，通過橡膠管把泥沙導(dǎo)出樁外。氣舉裝置的氣管為6cm高壓橡膠管，在距離排渣管底口40cm處開孔通入排渣管。

3.3樁內(nèi)清孔施工

潛水鉆機聯(lián)合氣舉法挖除鋼管樁芯內(nèi)部土層，不僅適用于直樁，也適用于斜樁，本項目直徑1200mm鋼管樁1：4斜樁共152根，全部使用潛水鉆聯(lián)合氣舉法清孔。斜樁清孔時由于斜率大，為了減小鉆桿因自身重力在鋼管樁內(nèi)的撓度，鉆桿每隔10m增加一個導(dǎo)向圓環(huán)。

（1）鋼管樁頂部焊接限位裝置抵抗鉆桿傳遞的扭矩，限位裝置在鋼管樁頂部沿著直徑方向焊接4根直徑25mm的螺紋鋼筋，一條中間開10cm方孔的扁擔梁固定在4根螺紋鋼筋內(nèi)，扁擔梁的方形孔洞位于樁中心處，方型鉆桿端部由此扁擔梁方孔穿出，由此達到鉆桿和潛孔鉆可以上下活動，但不能轉(zhuǎn)動的效果；

（2）用80t履帶吊將連接好的鉆頭，電機，第一節(jié)鉆桿以及鉆機限位裝置起吊，并放入即將清孔施工的樁內(nèi)；

（3）逐一連接鉆桿及排渣管，根據(jù)孔深計算好需要添加的鉆桿數(shù)量，并在距鉆頭15m處焊接一個外徑1112mm的圓形限位；為便捷施工，排渣管接4節(jié)，總計20m，剩余的部分采用15cm的液壓管連接，并用尼龍軟繩固定在相鄰未清孔的樁上，防止排渣過程端頭擺動；

（4）潛孔鉆機邊安裝邊檢查牢固程度，鉆機到達樁底后將鉆機電線連接好，氣舉排渣用的氣管連接到方駁上的空壓機，將水泵固定在浮排上，并將泵管固定在樁頂處，以便給樁內(nèi)補水；

（5）啟動鉆機前再次檢查裝置的穩(wěn)固性和電器開關(guān)電纜線的安全可靠性，檢查無誤后，打開水泵和空壓機，并將鉆機稍微提起一部分，保證鉆頭離開孔底約10～20cm，然后打開鉆機，鉆頭開始工作后，慢慢將鉆機放至樁底，開始鉆進施工；

（6）鉆進過程遇到的地層由軟到硬，鉆進速度也是由快到慢，上方的淤泥軟土層鉆進速度每h達到3m左右，下方黏土夾砂層每米需要2～3h。

（7）鉆進過程根據(jù)土質(zhì)情況調(diào)整鉆機位置，軟土層鉆機遇到阻力小，潛水鉆機依靠自身重力給鉆頭加壓保持鉆進，土質(zhì)變硬以后鉆機遇到阻力加大，可能會出現(xiàn)鉆頭在黏土中卡死情況，表現(xiàn)在電流表上是電流逐漸變大，到突然加大，因此在鉆孔過程中需要時刻觀察鉆機電流表變化和排渣情況，排渣管排除灰白黏土和大顆粒砂礫，此時鉆頭已經(jīng)鉆進硬黏土層，此時電流容易變化，電流出現(xiàn)增大情況后，需要浮吊緩慢起吊鉆機，由于鉆機壓力變下，鉆頭阻力也會相應(yīng)減小，當電流變?yōu)楣ぷ髦禃r，停止提升鉆機；

（8）當鉆頭周圍泥沙清理之后，電流會變小，此時下方鉆機，讓電流保持工作值，逐層清理樁內(nèi)泥沙；

（9）鉆進深度到位后，將鉆機電源切斷，采用氣舉法將樁內(nèi)的殘渣進行清理。

3.4樁內(nèi)清孔施工注意事項

在樁內(nèi)清孔施工過程中，必須要考慮以下施工的約束和要求：

（1）因孔深過大，鉆機配備的電纜線，氣管，排渣管較長，需要逐跟清理并固定在鉆桿上，防止在鉆進或起吊安裝過程中與鋼管樁發(fā)生剮蹭遭到破壞；

（2）由于工作環(huán)境為海水施工，鋼構(gòu)件腐蝕速度加快，連接鉆頭，鉆桿的螺栓必須定期檢查，發(fā)現(xiàn)有破損或腐蝕嚴重及時更換，做好日常保養(yǎng)，保證設(shè)備的安全可靠；

（3）由于潛孔鉆機為水下作業(yè)，所有用電設(shè)備必須配備合格漏電保護器，所有電纜線都要確保完整，設(shè)置專人檢查，做好檢查記錄，保證用電安全；

（4）起重作業(yè)需提前檢查吊具，在起吊過程中需專人指揮，鉆機緩慢安放，尤其斜樁更加需要注意，直樁起吊過程確保鉆機、鉆桿在一條垂直軸線，斜樁起吊過程鉆頭和鉆機緩慢放入鋼管樁內(nèi)，由鉆機上的導(dǎo)向首先接觸鋼管樁壁，然后沿鋼管樁壁緩慢下方，直到第二個導(dǎo)向進入鋼管樁內(nèi)，過程中控制吊車臂防止扭斷鉆桿；

（5）保證氣管和排渣管的氣密性尤其排渣管和粗顆粒砂石高速摩擦容易破損，排渣管需經(jīng)常檢查并更換；

（6）保證鋼管樁內(nèi)的水位，若樁內(nèi)水壓不夠，排渣管排渣效率低下甚至不能排除鋼管樁內(nèi)的泥沙。

4.結(jié)束語

綜上所述，對于工程的施工技術(shù)，只要認真分析不利因素，針對性地采用合理技術(shù)措施，制定可靠的施工方案、工藝流程，配備相應(yīng)的技術(shù)力量和設(shè)備，就既能達到高質(zhì)量、提高效率，又能降低工程造價。

參考文獻：

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