海上預(yù)制型芯柱嵌巖樁施工技術(shù)

金小娟

（中交第三航務(wù)工程局有限公司交建工程分公司，上海 200940）

1 工程概述

1.1 工程概況

溫州白龍嶼生態(tài)海洋牧場堤壩工程地處浙江溫州洞頭縣鹿西鄉(xiāng)東臼村，堤壩為高樁梁板結(jié)構(gòu)，樁基工程施工受海洋氣候、地質(zhì)、潮汐、涌浪影響十分顯著。因此西口堤樁基由158根PHC預(yù)制型芯柱嵌巖樁組成。設(shè)計(jì)樁型為PHC1000C130-L（L為管樁長度含5m長開口型鋼樁靴），樁尖沉至中風(fēng)化巖面，巖面以下沖孔3m（Φ740），樁芯柱混凝土灌至樁尖以上6m（設(shè)計(jì)樁芯柱為9m）。見圖1。

圖1 芯柱嵌巖樁結(jié)構(gòu)圖

1.2 工程地質(zhì)、水文資料

根據(jù)勘察報(bào)告顯示該地基主要由第四系地層及侏羅紀(jì)基巖組成，主要可分為4個地質(zhì)單元層自上而下：②-1層淤泥層（mQ4）灰色，偶含貝類碎片、②-2層淤泥層（mQ4）灰色，含貝類碎片、③-1層強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，灰黃色，熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)、③-2層中風(fēng)化凝灰?guī)r，灰黃色，熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)。水文資料，高程基準(zhǔn)采用1985國家高程基準(zhǔn)面，坐標(biāo)為洞頭縣獨(dú)立坐標(biāo)系。理論最低潮面在觀測期月平均海平面下3.41m，在國家85高程基準(zhǔn)下3.16m。

測區(qū)的潮汐為正規(guī)半日潮性質(zhì)，測站在觀測期間月平均潮差達(dá)4.03m，最大潮差5.85m，最小潮差1.88m，最高潮位3.08，最低潮位-2.82，平均高潮位2.28m，平均低潮位 -1.75。

2 PHC預(yù)制型芯柱嵌巖的施工工藝

2.1 PHC預(yù)制型芯柱嵌巖的施工工藝及施工流程

具體流程：PHC樁沉樁完成后搭設(shè)鋼平臺，在管樁內(nèi)沖擊成孔；在沖孔深度滿足設(shè)計(jì)要求后，清孔，下鋼筋籠，澆筑水下混凝土形成嵌巖芯柱。

2.2 PHC預(yù)制管樁沉樁

白龍嶼地處外海無掩護(hù)水域，受涌浪影響較大，為保證樁身垂直度，作業(yè)時間選在每月的大汛期低平潮時期。沉樁過程中需要保證樁身垂直度，控制貫入度及時停錘避免鋼樁靴卷邊變形，避免后續(xù)沖孔出現(xiàn)卡錘現(xiàn)象。

2.3 鋼平臺搭設(shè)

考慮平臺作業(yè)面避免受海浪影響，海上平臺頂面標(biāo)高需高于觀測期最高潮位3.08m+1.1m（施工期H1/3）+富余高度，鋼平臺設(shè)計(jì)頂標(biāo)高取+4.8m；根據(jù)沖孔工藝及計(jì)算表明鉆機(jī)荷載是鋼平臺結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的控制荷載；因受海上涌浪影響，平臺搭設(shè)十分困難，根據(jù)海上水文、氣象、地質(zhì)條件等特點(diǎn)，本工程直接利用PHC管樁支承鋼平臺的荷載。將內(nèi)徑1020mm的鋼護(hù)筒套在直徑1000mm的PHC管樁上，鋼護(hù)筒由8mm厚的鋼板卷制而成，在護(hù)筒內(nèi)壁2m處焊上起限位及支撐作用的倒牛腿6個；鋼平臺上部由橫梁、縱梁組成，橫梁采用熱扎薄壁H型HT390×148，縱梁采用熱扎工字鋼H390×300，每排架橫梁兩根焊接于鋼護(hù)筒兩側(cè)的牛腿上，縱梁均勻布置于橫梁上共13根，通過鋼護(hù)筒處的兩根斷開，其余11根通長布置，相鄰鋼護(hù)筒間內(nèi)外交叉焊接斜撐和圍檁。平臺頂面鋪設(shè)8mm厚鋼板網(wǎng)，鋼板網(wǎng)采用點(diǎn)焊固定。

圖2 鋼平臺結(jié)構(gòu)圖

2.4 鉆機(jī)選型及鉆孔工藝

通過對現(xiàn)場的實(shí)際情況及對鉆機(jī)的性能、技術(shù)、作業(yè)效率及經(jīng)濟(jì)性作比較，選擇自落式?jīng)_孔鉆機(jī)（JKL-6T），配置2～2.5t沖擊鉆頭，鑲焊合金錘牙，最大成孔深度40-50m，鉆機(jī)自重3-4t，掏渣筒清渣，成孔后清孔采用氣舉反循環(huán)，根據(jù)工程特殊性及環(huán)保要求，不采用配置泥漿，利用海泥進(jìn)行自然造漿（配置泥漿帶有化學(xué)物質(zhì)，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)養(yǎng)殖有影響）。

自落式?jīng)_擊鉆原理：通過卷揚(yáng)機(jī)上的單根鋼絲繩掛錘頭在設(shè)定沖程內(nèi)來回的沖擊，此類鉆機(jī)適合各種土層和巖層及一些特殊地質(zhì)，如孤石、溶洞等情況，但在粘土層和砂性土層中進(jìn)尺慢，效率低。施工過程常見問題：易卡錘、埋錘、斷鋼絲繩。

清渣方式采用掏渣筒掏渣，沖孔與掏渣交替進(jìn)行，掏渣消耗大量的時間且不能進(jìn)行連續(xù)掏渣，間隔時間長后未掏出的渣會沉淀，容易造成被反復(fù)沖擊，降低沖孔效率。

3 關(guān)鍵工藝

3.1 沖孔

沖孔過程利用海泥進(jìn)行自然造漿，保證孔內(nèi)泥漿比重，使得巖渣懸浮在泥漿中。沖孔過程中需要勤掏渣，盡量使錘牙接觸新鮮的巖面，有效利用沖擊能，避免懸渣沉淀，重復(fù)捶擊。同時要適當(dāng)控制孔內(nèi)泥漿比重，保證出渣。控制沖程大小和沖擊頻率，根據(jù)不同的地質(zhì)條件作出相應(yīng)的調(diào)整。

3.2 鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠在附近的鋼筋加工場地制作標(biāo)準(zhǔn)籠為9m。運(yùn)至平臺拼接需要加長的部分，并按規(guī)范要求安裝混凝土保護(hù)層墊塊，采用50t浮吊與樁架卷揚(yáng)機(jī)配合入孔。

3.3 清孔

清孔環(huán)節(jié)是芯柱嵌巖樁質(zhì)量的關(guān)鍵，直接影響到樁基端部承載力，根據(jù)要求嚴(yán)格控制沉渣厚度小于50mm，每根樁保證二次清渣。

清孔采用氣舉反循環(huán)，現(xiàn)場配備一臺螺桿式空氣壓縮機(jī)，容積流量9.5m3/min，排氣壓力1.3MPa，此設(shè)備能滿足現(xiàn)場清渣要求。

3.4 混凝土澆筑（以西口堤最長樁為例）

采用導(dǎo)管法灌注水下混凝土，混凝土原材料通過船舶運(yùn)輸直接輸送到攪拌船上，由攪拌船拌制的拌和料，直接泵送到料斗內(nèi)，從導(dǎo)管進(jìn)入樁底。

現(xiàn)場采用三航混凝土19號進(jìn)行澆筑，澆筑速率15～20m3/h，每根樁芯柱的混凝土方量為4～4.5m3。水下灌注混凝土開導(dǎo)管時，漏斗和貯料斗內(nèi)必須儲備一定數(shù)量的混凝土，以保證能完全排除導(dǎo)管內(nèi)的水，并使導(dǎo)管出口埋于至少0.8m深的流態(tài)混凝土中。

在水下灌注混凝土的過程中，混凝土導(dǎo)管漏斗都要提升一定的高度，以便利用混凝土柱產(chǎn)生的擠壓力使混凝土在孔內(nèi)攤開，澆筑面逐漸上升，并將水排出孔外。

4 施工過程中問題處理及預(yù)防措施

4.1 卡錘處理

在本工程第一分段1#加強(qiáng)墩之前的34根預(yù)制型芯柱嵌巖樁沖孔過程中有三根樁出現(xiàn)不同程度的卡錘，沖錘頂部卡于樁尖（強(qiáng)風(fēng)化巖與中風(fēng)化巖之間），主要原因有三點(diǎn)：樁身垂直度不夠、在巖面處鉆孔傾斜；錘牙與錘頭焊接處不夠飽滿且未經(jīng)打磨；工人操作不當(dāng)沖錘入巖后沖程過大導(dǎo)致錘身傾斜。

解決方案：根據(jù)現(xiàn)場解決方案主要有兩種：第一靠浮吊和鉆機(jī)自身的提升力嘗試拔起，如無法處理則采用爆破震動處理，將錘頭被卡處震松，多次嘗試可將錘頭拔出。

4.2 鋼筋籠上浮

鋼筋籠上浮主要原因有：

1）導(dǎo)管傾斜卡在鋼筋籠上，提升導(dǎo)管時幅度過大帶出鋼筋籠；

2）混凝土初灌，混凝土拌合物向上沖擊并裹挾鋼筋籠上浮。

處理措施：在工程施工中對鋼筋綁扎做出處理，在距鋼筋籠底部約40cm處，加焊“井”字鋼筋，在灌注首批混凝土?xí)r，導(dǎo)管底口壓在“井”字鋼筋架上，這樣有效的防止鋼筋籠上浮問題。在本工程已完成第一分段未發(fā)生鋼筋籠上浮現(xiàn)象。

4.3 混凝土灌注超方分析及處理

在本工程已完成第一分段，嵌巖芯柱的混凝土灌注平均充盈系數(shù)為1.27，遠(yuǎn)超出《沿海港口水工建設(shè)工程參考定額》消耗量1.04。

經(jīng)現(xiàn)場澆筑現(xiàn)場實(shí)際情況分析：第一受海面風(fēng)浪影響，澆筑過程中布料桿軟管段晃出漏斗，導(dǎo)致混凝土浪費(fèi)；第二水下巖面不平，導(dǎo)致漏漿；第三主要由于地勘布點(diǎn)太少，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，該設(shè)計(jì)樁長均偏短，樁尖未沉至中風(fēng)化巖面，導(dǎo)致樁尖與中風(fēng)化巖面之間坍孔漏漿，從而造成超方嚴(yán)重。

后期沉樁前對施工區(qū)域進(jìn)行了補(bǔ)勘，適當(dāng)加長了樁長，盡量將樁尖沉至中風(fēng)化巖面，超方現(xiàn)象得以改善。

5 結(jié)語

因預(yù)制芯柱嵌巖樁的水平荷載主要由土的總側(cè)阻力、嵌巖段總側(cè)阻力承擔(dān)，因此在覆蓋層較薄的地區(qū)尤其適用。為確保樁基施工質(zhì)量，在施工過程中，要嚴(yán)格把握鉆孔嵌巖深度、清孔的沉渣厚度以及水下混凝土的澆筑質(zhì)量，從而保證樁身混凝土的完整性和后期樁身混凝土的強(qiáng)度，確保樁基承載力。