特殊地質(zhì)條件下大型冶金工程PHC管樁沉樁工程實踐

李朝

寶山鋼鐵股份有限公司投資管理部 上海 201900

湛江鋼鐵項目大規(guī)模施工前，進(jìn)行了樁型選擇的研究。由于湛江組土層的特殊性能，灌注樁成型后表面泥皮較厚，其承載力與同直徑PHC管樁的承載力基本相當(dāng)?？紤]PHC管樁造價低、施工周期短、質(zhì)量較易控制，符合綠色施工要求，因此被廣泛采用。但建設(shè)場地部分區(qū)域上覆地層存在厚薄不一、埋深不等、強(qiáng)度不同的玄武巖巖層和大小不一的玄武巖孤石，其下還存在致密中粗砂層，這些特殊地質(zhì)是PHC管樁施工面臨的困難。

1 工程地質(zhì)

湛江鋼鐵項目位于廣東省湛江市東海島，占地面積12.98km2。整個建設(shè)場地下伏地層為湛江組海陸相沉積層，含透鏡狀薄層密實中粗砂夾層；場地中部上覆地層為風(fēng)化殘積土，含直徑0.3-1.95m、強(qiáng)度小于35MPa的玄武巖孤石；場地南部上覆湛江組土，含不連續(xù)玄武巖夾層，玄武巖夾層厚度0.5-8.3m、巖石強(qiáng)度6-120MPa，不能作為樁基持力層；場地東部表層為風(fēng)成細(xì)砂坡積層，由西向東逐漸變厚，松散至密實狀態(tài)；場地北部為近期海相淤泥沉積層，呈流塑或軟塑狀態(tài)[1]。整個建設(shè)場地，工程地質(zhì)較復(fù)雜和特殊，玄武巖和密實砂層是PHC管樁施工的難點。

2 特殊地質(zhì)條件下PHC管樁施工實踐

2.1 玄武巖區(qū)域PHC管樁引孔

（1）1#、2#轉(zhuǎn)爐設(shè)備基礎(chǔ)等區(qū)域存在強(qiáng)風(fēng)化玄武巖孤石群，埋深6-12m，開挖清除孤石較困難且成本較高，所以在PHC管樁施工前，采取沖孔引孔后再沉樁。沖孔設(shè)備簡單，沖孔成本低，沖孔效率較高，約為0.5m/h。沖孔直徑比PHC管樁直徑大300mm，沖孔后采用無腐蝕性粘土回填再進(jìn)行PHC管樁施工，處理效果良好。

沖孔施工設(shè)備：包括護(hù)筒，重錘，卷揚(yáng)機(jī)，底盤，支架，其特征為底盤上固定有大功率卷揚(yáng)機(jī)和小功率卷揚(yáng)機(jī)，底盤前端設(shè)有垂直于底盤的支架，支架上端設(shè)有滑輪；大功率卷揚(yáng)機(jī)的額定荷載為40kN-80kN，從大功率卷揚(yáng)機(jī)中的伸出的鋼絲繩穿繞過支架上端的滑輪后，再穿繞過重錘頂端設(shè)置的滑輪，從而實現(xiàn)大功率卷揚(yáng)機(jī)帶動重錘進(jìn)行升降；重錘為可穿入護(hù)筒的圓臺型鋼質(zhì)重錘，重量為5-10噸；小功率卷揚(yáng)機(jī)額定荷載為20kN-60kN，從小功率卷揚(yáng)機(jī)中伸出的鋼絲繩通過穿繞支架上端的滑輪和反向裝置，與護(hù)筒連接，從而實現(xiàn)小功率卷揚(yáng)機(jī)帶動護(hù)筒進(jìn)行升降；護(hù)筒為一定長度的兩端開口的鋼管，護(hù)筒的直徑大于上述重錘的直徑，護(hù)筒上端設(shè)有垂直度控制裝置，護(hù)筒上端設(shè)有填料口；護(hù)筒的上端還可以加設(shè)振動裝置[2]。

（2）鐵水維修跨廠房及設(shè)備基礎(chǔ)等區(qū)域下存在中風(fēng)化玄武巖，巖石強(qiáng)度6-35MPa，厚度0.5-4.6m，埋深3-13m。由于玄武巖厚薄不等、埋深不一，基本不能作為基礎(chǔ)持力層利用，且其開挖清除成本高、難度大，故在PHC管樁施工前，采取旋挖引孔后再沉樁。旋挖引孔成孔速度較快，約1.16m/h，且社會資源較豐富。引孔直徑比PHC管樁直徑大200mm，成孔后采用無腐蝕性粘土回填再進(jìn)行PHC管樁，處理效果和工作效率都非常好。

旋挖引孔設(shè)備：主機(jī)配備機(jī)鎖鉆，鉆桿長度根據(jù)設(shè)計圖紙要求進(jìn)行配備。中微風(fēng)化巖層強(qiáng)度高，入巖主力機(jī)型為280-360機(jī)型區(qū)間，大直徑入巖樁可配400型以上大機(jī)型，由于大機(jī)型可輸出更大的加壓力，提升鉆齒的接地比壓，破碎入巖效果好，機(jī)器損耗小。當(dāng)巖芯抗壓強(qiáng)度在30MPa以內(nèi)以截齒撈砂斗+截齒筒鉆鉆進(jìn)為主；當(dāng)巖芯抗壓強(qiáng)度在30-60MPa時選用全斷面取芯截齒筒鉆鉆進(jìn)；當(dāng)巖芯抗壓強(qiáng)度大于60MPa選用牙輪筒鉆鉆進(jìn)。由于牙輪本身成本較高，采用牙輪進(jìn)行入巖的施工時，應(yīng)對牙輪本身的質(zhì)量、焊工的焊接技術(shù)水平、機(jī)手的操作水平等要求作業(yè)總體評價，核算經(jīng)濟(jì)成本。中風(fēng)化巖層本身具有很高的強(qiáng)度，不存在塌孔縮徑現(xiàn)象，但在入巖施工時，由于鉆具與巖層的摩擦?xí)购辖痤^發(fā)熱，造成鉆齒的磨損加劇，所以入巖施工時須在孔內(nèi)加注清水或泥漿給鉆齒降溫。此外清水或泥漿有助于分解巖屑，降低夾鉆、托鉆的附加阻力，保護(hù)鉆體，緩沖振動等[3]。

（3）熱軋等區(qū)域玄武巖分布范圍較廣泛，多數(shù)為中風(fēng)化-微風(fēng)化玄武巖，巖石強(qiáng)度35-120MPa，埋深不同，局部埋深在地面下近20m，厚度不一、局部達(dá)到8.3m。由于清除非常困難且成本非常高，所以施工中采用了大直徑潛孔錘與長螺旋多功能樁機(jī)組合引孔技術(shù)。潛孔錘以長螺旋多功能樁機(jī)（或旋挖樁機(jī)）做樁架，以長螺旋動力頭（或旋挖樁機(jī)動力頭）做旋轉(zhuǎn)動力，在特制的鉆桿下懸掛風(fēng)動式潛孔錘，潛孔錘沖擊破碎巖石的同時，動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進(jìn)行適度的鉆壓與回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，既能研磨刻碎巖石，又能使?jié)摽族N擊打位置不停的變化，使?jié)摽族N底部的合金突出點每次都擊打在不同位置，風(fēng)動潛孔錘的空氣既能冷卻鉆頭又能將破碎的巖屑吹離孔底并排出孔口，達(dá)到快速破碎巖石的作用。對高強(qiáng)度巖層，潛孔錘成孔速度快，約3.39m/h。成孔直徑比PHC管樁直徑大200mm，引孔后采用無腐蝕性粘土回填再進(jìn)行PHC管樁施工，沉樁順利。

2.2 密實中粗砂層PHC管樁施工

加熱爐、粗軋、精軋大部分區(qū)域分布密實中粗砂層，于地面下15-36m范圍內(nèi)分層分布，厚度大部分為2m左右，局部高達(dá)4m，其標(biāo)貫值較高，部分區(qū)域標(biāo)貫值高達(dá)60，由于不能作為樁基持力層，必須穿越，但沉樁困難。通過樁身兩端結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高、樁尖型號改進(jìn)、合理選擇打樁錘等措施，實現(xiàn)順利沉樁。

（1）樁身兩端結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高：樁兩端增加錨固筋，添加鋼纖維等。

（2）十字型樁尖進(jìn)入該層后沉樁困難，錘擊數(shù)集中升高，貫入度減小，沉樁質(zhì)量不易掌控，樁頭易損壞，嚴(yán)重制約著施工進(jìn)度。后續(xù)改進(jìn)采取四棱錐型樁尖，重錘低擊，控制打樁檔位，全程采用一檔打樁；詳細(xì)分析地勘報告，避免接樁時樁停留在砂層中造成沉樁困難；將上節(jié)樁壁厚加大，如第一節(jié)、第二節(jié)樁采用PHC600AB110樁型，頂節(jié)樁采用PHC600AB130樁型等措施，但沉樁效果還是沒有達(dá)到要求。最后繼續(xù)樁尖改進(jìn)，改為炮筒式樁尖，在熱軋加熱爐區(qū)域、粗軋區(qū)域、精軋區(qū)域，共試打了9套使用炮筒式樁尖的樁，其沉樁總錘擊數(shù)比相鄰使用十字架樁尖的樁的總錘擊數(shù)，降低了300-400擊，樁比較容易穿越密實中粗砂層，沉樁效果良好。

（3）湛江鋼鐵直徑400mmPHC管樁采用6.2噸錘；直徑500mmPHC管樁采用8噸錘；直徑600mmPHC管樁采用10噸錘。

3 結(jié)語

本文根據(jù)工程實踐，采用沖孔設(shè)備、旋挖引孔設(shè)備和大直徑潛孔錘等引孔后實現(xiàn)了玄武巖特殊地質(zhì)條件下PHC管樁沉樁的可能性；通過樁身兩端結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高、樁尖型號改進(jìn)、合理選擇打樁錘等措施，實現(xiàn)了密實中粗砂層地質(zhì)條件下的順利沉樁，為今后類似地質(zhì)條件下樁基施工提供參考。