高桩码头钢管桩斜桩嵌岩施工技术探索

2016-04-15■陈雄

福建交通科技 2016年1期

关键词：冲孔成孔岩层

■陈　雄

(福建省陆海建设管理有限公司，福州　350002)

高桩码头钢管桩斜桩嵌岩施工技术探索

■陈雄

(福建省陆海建设管理有限公司，福州350002)

摘要在高桩码头工程中，斜桩嵌岩施工工艺复杂，技术难度大，只有选择合适的工艺，加强过程控制，才能确保施工质量。通过福州港江阴港区11#泊位工程钢管桩斜桩嵌岩施工的成功实例，为类似工程项目提供参考。

关键词钢管桩斜桩嵌岩施工技术探讨

1　工程概况

福州港江阴港区11#泊位工程为新建1个50000吨级液体化工泊位(结构受力按10万吨级设计)，建设内容包括一座引桥、一座联系桥、一座工作平台及五座系缆墩。工程采用高桩梁板式结构，码头泊位总长325m，引桥总长448m，设计桩型有PHC桩、钢管桩、大管桩、嵌岩灌注桩。码头工作平台共有94根1100mm钢管桩(内径φ1060mm)，其中斜桩67根，斜率为5:1，持力层为强风化岩层，需进行嵌岩施工的钢管斜桩有35根，设计要求嵌入钢管桩桩尖以下岩层4m，嵌岩部分桩身直径为φ1000mm。

2　地质条件

根据地质勘察报告，拟建工程位于福建省东部沿海、江阴半岛南部、兴化湾北部海域，水下地势由岸侧向海域逐渐降低，陆域形成区域海底泥面标高由岸侧的+2.1～+1.0m逐渐降低至－3.4～－4.5m；该场地处于纵贯福建东南沿海的北东向长乐—诏安断裂带上。受该断裂带的影响，基底岩石裂隙较发育，常具碎裂结构，基岩面起伏变化较大。该断裂带属燕山期—喜山期老构造，尚无资料、迹象表明属活动性构造，故不影响场地的稳定性。嵌岩桩施工区域岩层自上而下依次为：

(1)Ⅵ花岗岩全风化层:杂色(以灰绿、灰白、褐黄色为主)，湿，密实。原岩风化严重，结构模糊，大部分已经风化成砂土混砾石状，手搓可散，浸水易软化崩解。在勘察区内零星分布，顶板标高一般为－20.1～－23.6m，厚度一般为1.1～4.4m。

(2)Ⅶ1砂砾状花岗岩强风化层:颜色以灰绿、灰白色为主，硬。原岩结构基本破坏，风化严重，大部分已风化成砂土状或砂土混砾石状，混少量粘性土成分，遇水易软化崩解，手搓可散，岩芯具散体状结构。该层在勘察区分布较广泛，顶板标高一般为－20.2～－26.8m，厚度在码头及引桥区均已揭穿，变化幅度较大，为1.5～16.8m。

(3)Ⅶ2碎块状花岗岩强风化层:颜色以灰黄、灰绿、灰白色为主，坚硬。原岩结构稍模糊，风化较严重，大部分已风化成碎块状，局部为砂砾状，混粘性土成分，手掰可沿裂隙面破碎，岩芯具碎块状结构，局部该层中夹有中等风化孤石。该层在码头及引桥区部分区域有揭示，顶板受基底影响起伏较大，标高为－23.9～－49.4m，厚度变化幅度大，为0.8～10.8m。

(4)Ⅷ花岗岩中等风化层:灰白色，坚硬。主要成分为长石、石英、及云母，原岩结构清晰，节理裂隙较发育，沿裂隙面见有风化痕迹和铁锰质浸染痕迹，锤击声稍脆；金刚石钻进缓慢，岩芯多呈短柱状，局部呈碎块状。该层在码头及引桥区均有揭示，揭示的顶板标高一般为－25.3～－52.0m，层厚均未揭穿。结合前期工可报告《福州港江阴港区11#泊位工程地质勘察报告》(福建省泉州市水电工程勘察院，2010.07)中该层各子样的饱和单轴抗压强度标准值(34.0～57.8MPa)，判断该层属较硬岩，芯样较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级。

3　施工难点分析

斜向钢管桩内嵌岩施工技术在福建省高桩码头项目中应用较少，可借鉴的经验不多。本工程基岩面起伏较大，码头工作平台钢管桩嵌岩施工区域岩层呈东高西低走向，设计要求桩底嵌入钢管桩桩尖以下岩层4m，根据地质勘察报告，部分嵌岩桩施工区域强风化岩层较薄，部分基桩可能需嵌入中风化岩层，该层岩样抗压强度达到34.0～57.8MPa，属较硬岩，钻进难度较大。经分析、研究，本工程嵌岩桩施工难点主要是如何保证成孔质量，做到轴线与钢管桩桩芯轴线不发生偏移，同时应做到尽量不对钢管桩内壁造成损伤。

4　主要施工工艺

为保证嵌岩桩施工质量及工程进度，根据岩层特性决定采用冲击钻进成孔工艺，为确保冲孔过程桩芯轴线不发生偏移及降低对钢管桩内壁的冲击磨损，须配备专门制作的筒状钻头。

4.1设备选型

(1)钻机设备。根据岩层特性及以往施工经验，选用CZ-10型冲击钻机配备3PN型泥浆泵及XZ-200型泥浆净化器。

(2)筒状钻头制作。根据设计孔径及入岩深度要求，采用20mm厚的钢板加工制作直径为Φ935mm、长度9m的导向筒(长度以确保在冲孔过程始终有足够的筒身长度留在钢管桩内为准，即在冲击成孔时有5m的导向筒在钢管桩内)，导向筒内部每间隔1.5m用钢板设置一道肋板加强筒身刚度，外表面横向间隔300mm贴焊28mm的螺纹钢，钢筋呈螺旋形布置，起到加重筒锤重量及减小筒锤与钢管桩内壁摩擦作用。导向筒钻进端内侧环形贴焊一圈钢板，中间用40mm厚、300mm高钢板对称焊接4条钻牙基座，在基座上堆焊耐磨型合金钢钻牙，筒锤另一端加工成连接钻机钢丝绳的吊环，整个筒锤重量在6t左右(见图1)。

4.2嵌岩桩施工工艺流程(见图2)

4.3钻进成孔

与普通灌注桩相比，在钢管桩内进行嵌岩施工无须担心塌孔问题，为减少筒锤在冲击成孔过程与钢管桩内壁的摩擦，在施工过程应注意以下几点：

(1)钻机应顺着钢管桩倾斜方向摆放，并与钢管桩沉桩时的扭角保持一致，通过调整机架斜度使其与钢管桩桩身平行。

(2)为减小摩擦，钻孔过程要勤测泥浆指标，及时添加优质粘土，使孔内泥浆比重保持在1.5g/cm3以上。

(3)冲孔过程应在钢丝绳及机架上做好标记，筒锤冲程距离控制在2m以内，筒锤冲击到底后要及时上提，防止钢丝绳多放，影响下次冲击的有效冲程。

(4)冲孔至岩层后要及时进行排渣，一般是进尺50～100cm左右安排一次。

4.4钢筋笼制作安装

制作钢筋笼时应同时等三角布置三根检测管管用于桩身完整性检测，检测管长度通过计算终孔深度以高出钢管桩50cm左右为准。由于嵌岩钢筋笼长度只有12m，为防止钢筋笼安装后检测管变形跑位，在检测管边上应绑扎两根Φ25mm钢筋与检测管同步到顶，同时外围用Φ8mm螺旋箍筋进行加固。为确保钢筋笼能顺利下放安装到位，在钢筋笼外围箍筋上每间隔2m布置四块圆形钢筋保护层垫块，钢筋笼安放完成后顶端钢筋应及时与钢管桩焊接牢固。

4.5灌注水下砼

嵌岩桩成孔后，采用泥浆泵正循环反复清孔，浇筑砼前再采用气举法进行清孔。砼灌注采用内径为250mm的导管，为确保在浇筑砼过程导管始终处于桩孔中心位置，须在导管上设置导向器，导向器可用6mm厚的普通钢板加工成椭圆状焊接在导管周围。安装导管前应计算好导管总长，导管底口距离孔底应保留30cm左右的距离，确保首灌砼能顺利排出。

斜桩砼的工作性能要求较高，必须具备较好的和易性及流动性，砼塌落度宜控制在200～220mm，首灌砼量为2m3，砼灌注过程应控制导管埋深在2～6m之间，要拆管前应先测量孔内砼面深度，确保拆管后导管埋深符合要求，水下砼灌注过程应连续、不得间断。

5　问题处理

5.1钢管桩内壁磨损处理

(1)螺旋箍筋磨损检查。嵌岩桩冲孔过程，技术人员在每个作业台班均对筒锤外围的螺旋钢筋磨损情况进行检查并做好详细记录，根据记录发现，筒锤在强风化岩层以上冲孔作业时，由于钻进速度较快，螺旋箍筋基本没有发生磨损，而当冲孔至强风化及中风化岩层时，由于钻进难度加大进尺缓慢，筒锤的冲击次数也随之增加，造成了嵌岩段的螺旋钢筋发生不同程度的磨损情况(图3)，而钢管桩内的筒锤螺旋钢筋则受损较小，从而得出强风化岩层以上9m左右的钢管桩内壁受筒锤冲击影响存在轻微磨损的情况。

(2)处理措施。通过与设计人员沟通确定了加固补强方案，即在嵌岩桩强风化岩面处再往上浇筑9m砼，同时在桩身砼中添加UEA膨胀剂，掺量为水泥量的6％。

5.2钢管桩桩尖卷边处理措施

(1)卷边原因分析。嵌岩斜桩冲孔过程发现有3根桩存在“卡锤”现象，经多次冲击仍无法穿过，通过查看钢管桩沉桩记录，这三根桩的实际桩顶标高都高于设计标高1m以上(设计要求桩顶标高高于设计标高1m以上时最后100mm平均贯入度应≤2.5mm)，最终贯入度均达到了2.2mm/击左右，而通过测量孔深得知“卡锤”位置为钢管桩桩尖以上30cm左右，因此判断“卡锤”原因为钢管桩沉桩时过度锤击造成桩底变形使筒锤无法通过。

(2)处理措施。将相关施工记录上报设计单位后，设计同意将此三根桩自“卡锤”位置以下嵌岩桩桩径调整为Φ400mm，同时原钢筋笼调整为一根28b工字钢，Φ400mm嵌岩桩(图4)选用XY-44型立轴式钻机配合“菠萝型”牙轮钻头进行成孔施工，用TBW-850型泥浆泵灌注水泥浆。