某碼頭嵌巖樁施工技術(shù)

　　摘 要：本文簡述了某碼頭工程鉆孔嵌巖樁的施工，及施工中出現(xiàn)問題的處理措施和總結(jié)

　　關鍵詞：嵌巖樁

　　在港口工程中，嵌巖樁是一種良好的基礎形式，適用于軟土覆蓋層較薄，基巖埋深不一，巖面起伏較大，無法采用單純的打入樁或水沖樁，采用重力式也不大可行且成本較大的情況;且高樁碼頭具有較好的透空作用，減少由于涌浪對船舶安全靠泊作業(yè)的影響。其次由于樁端持力層是壓縮性極小的基巖，因此其單樁沉降很小，群樁沉降也不會因群樁效應而增大，群樁承載力不會因群樁效應而降低，且抗震性能好。

　　1、工程概況

　　某碼頭工程位于長江下游世業(yè)洲汊道又汊岸的石閘口岸段、距下游鎮(zhèn)江市約16km，隸屬鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)高資鎮(zhèn)。

　　該碼頭是某電廠2×600KW機組擴建工程中的一部分，包括卸煤碼頭和大件碼頭，兩者均為高樁梁板結(jié)構(gòu)，位于一期卸煤碼頭上游約150m處。卸煤碼頭包括一個3.5萬噸卸煤泊位，平面尺寸為28×303m，共45個排架，每個排架7根樁，其中江側(cè)為3根鋼護筒嵌巖樁，岸側(cè)為4根鋼管樁;大件碼頭包括一個2000噸駁船泊位，平面尺寸為20×105m，共16個排架，每個排架5根樁，江側(cè)為2根鋼護筒嵌巖樁，岸側(cè)為3根鋼管樁。兩個碼頭上部結(jié)構(gòu)均為現(xiàn)澆橫梁，安裝預制梁板，并通過現(xiàn)澆面層連成整體。在大件碼頭下游側(cè)共有一個1#、2#廊道、轉(zhuǎn)運站等土建項目，以及供電、給排水、通風等項目。工程造價7019萬，施工為16.5個月，2005年1月竣工。

　　2、地質(zhì)概況

　　根據(jù)某勘察設計院的地質(zhì)報告，施工場區(qū)內(nèi)的地層自上而下為：

　�、賹踊尹S色淤泥：飽和，流塑。含少量砂眼及貝殼碎片，夾粉砂微薄層，局部為淤泥砂。土質(zhì)極軟，鉆具自沉，主要分布在勘察區(qū)表部，層厚0.8~2.60m，實測標貫擊數(shù)<1擊。

　　②1層灰黃色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：飽和，流塑~軟塑，切面較光滑，土質(zhì)不均。層厚1.1~22.7m。實測標貫擊數(shù)<1~3擊。

　�、�2層灰黃色粉質(zhì)粘土：飽和，軟塑~可塑，夾粉細砂薄層。層厚0.6~8.2m實測標貫擊數(shù)為3~6擊。

　�、�1層灰綠~灰黑色粉質(zhì)粘土：飽和，可塑~硬塑切面粗糙，含少量礫砂，層厚6.9m，實測標貫擊數(shù)為7~10擊。

　�、�2層灰黃色粗礫砂混粘性土：飽和，中密，粘性土含量約20%，粗礫砂以長石為主，層厚0.60~2.4m，實測標貫擊數(shù)約為17擊。

　　④1層花崗巖強風化層：淺灰白、灰綠色、灰黃為主，稍濕，較硬~硬。以花崗巖為主，局部區(qū)域風化程度較弱，為中等風化層。層厚0.1~22.6m，實測標貫擊數(shù)一般大于50擊或遠遠大于50擊。

　�、�2層花崗巖中等風化層：淺灰白色，堅硬。原巖為花崗巖，巖芯較破碎。層厚0.1~3.0m。

　�、�3層花崗巖微風化層：淺灰白色，堅硬，原巖為花崗巖，巖芯較完整，層厚未揭穿。

　　總結(jié)本工程的地質(zhì)特點：淤泥層含砂多，礫石多，覆蓋層薄，巖石堅硬且要求的嵌巖深。

　　2、施工流程

　　本工程施工采用管樁內(nèi)嵌巖法。即先將管樁沉樁至風化巖面，然后搭設平臺進行鉆孔作業(yè)，在管內(nèi)鉆至巖層設計標高后，進行清渣，下鋼筋籠后進行水下澆筑砼。具體流程如下：

　　4、樁基分布

　　4.1 大件碼頭排架A、B樁位，共12個排架計24根，灰?guī)炱脚_8根，下游護角樁1根。共計33根。

　　4.2 煤碼頭排架A、B、C樁位，共45個排架計134根，上游護角樁1根。共計135根。

　　本工程所有的嵌巖樁共168根Φ900㎜鋼護筒嵌巖樁(壁厚12㎜)，且要求嵌巖深度達到2.5米以上。

　　5、鋼護筒的沉放

　　沉放護筒以貫入度來控制。在具體分析、研究地質(zhì)資料后，我們以≤10㎜貫入度來控制，確定持力層：強風化巖層底部或中風化與強風化巖層的交接面;根據(jù)現(xiàn)場施工條件及設計要求選用航工樁3#配D62柴油錘進行施工，低于原先的D80錘。同時貫入度又不能太小，避免出現(xiàn)鋼護筒的卷邊、變形;在沉樁過程中確保鋼護筒的垂直度，確保后期的嵌巖樁的施工。

　　6、平臺搭設

　　平臺考慮為鉆機鉆嵌巖樁平臺兼后續(xù)的下橫梁底模平臺。平臺在已沉放的鋼護筒和鋼管樁為平臺基礎。經(jīng)受力計算，主要由【25和【14槽鋼和5㎝木板組成，如下圖以煤碼頭為例：

　　經(jīng)計算，在已沉放的鋼護筒沿排架軸線方向的兩側(cè)焊接牛腿(焊縫滿焊，厚度不小于8㎜)，其大樣詳圖見下圖二：

　　在牛腿上安放雙拼【25槽鋼，每個排架采用4根，中間用M20螺桿對拉固定好，其間距為80㎝，形成排架，作為支撐體系。用雙拼【14b槽鋼擱置點焊連接在【25槽鋼上，間距50㎝，這樣形成鋼平臺;在鋼平臺上鋪設5㎝的木板，上用Ф16的鋼筋夾壓為整體。搭設的平臺，當任一根鋼護筒不承重時，整個平臺將能承受施工中的動靜荷載。

　　7、鉆機的選擇

　　借鑒于該電廠一期碼頭的鉆孔經(jīng)驗，我們對各鉆機進行了性能、技術(shù)、作業(yè)效率和經(jīng)濟性比較，優(yōu)先選擇沖擊鉆，配置錐式合金鉆頭沖擊，鑲焊合金錘牙。

　　注：鉆機的實際數(shù)量根據(jù)已有的鉆機鉆進的速度和工期的要求做適當?shù)恼{(diào)整。

　　自落式?jīng)_擊鉆機主要型號有CZ-5、CZ-8兩種，原理是通過卷揚機上的單根鋼絲繩掛錘頭進行設定沖程內(nèi)來回的沖擊;沖擊反循環(huán)鉆機主要原理和自落式一樣，雙根鋼絲繩掛錘頭沖擊。此類鉆機的特點是適合各種土層和巖層及一些特殊的情況，如：孤石、溶洞等情況，其成本低;但是在黏土層和砂性土層中進尺慢，效率低。錘頭有四瓣、六瓣，一般錘重約1T-6.5T，主要可能出現(xiàn)的事故：卡錘、埋錘和斷鋼絲繩。排渣方式為：采用撈渣筒撈渣，鉆進和撈渣交替進行，撈渣消耗大量的時間且又不能連續(xù)撈渣，時間長后未撈出的渣又沉淀，造成鉆渣被反復沖擊，降低了鉆進的效率。如采用反循環(huán)泵排渣，在錘頭中心孔放置砂石泵的導管，伴隨鉆頭的鉆進，排渣同時進行。效果遠遠好于撈渣筒撈渣。但是反循環(huán)易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，由于錘頭磨損快易卡錘頭，不定期的卡錘和處理同樣影響作業(yè)效率。本工程優(yōu)先采用鉆進撈渣，清孔氣舉法。

　　8、關鍵工藝部位

　　8.1、 判定巖層

　　巖層判定是嵌巖的關鍵，首先根據(jù)地質(zhì)勘察報告初定嵌巖的底標高，作為參考依據(jù)，主要原因：地質(zhì)巖層的起伏變化，巖層易出現(xiàn)與地質(zhì)資料不一致的情況。其次在現(xiàn)場根據(jù)出渣的巖樣分析，通過巖石風化的程度、裂隙的發(fā)育程度(結(jié)構(gòu)紋理和鐵錳質(zhì)渲染程度的不同)，有時候出現(xiàn)不同于勘察出的巖樣的巖渣，這需要現(xiàn)場施工人員匯同有經(jīng)驗的人員分析、研究。

　　8.2、鉆孔

　　采用無泵鉆進，利用鋼護筒內(nèi)的淤泥進行自然造漿，保證孔內(nèi)的泥漿比重，使得鉆渣懸浮在泥漿中。在錘頭上下來回的沖擊，類似活塞作用將孔底的鉆渣沖起、懸浮，勤撈渣，有效利用錘擊能，同時避免懸渣的重復破碎。當孔內(nèi)的泥漿比重變化時，需要調(diào)整泥漿的性能，保證出渣。在鉆進的過程中，沖程大小和沖擊頻率因根據(jù)不同的地質(zhì)條件作出相應的調(diào)整。

　　8.3、鋼筋籠的制安

　　嵌巖樁的鋼筋籠于平臺現(xiàn)場分節(jié)制作，鋼筋籠制作過程應注意鋼筋接頭在同一斷面內(nèi)不得大于50%。采用60T浮吊分節(jié)吊籠入孔，兩節(jié)鋼筋籠接頭采用機械擠壓套筒。

　　8.4、清孔

　　清孔采用氣舉法反循環(huán)�，F(xiàn)場配置了一臺11M3的空壓機，和60M3/H的水泵一臺，出水管用Ф100的導管分節(jié)組成，進氣管為2根Ф25的橡膠管。此方法最大可將直徑約10㎝的石塊清出，可滿足清孔要求，如一清不夠，則需二次清孔。此環(huán)節(jié)是嵌巖樁施工的關鍵，直接影響到樁基端部承載力，因嚴格控制沉渣厚度≤5㎝。在本工程中很多樁在一清后，達到沉渣要求，但懸浮在泥漿中的大顆粒碎渣經(jīng)一定的時間因自重又重新沉淀下來。因此在每個樁澆筑砼之前要重新復驗一下孔深，如不夠則需要二清。

　　8.5、砼

　　砼配合比應符合設計強度要求，水泥強度等級不應低于42.5，水泥用量不宜小于370kg/m3，水灰比不宜大于0.6。根據(jù)單根樁的砼方量及攪拌站的施工能力，砼緩凝時間考慮4小時，塌落度控制在18-22cm，滿足密實要求。砼由后場攪拌站拌制，罐車送至現(xiàn)場拖泵，然后泵送至孔內(nèi)。為了保證樁頭砼的密實性，在澆注之前在樁頂加立1米高的模板，澆注時滿溢。在砼終凝后拆除模板，并鑿除加高的砼。

　　9、問題的處理

　　9.1鋼護筒變形和卷邊

　　原因分析：在鋼護筒沉放時，護筒底部和不平整巖面接觸，經(jīng)錘擊后底部發(fā)生變形。遇到此情況，在護筒內(nèi)拋填沖塊石，用小錘在變形處來回的沖擊，將變形處向外撐開;在卷邊處錘擊將卷口沖開或者沖擊切削掉。設計院在吸取一期工程的經(jīng)驗，在本工程的鋼護筒底部增設內(nèi)加強環(huán)，大大的減少了鋼護筒變形和卷口情況的發(fā)生，但是卻易造成內(nèi)徑減小而使環(huán)狀間隙減小而造成錘頭卡錘情況。后又經(jīng)設計院將內(nèi)加強環(huán)改為外加強環(huán)從而解決卡錘問題。在本工程中護筒變形和卷邊情況比一期大大的減少了，無一根拔出重新沉放，提高了施工效率。

　　9.2 卡錘處理

　　卷邊、變形、護筒垂直度不夠等情況易造成卡錘現(xiàn)象。鉆進時要保證錘頭底口外徑尺寸，防止因鍥形而造成卡錘。遇到這類情況，靠浮吊和鉆機自身的提升力強力拔起;如此類辦法無法處理，則采用爆破震動處理，將錘頭被卡處震松，即可將錘頭提出。在本工程中，煤碼頭134根樁中因護筒垂直度不夠而造成卡錘有三根因此情況而未達到嵌巖深度，后經(jīng)設計院審核同意終孔。

　　9.3鋼筋籠上浮

　　原因分析：1、導管掛在鋼筋籠上，上串動導管時帶出鋼筋籠，對此應在串料的時注意串動幅度;2、初灌的砼沖擊力太大，將鋼筋籠沖出，這是因?qū)Ч芸诰嚯x底部太近，應提升一下導管;3、砼的塌落度太小，砼料與鋼筋籠的摩阻力增大，導管埋一定深度后，在砼沖擊下上浮，因此后場攪拌一定要按照配比施工;4、鋼筋籠在護筒口未焊牢。以上情況需要在澆筑的過程中，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時分析出問題所在，及時處理好。

　　9.4塌孔

　　原因分析：鋼護筒在施打中未能進入很好的持力層，加之反循環(huán)清孔對孔底巖體的沖擊而引起的塌孔�，F(xiàn)象：后砼灌注的超罐，個別引起護筒的下沉。遇到此類情況：1、先用水泵維持水頭高度，增大孔內(nèi)泥漿比重，繼續(xù)鉆進;2、對于護筒下沉的，使用現(xiàn)場的打樁船或者浮吊使用震動錘重新沉樁，繼續(xù)鉆進;3、拋填黏土和碎石，用小錘加以擠密后，用大錘繼續(xù)鉆進。

　　9.5漏水

　　原因分析：鉆機沖擊護筒底口，造成與護筒口的巖層破碎，使得內(nèi)外的水相通，如漏水口較大，易造成后期的砼澆注中，砼從漏水口溢出。當砼澆注高度達到一定高度時候，砼自身的壓力大于江水水頭壓力時候，可能造成漏水口的擴大。此時，澆注砼面的高度上不來，影響澆注。遇到此情況，在先期的鉆孔過程中，往孔內(nèi)拋填水泥，水泥和水進行水化作用，與巖石達到一定的固結(jié)作用。

　　10、總結(jié)

　　目前在高樁碼頭的樁基礎施工一般常用鋼樁、打入式(或靜壓)鋼筋混凝土預制樁或PHC樁、鉆孔灌注樁等幾種樁型，而鋼管樁內(nèi)嵌巖樁是個較新型的鉆孔灌注樁，其性能遠遠高于上述樁類。

　　施工角度看，鋼樁、鋼筋混凝土預制樁施工工藝較簡單，加上制樁在陸地上進行，其樁身質(zhì)量容易保證;嵌巖樁的施工工藝相對比較復雜，清孔要求高，且樁身質(zhì)量不易控制，只要在技術(shù)上優(yōu)化，管理措施得力，控制好鉆孔和灌注中的關鍵因素，便能確保嵌巖樁樁身質(zhì)量。從本工程的地質(zhì)情況和碼頭使用荷載情況看，采用高承載力的樁來承受較大的垂直及水平荷載較為理想。首先，鋼樁和混凝土預制樁因受到打樁能力的限制，只能進入強風化巖層或中風化巖層一定量，且樁本身的斷面不大，故其單樁的承載力不高。管內(nèi)嵌巖樁在沉樁至一定量的強、中風化巖層后，而后鉆孔鉆至一定量的微風化巖層，通過灌注砼與基巖澆筑成一整體，其獲得相當高的單樁承載力。其次，從結(jié)構(gòu)設計的樁平面布置來看，對于單樁承載不高的鋼樁和鋼筋混凝土樁，要承受結(jié)構(gòu)整體荷載，則需要增加群樁的數(shù)量。但此密集型的布樁方式會造成打樁不便和打樁時造成附近群樁效應，容易造成樁的偏位，而且增加施工工期，且在施工中不定因素影響到工程進度。因此，本工程采用高承載力、少樁布樁的方案優(yōu)于低承載力、多樁的布樁方案。

　　從經(jīng)濟性上看，對于承載力不高的樁基，樁數(shù)明顯增多，故材料用量大，雖單價較低，但總價較高。而采用承載力高的管內(nèi)嵌巖樁，樁數(shù)減少，材料用量也相應的減少，雖單價高，但總價較低。從總價上比較，這也是選擇鋼管內(nèi)嵌巖樁比其他樁基更優(yōu)化的設計選擇。

　　管內(nèi)嵌巖樁的垂直承載力由土的總側(cè)阻力、嵌巖段總側(cè)阻力和樁端阻力。在土層較薄的地質(zhì)條件下，其荷載的傳遞主要和樁長和嵌巖深度有關。從本工程上部使用荷載看，對樁基的樁身要求具有較強的壓應力和的嵌巖部分具有較高的端阻力和側(cè)阻力。因此在施工過程中，我們嚴格把握如下三點：第一，鉆孔過程中，嚴格判定巖樣，從而確保嵌巖深度;第二，清孔過程中嚴格測好沉渣厚度，確保端承載;第三，澆筑砼中確保澆筑質(zhì)量，從而保證樁身砼的完整性和后期樁身砼的強度。