鉆孔灌注樁在珊瑚礁地質(zhì)條件下的施工工藝

祝敏杰

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

灌注樁成孔工藝一般有沖孔、鉆孔、旋挖等工藝，其中鉆孔因其鉆進(jìn)速度快、成孔好、清孔干凈、費用低是最普遍應(yīng)用的一種施工工藝，常用設(shè)備就是潛水鉆機(jī)。但因地質(zhì)條件不同，對于一般淤泥質(zhì)土、黏性土、回填土及砂土等潛水鉆機(jī)鉆孔穿越方便，成孔效果較好，而對于其他堅硬地質(zhì)如粉細(xì)砂層、風(fēng)化巖層以及有孤石、卵石的地層則不宜采用潛水鉆機(jī)成孔。

本文結(jié)合巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木鎳鈷項目碼頭工程，介紹鉆孔灌注樁在珊瑚礁地質(zhì)條件下用潛水鉆機(jī)與沖擊錘結(jié)合的施工工藝。

1 珊瑚礁的形成及范圍

珊瑚礁的主體是由珊瑚蟲組成的，珊瑚蟲在生長過程中能吸收海水中的鈣和二氧化碳，然后分泌出石灰石，變?yōu)樽约荷娴耐鈿ぁＣ恳粋€單體的珊瑚蟲群聚在一起，新陳代謝，生長繁衍，不斷分泌出石灰石和其他生物的碳酸鈣骨骼堆積在一起，形成巨大的膠體并黏合在一起。這些石灰石經(jīng)過以后的壓實、石化，形成島嶼和礁石，也就是所謂的珊瑚礁。

根據(jù)珊瑚礁在海洋中所處的位置和礁體的形態(tài)，可分為岸礁、堡礁、環(huán)礁、臺礁和點礁。岸礁和堡礁又通稱為近岸礁，近岸礁靠近大陸的邊緣，它像花邊一樣鑲嵌在大陸或島嶼的邊緣或周圍，是非人工筑起的水下防波堤，起著保護(hù)海岸的作用。本工程中遇到的就是岸礁。

2 工程簡介

巴布亞新幾內(nèi)亞位于太平洋西南部，西與印度尼西亞的伊里安查亞省接壤，南隔托雷斯海峽，與澳大利亞相望。巴新瑞木鎳鈷項目是中巴合資共同開發(fā)建設(shè)紅土礦采礦、選礦、礦漿輸送和冶煉的項目。碼頭工程位于巴新馬當(dāng)市東南55 km的Basamuk海邊，為1座5萬噸級碼頭和1座工作船碼頭，5萬噸級碼頭作為后方冶煉廠配套的專用碼頭，需滿足接卸后方冶煉廠建設(shè)期、運營期和生活期所需的各種設(shè)備、材料及物資。

2個碼頭有3座引橋，共有φ1 000 mm灌注樁6根和φ1 200 mm灌注樁23根。

3 勘測資料

根據(jù)3座引橋位置分別鉆孔，結(jié)合3個鉆孔資料歸納地質(zhì)情況如下：

1）珊瑚：乳白～灰綠色（表層太陽照射顏色較深），細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中等風(fēng)化，質(zhì)脆易碎，孔隙發(fā)育，取芯困難，鉆進(jìn)過程中漏水。層底標(biāo)高－8.77 m，層厚6～9 m。該層標(biāo)貫擊數(shù)最表層裸露部分N值大于50擊。

2）珊瑚屑：淺灰綠色，飽和，松散～稍密。土質(zhì)不勻，混黏性土及砂，珊瑚屑約占50%。層底標(biāo)高－17.98 m，層厚9.2 m。該層標(biāo)貫擊數(shù)不大，較軟，鉆進(jìn)速度快。

3）粉砂：深灰色，飽和，稍密～中密，切面粗糙，搖振反應(yīng)較迅速，含貝殼碎片，夾黏性土。層底標(biāo)高－21.37 m，層厚3.4 m。該層標(biāo)貫擊數(shù)N值為28擊左右。

4）細(xì)砂：深灰色，飽和，密實，質(zhì)較純，切面粗糙，搖振反應(yīng)較迅速，下部含較多礫石。層底標(biāo)高－28.13 m，層厚6.8 m。該層標(biāo)貫擊數(shù)N值為35擊左右。

5）含礫中砂：灰白～灰綠色，飽和，密實。含礫約占15%～20%，含較多黏性土。層底標(biāo)高－34.83 m，層厚6.7 m。該層標(biāo)貫擊數(shù)N值大于50擊。

6）卵礫石：深灰色，飽和，密實，礫石粒徑1～2 cm，約占15%～20%，卵石最大粒徑4 cm左右，約占30%～35%，混黏土或砂。層底標(biāo)高－47.15 m，層厚12.3 m。該層標(biāo)貫擊數(shù)N值大于50擊。

7）最深孔鉆到－70.57 m，主要為含礫石、砂土等一系列土層，標(biāo)貫擊數(shù)都很大。

4 鉆機(jī)選型

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料，表層珊瑚礁比較堅硬，護(hù)筒不能直接下沉，由于珊瑚礁不規(guī)則，表面不平并且硬度很大，潛水鉆機(jī)直接鉆進(jìn)較困難，容易毀壞鉆機(jī)，并且樁位不能保證，需要先用沖擊鉆進(jìn)行沖孔。待沖孔一定深度穿透表層珊瑚礁堅硬部分后，換用潛水鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔加快進(jìn)度，鉆到護(hù)筒底部時用振動錘配合液壓鉗進(jìn)行護(hù)筒沉放，然后再進(jìn)行潛水鉆機(jī)鉆孔。

5 施工工藝流程

5.1 搭設(shè)施工平臺

根據(jù)珊瑚礁的頂面和灌注樁的樁頂標(biāo)高用型鋼制作貝雷架，安放好后在上面根據(jù)樁位排架安放用槽鋼制作的樁架軌道并加固牢靠。見圖1。

圖1 施工平臺的搭設(shè)

5.2 準(zhǔn)確放設(shè)樁位

在樁架軌道上準(zhǔn)確放設(shè)樁位控制點，橫縱兩個方向分別在貝雷架和軌道上做點，用拉繩的方法能夠準(zhǔn)確定位樁中心點。

5.3 沖擊錘進(jìn)行表面沖孔

利用吊機(jī)將沖擊鉆機(jī)吊至樁位處，準(zhǔn)確定好位置，鉆機(jī)加固后不要移動，開始進(jìn)行沖孔作業(yè)。沖孔很慢，需要經(jīng)常查看沖進(jìn)速度，避免影響進(jìn)度，把表層堅硬部分沖透即可停止，一般為1～2 m。

5.4 潛水鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔

把沖擊鉆機(jī)移到其它樁位沖孔，將潛水鉆機(jī)正位進(jìn)行鉆進(jìn)。由于珊瑚礁比較堅硬，開始鉆進(jìn)時鉆頭要抬起少許，避免鉆頭及鉆桿的自身質(zhì)量太大對鉆機(jī)造成損害，最好換用大功率的鉆頭，GZ1500鉆頭轉(zhuǎn)速較低，對鉆進(jìn)堅硬地層比較適合。待穿透珊瑚層后進(jìn)入珊瑚屑層鉆進(jìn)速度明顯加快，由于珊瑚和珊瑚屑在勘測鉆進(jìn)過程中漏水，為防止以后沉放完護(hù)筒底部漏水，鉆到距護(hù)筒底部還有3 m左右即可停止。

5.5 沉放護(hù)筒

把潛水鉆機(jī)移到其它樁位，用吊機(jī)把護(hù)筒吊至鉆完孔樁位處，調(diào)整護(hù)筒垂直度慢慢下放護(hù)筒使其自然進(jìn)入鉆孔內(nèi)，由于側(cè)壁摩擦進(jìn)入一定深度后不能下沉，用型鋼進(jìn)行橫縱方向加固護(hù)筒保證其垂直度。由于護(hù)筒要穿入硬土層，另外此區(qū)域地震比較頻繁，因此本工程采用壁厚為16 mm的鋼護(hù)筒。用吊機(jī)吊液壓鉗和振動錘（液壓鉗和振動錘用螺栓連接成一個整體）進(jìn)行振沉護(hù)筒，在振沉過程中要隨時注意護(hù)筒的垂直度，利用液壓鉗夾護(hù)筒的側(cè)面位置進(jìn)行糾偏效果很好，確保護(hù)筒的垂直度和樁位的準(zhǔn)確。由于液壓鉗的配電柜及管線太多不好操作，最好1個引橋統(tǒng)一鉆完孔后一起沉放護(hù)筒。見圖2。

圖2 護(hù)筒的沉放

5.6 護(hù)筒內(nèi)存放膨潤土

根據(jù)此地區(qū)鉆探資料反映，地下層內(nèi)很少有黏性土層，并且很多土層都有孔隙、漏水，鉆孔過程中需要用大量泥漿護(hù)壁。在陸地制作大的泥漿坑進(jìn)行制漿還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要在護(hù)筒內(nèi)利用潛水鉆機(jī)進(jìn)行制漿，這將大大加快制漿速度和制漿數(shù)量，保證滿足鉆孔用漿量。由于本地區(qū)沒有找到可以制漿的土質(zhì)，從國內(nèi)運輸膨潤土進(jìn)行制漿。膨潤土放到護(hù)筒內(nèi)后最好要等幾天，讓土充分溶解以增強(qiáng)效果。另外制漿用水最好用淡水進(jìn)行，確保膨潤土充分發(fā)揮效用。

5.7 潛水鉆機(jī)正式鉆孔

鉆機(jī)就位后先啟動泥漿泵和轉(zhuǎn)盤，使之空轉(zhuǎn)一段時間，待泥漿置換一定數(shù)量達(dá)到預(yù)期的泥漿濃度后，方可開始鉆進(jìn)。接、卸鉆桿的動作要迅速、安全，爭取盡快完成，以免停鉆時間過長，增加孔底沉淀。

開始鉆進(jìn)時，進(jìn)尺應(yīng)適當(dāng)控制，在護(hù)筒刃腳處，應(yīng)低檔慢速鉆進(jìn)，使刃腳處有堅固的泥皮護(hù)壁。鉆至刃腳下1 m后，可按土質(zhì)以正常速度鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)過程中，每進(jìn)尺2～3 m，要檢查鉆孔直徑和豎直度，檢查工具用圓鋼筋籠（外徑D等于設(shè)計樁徑，高度3～5 m）吊入孔內(nèi)，使鋼筋籠中心與鉆孔中心重合，如上下各處均無掛阻，則說明鉆孔直徑和豎直度符合要求。

鉆孔深度要保證，貝雷架要支設(shè)牢靠，不能因鉆機(jī)工作導(dǎo)致軌道變形，成孔后根據(jù)鉆桿在鉆機(jī)上的留出長度來校驗成孔達(dá)到的深度。

5.8 成孔后再次注入膨潤土

鉆機(jī)鉆孔一般都鉆到礫（卵）石砂層，再鉆進(jìn)很困難，樁長在35～45 m，根據(jù)地質(zhì)情況樁底標(biāo)貫擊數(shù)N值基本上都在50擊以上。由于鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中制作新鮮的泥漿數(shù)量有限，此處地質(zhì)情況含砂量很大，孔內(nèi)懸浮于泥漿中的砂很多，含砂率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范規(guī)定，需要進(jìn)行清孔處理。將一定數(shù)量（5袋左右）的膨潤土再次倒入成好的孔內(nèi)充分浸潤。

5.9 利用鉆機(jī)進(jìn)行第一次清孔

待孔內(nèi)膨潤土充分浸潤后（一般要至少1 d）即可利用鉆機(jī)進(jìn)行第一次清孔。

清孔的主要目的是清除孔底沉渣，孔底沉渣是影響灌注樁承載能力的主要因素之一。

清孔是利用泥漿在流動時所具有的動能沖擊樁孔底部的沉渣，使沉渣中的巖粒、砂粒等處于懸浮狀態(tài)，再利用泥漿膠體的黏結(jié)力使懸浮著的沉渣隨著泥漿的循環(huán)流動被帶出樁孔，最終將樁孔內(nèi)的沉渣清除干凈。將鉆機(jī)的鉆桿和鉆頭伸入到孔底，利用潛水泵進(jìn)行泥漿循環(huán)，從泥漿池內(nèi)抽出已過濾的泥漿，把孔內(nèi)含砂量大的泥漿經(jīng)過沉淀池流入泥漿池，在這過程中要時刻觀測孔內(nèi)抽出的泥漿含砂量以及泥漿池的泥漿濃度，一方面將孔底沉渣進(jìn)行排除，另一方面將懸浮在孔內(nèi)泥漿中的砂置換。直到孔口返漿比重持續(xù)小于1.10～1.20，測得孔底沉渣厚度小于50 mm，即第一次清孔完成。

清孔完成后，必須檢測孔深、直徑和傾斜度，其中孔徑和孔深須達(dá)到設(shè)計要求，傾斜度不得大于1%。

清孔后孔內(nèi)含泥量和孔底沉渣均須符合設(shè)計及圖紙要求，然后立即吊放鋼筋籠和沉放混凝土導(dǎo)管。

5.10 鋼筋籠制作和吊放

鋼筋籠提前在鋼筋場地制作好后進(jìn)行吊裝，吊裝之前要先對鉆孔進(jìn)行檢測。檢測使用的探孔器直徑和鉆孔直徑相符，主要檢測鉆孔內(nèi)有無坍塌及孔壁有無影響鋼筋安裝的障礙物，如突出尖石、樹根等，以確保鋼筋籠的安裝。鋼筋籠吊裝時對準(zhǔn)孔位，盡量豎直輕放、慢放，遇障礙物可慢起慢落和正反旋轉(zhuǎn)使之下落，無效時，立即停止下落，查明原因后再安裝。鋼筋籠接長時要加快焊接時間，盡可能縮短沉放時間。入孔后牢固定位，容許偏差不大于5 cm，并使鋼筋籠處于懸吊狀態(tài)。

5.11 混凝土導(dǎo)管安放

安放導(dǎo)管應(yīng)注意導(dǎo)管由孔頂向下插入時必須用滑閥（或密封球）將下口封住，否則孔內(nèi)的泥渣有可能進(jìn)入樁身混凝土中影響混凝土質(zhì)量。另外導(dǎo)管的接口處要密封嚴(yán)密，不得漏氣，有必要進(jìn)行導(dǎo)管的氣密性檢測，無誤后方可使用，以防止漏氣漏漿而影響灌注。

在混凝土灌注前利用導(dǎo)管進(jìn)行第二次清孔。當(dāng)孔口返漿比重及沉渣厚度均符合規(guī)范要求后，應(yīng)立即進(jìn)行水下混凝土的灌注工作。

5.12 混凝土灌注

采用導(dǎo)管灌注進(jìn)行鉆孔灌注水下混凝土的施工，為防止發(fā)生斷樁、夾泥、堵管等現(xiàn)象，在混凝土灌注時應(yīng)加強(qiáng)對混凝土攪拌時間和混凝土坍落度的控制?；炷翑嚢钑r間不足會直接影響混凝土的強(qiáng)度，混凝土坍落度采用18～20 cm，并隨時了解混凝土面的標(biāo)高和導(dǎo)管的埋入深度。在施工過程中，要控制好灌注工藝和操作，抽動導(dǎo)管使混凝土面上升的力度要適中，保證有程序地拔管和連續(xù)灌注，升降的幅度不能過大。在灌注過程中必須每灌注2 m3左右測一次混凝土面上升的高度，確定每段樁體的充盈系數(shù)，《建筑施工操作規(guī)程》規(guī)定樁身混凝土的充盈系數(shù)必須大于1。同時要做好記錄，這對日后發(fā)現(xiàn)問題樁或評價樁的質(zhì)量具有很大作用。

6 結(jié)語

在國外設(shè)備受限、珊瑚礁地質(zhì)、工程量不大的條件下鉆孔灌注樁施工，采用這種方法能夠滿足施工需要，節(jié)約成本，起到了很好的效果，在以后類似的工程中可以借鑒。除了一般的認(rèn)識經(jīng)驗外，還要注意以下幾點：

1）加強(qiáng)地質(zhì)勘察報告的深度與準(zhǔn)確度，要判明珊瑚礁的硬度情況及明確分布和層厚，制定合理的施工工藝。

2）施工時，應(yīng)對相應(yīng)土層的鉆入難度有充分的估計，選用鉆機(jī)功率大的機(jī)型，避免機(jī)型選擇不合適造成成孔困難或損壞鉆機(jī)，影響工期。

3）數(shù)量少的灌注樁可以先用沖擊鉆破碎表層珊瑚礁，然后用大功率的鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，下完護(hù)筒后可改為一般鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。

4）數(shù)量多的灌注樁要考慮采用旋挖鉆機(jī)進(jìn)行成孔的工藝。

5）護(hù)筒的壁厚要比一般地質(zhì)條件下的加厚，方便穿透珊瑚層。

6）對于地層中含黏性土少的鉆孔需要大量制備泥漿護(hù)壁，同時要用泥漿置換孔內(nèi)珊瑚和砂，確保清除孔底沉渣。在完成的孔內(nèi)利用鉆機(jī)制備泥漿效果很好。

[1]張忠亭，丁小學(xué).鉆孔灌注樁的設(shè)計與施工[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]周國鈞.灌注樁設(shè)計施工手冊[M].北京：地震出版社，1991.

[3]王伯惠，上官興.中國鉆孔灌注樁新發(fā)展[M].北京：人民交通出版社，1999.