鉆孔灌注樁在珊瑚礁地質條件下的施工工藝

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，其中鉆孔因其鉆進速度快、成孔好、清孔干凈、費用低是最普遍應用的一種施工工藝，常用設備就是潛水鉆機。但因地質條件不同，對于一般淤泥質土、黏性土、回填土及砂土等潛水鉆機鉆孔穿越方便，成孔效果較好，而對于其他堅硬地質如粉細砂層、風化巖層以及有孤石、卵石的地層則不宜采用潛水鉆機成孔。

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

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，變為自己生存的外殼。每一個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。

根據珊瑚礁在海洋中所處的位置和礁體的形態，可分為岸礁、堡礁、環礁、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建設紅土礦采礦、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期、運營期和生活期所需的各種設備、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3座引橋位置分別鉆孔，結合3個鉆孔資料歸納地質情況如下：

1）珊瑚：乳白～灰綠色（表層太陽照射顏色較深），細粒結構，中等風化，質脆易碎，孔隙發育，取芯困難，鉆進過程中漏水。層底標高－8.77 m，層厚6～9 m。該層標貫擊數最表層裸露部分N值大于50擊。

2）珊瑚屑：淺灰綠色，飽和，松散～稍密。土質不勻，混黏性土及砂，珊瑚屑約占50%。層底標高－17.98 m，層厚9.2 m。該層標貫擊數不大，較軟，鉆進速度快。

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

4）細砂：深灰色，飽和，密實，質較純，切面粗糙，搖振反應較迅速，下部含較多礫石。層底標高－28.13 m，層厚6.8 m。該層標貫擊數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。層底標高－34.83 m，層厚6.7 m。該層標貫擊數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。層底標高－47.15 m，層厚12.3 m。該層標貫擊數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，標貫擊數都很大。

4 鉆機選型

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

5 施工工藝流程

5.1 搭設施工平臺

根據珊瑚礁的頂面和灌注樁的樁頂標高用型鋼制作貝雷架，安放好后在上面根據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

5.2 準確放設樁位

在樁架軌道上準確放設樁位控制點，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確定位樁中心點。

5.3 沖擊錘進行表面沖孔

利用吊機將沖擊鉆機吊至樁位處，準確定好位置，鉆機加固后不要移動，開始進行沖孔作業。沖孔很慢，需要經常查看沖進速度，避免影響進度，把表層堅硬部分沖透即可停止，一般為1～2 m。

5.4 潛水鉆機進行鉆孔

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

5.5 沉放護筒

把潛水鉆機移到其它樁位，用吊機把護筒吊至鉆完孔樁位處，調整護筒垂直度慢慢下放護筒使其自然進入鉆孔內，由于側壁摩擦進入一定深度后不能下沉，用型鋼進行橫縱方向加固護筒保證其垂直度。由于護筒要穿入硬土層，另外此區域地震比較頻繁，因此本工程采用壁厚為16 mm的鋼護筒。用吊機吊液壓鉗和振動錘（液壓鉗和振動錘用螺栓連接成一個整體）進行振沉護筒，在振沉過程中要隨時注意護筒的垂直度，利用液壓鉗夾護筒的側面位置進行糾偏效果很好，確保護筒的垂直度和樁位的準確。由于液壓鉗的配電柜及管線太多不好操作，最好1個引橋統一鉆完孔后一起沉放護筒。見圖2。

圖2 護筒的沉放

5.6 護筒內存放膨潤土

根據此地區鉆探資料反映，地下層內很少有黏性土層，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壁。在陸地制作大的泥漿坑進行制漿還遠遠不夠，需要在護筒內利用潛水鉆機進行制漿，這將大大加快制漿速度和制漿數量，保證滿足鉆孔用漿量。由于本地區沒有找到可以制漿的土質，從國內運輸膨潤土進行制漿。膨潤土放到護筒內后最好要等幾天，讓土充分溶解以增強效果。另外制漿用水最好用淡水進行，確保膨潤土充分發揮效用。

5.7 潛水鉆機正式鉆孔

鉆機就位后先啟動泥漿泵和轉盤，使之空轉一段時間，待泥漿置換一定數量達到預期的泥漿濃度后，方可開始鉆進。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。

開始鉆進時，進尺應適當控制，在護筒刃腳處，應低檔慢速鉆進，使刃腳處有堅固的泥皮護壁。鉆至刃腳下1 m后，可按土質以正常速度鉆進。

鉆進過程中，每進尺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等于設計樁徑，高度3～5 m）吊入孔內，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，貝雷架要支設牢靠，不能因鉆機工作導致軌道變形，成孔后根據鉆桿在鉆機上的留出長度來校驗成孔達到的深度。

5.8 成孔后再次注入膨潤土

鉆機鉆孔一般都鉆到礫（卵）石砂層，再鉆進很困難，樁長在35～45 m，根據地質情況樁底標貫擊數N值基本上都在50擊以上。由于鉆機鉆進過程中制作新鮮的泥漿數量有限，此處地質情況含砂量很大，孔內懸浮于泥漿中的砂很多，含砂率遠遠超過規范規定，需要進行清孔處理。將一定數量（5袋左右）的膨潤土再次倒入成好的孔內充分浸潤。

5.9 利用鉆機進行第一次清孔

待孔內膨潤土充分浸潤后（一般要至少1 d）即可利用鉆機進行第一次清孔。

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，再利用泥漿膠體的黏結力使懸浮著的沉渣隨著泥漿的循環流動被帶出樁孔，最終將樁孔內的沉渣清除干凈。將鉆機的鉆桿和鉆頭伸入到孔底，利用潛水泵進行泥漿循環，從泥漿池內抽出已過濾的泥漿，把孔內含砂量大的泥漿經過沉淀池流入泥漿池，在這過程中要時刻觀測孔內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行排除，另一方面將懸浮在孔內泥漿中的砂置換。直到孔口返漿比重持續小于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到設計要求，傾斜度不得大于1%。

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

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行吊裝，吊裝之前要先對鉆孔進行檢測。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。鋼筋籠吊裝時對準孔位，盡量豎直輕放、慢放，遇障礙物可慢起慢落和正反旋轉使之下落，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。

5.11 混凝土導管安放

安放導管應注意導管由孔頂向下插入時必須用滑閥（或密封球）將下口封住，否則孔內的泥渣有可能進入樁身混凝土中影響混凝土質量。另外導管的接口處要密封嚴密，不得漏氣，有必要進行導管的氣密性檢測，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管進行第二次清孔。當孔口返漿比重及沉渣厚度均符合規范要求后，應立即進行水下混凝土的灌注工作。

5.12 混凝土灌注

采用導管灌注進行鉆孔灌注水下混凝土的施工，為防止發生斷樁、夾泥、堵管等現象，在混凝土灌注時應加強對混凝土攪拌時間和混凝土坍落度的控制。混凝土攪拌時間不足會直接影響混凝土的強度，混凝土坍落度采用18～20 cm，并隨時了解混凝土面的標高和導管的埋入深度。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，《建筑施工操作規程》規定樁身混凝土的充盈系數必須大于1。同時要做好記錄，這對日后發現問題樁或評價樁的質量具有很大作用。

6 結語

在國外設備受限、珊瑚礁地質、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。除了一般的認識經驗外，還要注意以下幾點：

1）加強地質勘察報告的深度與準確度，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，應對相應土層的鉆入難度有充分的估計，選用鉆機功率大的機型，避免機型選擇不合適造成成孔困難或損壞鉆機，影響工期。

3）數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進行鉆孔，下完護筒后可改為一般鉆機進行鉆孔。

4）數量多的灌注樁要考慮采用旋挖鉆機進行成孔的工藝。

5）護筒的壁厚要比一般地質條件下的加厚，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壁，同時要用泥漿置換孔內珊瑚和砂，確保清除孔底沉渣。在完成的孔內利用鉆機制備泥漿效果很好。

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

[2]周國鈞.灌注樁設計施工手冊[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展[M].北京：人民交通出版社，1999.