超長空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯技術

曹勝敏，寇 磊，李繼廣

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

超長空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯技術

曹勝敏，寇 磊，李繼廣

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

本文涉及一種超長空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯導向定位裝置，通過對取芯檢測設備進行導向定位以保證鉆進垂直度的裝置。

超長空心鋼管嵌巖斜樁；取芯；導向定位裝置

引 言

大直徑灌注型嵌巖斜樁在碼頭工程中應用越來越多，其不僅可以承載上部豎向荷載，而且作為樁基礎可以承受船舶和風浪的側向荷載，因此把樁基礎做成斜樁來承受水平力對整個碼頭的穩固性來說非常有利。但是斜樁施工困難，施工中不可避免的出現許多問題，成樁質量的可靠性較低。為保證工程質量，及時發現并解決問題，做到防患于未然，提高效益，必須在施工過程中對樁基進行質量跟蹤檢測，鉆芯法是一種微破損或局部破損檢測方法，具有直觀、實用等特點，它不僅可檢測混凝土質量及強度，而且可檢測沉渣厚度、混凝土與持力層的接觸情況，以及持力層的巖土性狀、是否存在夾層等，這一點也是目前其它檢測方法無法比擬的。鉆芯法借鑒了地質勘探技術，在混凝土中鉆取芯樣，通過芯樣表觀質量和芯樣試件抗壓強度試驗結果，綜合評價混凝土的質量是否滿足設計要求。

1 超長鋼管樁灌注型嵌巖斜樁概述

某30萬t原油碼頭工程樁基采用的是超長鋼管樁灌注型嵌巖斜樁式結構，樁基斷面如圖1所示。樁的斜度為5：1和6：1兩種，樁內填充分三段：上部為樁頭混凝土、中部填砂，下部為嵌巖混凝土，取芯部位為下部混凝土。因樁徑大，按規范每根樁需鉆3個孔，且鉆孔應鉆至樁底以下0.5 m中風化基巖層內。取芯時間為在下部混凝土澆筑完成，達到取芯條件后，填砂之前取芯。根據設計的基礎結構在取芯時鋼管樁下部混凝土芯柱頂面至鋼管樁頂面都為懸空狀態（懸空段預計長度范圍：22.83～50.64 m），且為傾斜式，稱為超長空心鋼管嵌巖斜樁，對其進行取芯檢測時鉆桿如果直接下去，因自重作用會偏向下方，導致鉆桿發生很大彎曲，偏位，無法鉆取下部混凝土芯樣。另外按照規范要求，當受檢樁樁徑較大時，一個樁上要進行多孔檢測，若樁身過長，垂直度控制不好，鉆芯孔不但有可能出樁，還有可能鉆到已鉆完的孔內，發生串孔，導致鉆芯失敗。

目前，國內鋼管嵌巖直樁有鉆芯的工程實例，但斜樁鉆芯還沒有先例，對超長空心鋼管嵌巖斜樁內的混凝土取芯檢測更是沒有可參考的資料，是一個實屬亟待研發的課題。

圖1 超長空心鋼管嵌巖斜樁示意

2 導向定位裝置的設計及實施方式

從圖1的樁身斷面中可以看出，取芯需要解決的主要問題：一是懸空段的導向，即能使鉆具到達下部嵌巖混凝土段頂面指定位置（規范要求開孔位置宜在距樁中心 0.15D～0.25D內均勻對稱布置）；二是鉆進過程中定向及糾偏問題，即鉆具在傾斜狀態下工作時不能偏離鉆孔軸心。為解決上述問題，專門設計了一種超長空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯導向定位裝置，對取芯檢測設備進行導向定位以保證鉆進垂直度，確保取芯檢測的質量。所述導向定位裝置包括有導管、連接板、支撐器、法蘭連接螺栓孔。見圖2。

圖2 導向定位裝置平面示意

取芯導向定位裝置結構中的連接板分兩種形式，一種是不帶支撐，僅起連結作用。另一種需要和支撐器連接，支撐在鋼管樁內壁，這樣不僅起連結作用外，還起導向定位作用，將契形銷子插入 2個法蘭的螺絲孔內，使兩節導向管能夠順利的連接，并使兩個沒有對正的孔對正。

所述連接板與支撐器固定的位置是通過連接板上的雙排調節螺栓孔進行固定的，用3個可調節位置的支撐器穩固的支撐在鋼管樁內壁上。

所述法蘭連接螺栓孔設置在連接板上3個孔的中心連線上，每條連線上至少設有2個法蘭連接螺栓孔，則3條連線上6個法蘭連接螺栓孔采用過渡配合連接。所述過渡配合是螺栓與螺栓孔的間隙不希望有大的過盈，整個配合比較緊密，能夠準確地定位，同時便于拆裝。

超長空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯導向定位裝置，該套裝置由導管、連接板、支撐器、螺栓等部分組成。同等長度同等直徑的3根導管、連接板、支撐器成為一個整體，形成一節導向定位裝置。

所述連接板分兩種形式，一種起連結作用，另一種除起連結作用外，還起導向定位作用。現場操作時根據鋼管樁內上部空心段的長度不同，將多節導向定位裝置由螺栓連結固定在一起，使導向定位裝置穩定的支撐在鋼管樁內壁，并保證裝置的同心度。連接板上的兩排螺孔，可以調節支撐器與連接板中心的距離，從而可以對不同直徑的鋼管斜樁進行導向定位。為了在傾斜的情況下，兩節導向定位裝置能夠順利的連接，采用了契形銷子，契形銷子有梢頭可以插入兩個連接板的螺絲孔內，這樣就可以將兩個沒有對正的孔對正。

本次設計的取芯檢測導向定位裝置制作過程中注意如下要點：

1）導向定位裝置材料的選取

根據樁型及現場條件設計了導向定位裝置來對取芯設備進行導向定位，由于導向定位裝置最長達 50多米，一般剛度不夠，會發生彎曲變形。導管管壁的厚度較大重量過重，給現場起拔吊裝帶來困難。經研究導向定位裝置的導管采用薄壁管材。連接板采用薄鋼板。

2）導向定位裝置結構的設計

結構盡可能的簡單，穩定性好，采用3 m一節，每節兩頭都有連接板，6 m啟用一個具有導向定位的連接板，其端部帶有支撐器。

3）導向定位裝置的加工

加工精度是保證導向定位裝置的安裝精度，所以需要選擇有實力的加工廠進行加工。

3 現場取芯具體操作

首先根據鋼管斜樁直徑的大小，通過連接板上端部的兩排螺孔，調節支撐器與連接板中心的距離，進行接結，要使支撐器剛好可以支撐在鋼管樁內壁上。然后順著鋼管樁內壁下放一節導向定位裝置，然后通過連接板中部的法蘭螺栓連結另一節導向定位裝置，連結好后繼續下放，做好下放記錄并計算校核導向定位裝置長度，當導向定位裝置底端到達下部混凝土芯柱頂面時，停止下放。在導向定位裝置到達位置后，取芯檢測設備通過該導向定位裝置到達斜樁底部混凝土表面，進行取芯檢測，在鉆進時導向定位裝置對鉆具有扶正作用，保證鉆頭沿軸線鉆進，從而確保了取芯檢測的精度和質量要求，又避免了各取芯孔之間互相串孔。

導向定位裝置不僅導向直樁，還需要導向斜樁，而在斜樁中取芯作業時鉆桿在導向套管內高速回轉時，由于鉆孔傾斜，鉆桿較長，鉆桿在重力作用下產生離心力，會導致鉆桿發生彈跳現象。鉆探人員改進了鉆探工藝，采用底部加鉆鋌加壓方式，及在鉆桿的上部、中部、下部各加一個尼龍質的扶正裝置，保證了高速旋轉的鉆桿勻速不彈跳。

4 取芯效果

30萬t原油碼頭工程樁基檢測共完成鋼管嵌巖斜樁取芯 27根，每根樁 3個鉆孔，鉆孔取芯共1 320.02延米。鋼管嵌巖斜樁取芯檢測成功率為100 %。經過成孔檢驗，每個取芯孔偏離鉆孔軸心不超過8cm。滿足了規范要求的鉆芯孔垂直度偏差不大于0.5 %的技術要求。混凝土芯樣連續、完整、表面光滑、呈長柱狀、斷口吻合。本項目采用的取芯定位導向裝置和技術解決了大直徑鋼管斜樁內上部超長空心段，下部灌注型嵌巖混凝土樁身質量的全面檢測，填補了國內技術缺陷，使大直徑鋼管嵌巖斜樁的質量得到有效保證，其推廣使用有重大的現實意義，經濟、社會效益顯著。

5 結 語

1）本文介紹的取芯是一種全新的導向定位鉆進技術，其設備中的連接板底部平面和鉆進工作面不需要平行，導向管和鉆進工作面也不一定垂直，通過連接板上的支撐器的作用，就可以使得三個導管中心線能平行于樁體中心線，且不需要人工或機械方式固定就能鉆進。這種導向定位裝置設計打破常規理念，節省了人力，可以在各種凹凸不平的工作面上鉆進，適應各種傾斜角度的鉆進，便于拆卸、組裝，可重復利用，節省造價，現場操作靈活、方便，成功的解決了斜樁懸空時鉆具因自重作用會偏向下方，導致鉆桿發生很大彎曲，偏位，無法鉆取下部混凝土芯樣的難題。

2）導向定位裝置在連接板上設置的支撐器，可適用于不同樁徑的取芯檢測，根據現場樁徑的不同，連接板支撐端邊緣到樁心的距離是不一樣的，就需要調節，通過連接板上的雙排調節螺栓孔進行調節。使支撐器向外延伸（或者向內收縮）剛好能支撐在鋼管樁內徑上，解決了在樁徑不同時也能進行導向定位。

3）取芯裝置除了定位功能，還有導向功能，工作時導管對鉆桿具有扶正作用，保證鉆桿在鉆進過程中不發生彎曲變形，從而保證鉆孔的垂直度。本設備不僅可以在直樁取芯中應用，還可以在斜樁取芯中應用。懸空斜樁取芯定位導向裝置的設計形式和技術獲得國家發明專利證書和實用新型專利。

[1]JGJ 106-2003建筑基樁檢測技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2003.

[2]陳凡.基樁質量檢測技術[S].北京:中國建筑工業出版社,2003.

[3]徐斯林,韓勁松,趙利平.海上淺覆蓋層灌注型嵌巖樁鉆孔平臺搭設[J].港工技術,2010.

Concrete Core Drilling Technology for Ultra-long Inclined Hollow Steel-tube-pile Embedded in Rock

Cao Shengmin,Kou Lei,Li Jiguang
(CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China)

An introduction is given to a guide positioning device which leads the core-drilling detection equipment to ensure appropriate verticality of the drill rod while concrete core is taken from an ultra-long inclined hollow steel-tube-pile embedded in rock.

ultra-long inclined hollow steel-tube-pile embedded in rock; core drilling; guide positioning device

U655.55+2

：A

：1004-9592（2016）06-0096-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160624

2016-05-26

專利項目：發明專利號（ZL201310360261.X)、實用新型專利號（ZL201320502300.0）

曹勝敏（1969-），男，工學博士，主要從事土木工程勘察、檢測監測、物探的技術管理等工作。