淺談珊瑚礁地質灌注樁施工技術

周必凱　卞亮

摘 要：樁基礎為水工建筑物中常見的基礎形式，灌注樁基礎因具有施工簡單，造價成本低等優(yōu)勢被廣泛應用于工程實踐中，尤其在紅海沿海，珊瑚礁地質較為常見，利用重力式樁錘沖孔穿透珊瑚礁進行灌注樁施工，可取得了很好的工程效果。

關鍵詞：紅海；鉆孔灌注樁；珊瑚礁；施工工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.112

灌注樁是直接在樁位上就地成孔，然后在孔內安放鋼筋籠灌注混凝土而成。灌注樁施工可分為鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、套管成孔灌注樁和爆擴成孔灌注樁等。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。而對于其他堅硬地質如粉細砂層、風化巖層、珊瑚礁以及有孤石、卵石的地層則不宜采用潛水鉆機成孔。本文結合位于紅海岸邊工程灌注樁施工實踐，介紹在珊瑚礁地質條件下用沖擊錘成孔的灌注樁施工工藝。

1 珊瑚礁成因及工程特征

珊瑚礁是造礁珊瑚群體死亡后，其骨骼和外殼聚集在一起的沉積建造，其經歷生物作用和地質作用后，成為珊瑚礁灰?guī)r。珊瑚一般生長在海水溫度20～30。C、水深0～50 m的海域，全球的珊瑚礁主要分布于南北回歸線之間的熱帶海洋中。蘇丹紅海沿岸屬熱帶海洋氣候帶，常年海水溫度較高，且潮差小，非常適合珊瑚生長發(fā)育。近幾年來我們在蘇丹東北部沿海進行了大量的地質勘探及調查工作，該地區(qū)的淺部地層基本上為珊瑚礁灰?guī)r及其風化物，屬典型的珊瑚礁灰?guī)r地區(qū)。

珊瑚礁灰?guī)r殘積土（珊瑚礁砂礫層）主要呈粗礫砂、角礫狀，屬于碳酸鈣質砂礫顆粒，與石英質砂相比，其形狀不規(guī)則、結構疏松、多孔、具脆性，在高壓下壓縮性較大且易于破碎。根據(jù)珊瑚礁其自身的物理特性，在灌注樁施工中，采用重力式沖錘成孔工藝，可取得良好的效果。

2 工程簡介

蘇丹港瞭望塔工程位于蘇丹港港區(qū)入口處，可視條件好，其功能主要為航行監(jiān)控，港口水文分析，哨崗警衛(wèi)，觀光旅游，辦公等。該燈塔項目室內建筑面積為429.5m2 ，塔身高為40.55m，塔身采用鋼筋混凝土剪力墻結構，基礎采用灌注樁及混凝土墩臺組合基礎，即由9根直徑為1.2m的圓形灌注樁和鋼筋混凝土墩臺組成，設計樁長為35m。

3 灌注樁施工技術要求

3.1 場地準備及選擇打樁設備

該工程位于海邊淺灘處，水深約為0.5-1.0m，為形成施工平臺，需對樁區(qū)進行填土處理，填土采用珊瑚礁疏浚料，形成施工場地和連接岸邊的施工引堤，但，并須在施工平臺周圍的形成簡易護坡，以防止涌浪沖刷施工平臺，從而影響現(xiàn)場打樁作業(yè)安全。 根據(jù)設計樁徑選擇重力樁錘，本工程選用電動機驅動樁機，樁錘直徑為1.2m，樁錘重量約為3Ton。

3.2 打樁作業(yè)前應完成下列準備工作：

（1）安裝調試好樁機設備，認真檢查樁機薄弱環(huán)節(jié)，如樁錘鋼絲繩、扒桿插銷等，以保證正常運作；

（2）確保鋼筋籠按時綁扎完成，混凝土供應正常，一旦樁孔完成，能馬上安放鋼筋籠，灌注混凝土；

（3）根據(jù)施工圖繪制整個工程的樁位編號圖及施打順序圖；

（4）由專職測量人員測定標出場地上的樁位并指導樁機作業(yè)人員安放鋼護筒，其偏差不得大于20mm。

3.3 護筒埋設及要求

本工程采用了珊瑚礁疏浚料作為填土，為了保護孔口，灌注樁施工必須埋設護筒，采用挖埋法設置鋼護筒。

3.4 開挖造漿池及泥漿性能要求

由于珊瑚礁的力學特性比較脆，空隙率較高，吸收性較差，受樁錘沖擊后，容易形成顆粒狀或粉末狀殘渣，且原狀珊瑚礁一旦受到外力沖擊，力學性能大大減弱，因此在珊瑚礁地質沖樁施工時，泥漿護壁效果的好壞直接影響成孔質量，在沖孔施工中，應經常測定泥漿性能。為保證泥漿達到一定的性能，還可加入加重劑、分散劑、增黏劑及堵漏劑等摻合劑。泥漿性能要求參考值為：相對密度：1.05～1.20， 粘度：16～22S，含砂率≤4%。

4 灌注樁施工工藝流程

4.1 打樁作業(yè)

珊瑚礁在沖打過程中容易出現(xiàn)粉末狀殘渣，一旦停止作業(yè)，這些沖碎的珊瑚礁粉末很容易與泥漿混合再次結晶，不利于清孔，因此，在施工過程中宜采用三班制，一次性快速成孔并完成澆筑，采用“重錘低擊”的方法，以防止樁孔偏位，一般情況下，樁錘提升高度不得超過1m，在樁錘的沖擊下，珊瑚礁巖被擊碎，施打工程中，啟動泥漿泵往孔內連續(xù)注漿，珊瑚礁碎末在泥漿運動的作用下被不斷帶出孔外，從而實現(xiàn)成孔。珊瑚礁地質特性較脆，重錘貫入難度較小，但當出現(xiàn)下列情況時，應暫停打樁，并及時檢查原因：

（1）樁錘貫入度突變；

（2）地面明顯隆起、鄰樁上浮或位移過大；

（3）樁錘明顯跑位，或插銷、螺栓等異物不慎掉入孔中；

（4）孔洞出現(xiàn)塌方現(xiàn)象；

（5）打樁機出現(xiàn)異常，搖晃、偏位、電壓不穩(wěn)，電機發(fā)出異常聲音等。

4.2 清孔方法

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力使懸浮著的沉渣隨著泥漿的循環(huán)流動被帶出樁孔。沖樁達到設計標高后，應對孔深、孔徑進行檢查，合格后方可清孔，清孔時可用樁錘擠壓樁孔加速泥漿運動導出雜質及沉渣，最終將樁孔內的沉渣清除干凈。在清孔排渣時，必須注意保持孔內水頭及泥漿濃度，防止塌孔。清孔后泥漿含砂率<2%，粘度17-20S，比重1.03～1.10，孔底沉渣厚度不大于50mm時，方可終止清孔。如超過規(guī)定，應進行第二次清孔，清孔驗收后，便可吊入鋼筋籠。 在吊入鋼筋骨架后，灌注水下混凝土前，應再次檢查孔內泥漿性能指標和孔底沉淀厚度，符合要求后方可繼續(xù)，否則須重復清孔，直到合格為止。

4.3 混凝土導管安放

在安放好灌注樁鋼筋籠后安裝混凝土導管，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。安裝導管時可將導管橫架于鋼護筒上，利用吊機自帶的卷揚機吊裝套管，按順序逐節(jié)拼裝，安裝套管時須小心操作，防止套管或其他勞動工具掉入孔中，在混凝土灌注前對孔底沉渣厚度進行測定，如厚度超過規(guī)定，采用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(guī)范要求后，應立即進行水下混凝土的灌注施工。

4.4 灌注樁基混凝土

采用導管灌注進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，根據(jù)規(guī)范要求，配置混凝土骨料和添加劑，控制混凝土性能能滿足流動性，可塑性和強度指標要求。在灌注樁基混凝土澆筑過程中，應嚴格按照以下幾點工藝要求：

（1）將砼灌入孔底后，探測孔內砼面高度，計算導管埋置深度，首批砼灌注時導管離孔底40cm左右，埋置深大于1m，以后灌注時，導管埋深控制在2～6m之間。

（2）導管提升保持軸線豎直和位置居中，逐步提升，避免撞擊或掛住鋼筋籠，拆除導管動作要快，一般不超過15分鐘，施工時用測繩及時測量砼液面上升的高度，嚴格控制拔管長度，防止導管脫離砼面，導致斷樁；

（3）為防止鋼筋籠上升，導管埋入砼深度應取3—4m為宜，且砼面在鋼筋籠底上下1m之間時，應放慢砼灌注速度；

（4）澆筑連續(xù)不斷，徐徐灌入，并在3-4小時以內灌完一根樁；

（5）鋼護筒在灌注結束，混凝土初凝前拔出。

（6）做好混凝土灌注記錄，這對今后發(fā)現(xiàn)問題樁或評價樁的質量具有很大作用。

4.5 鑿樁與檢測

澆筑完成后的所有樁基均須進行完整性檢查，以防止發(fā)生斷樁現(xiàn)象，一般來說，灌注完成后的頂標高比設計要求富于900mm，挖掉約600mm浮漿混凝土，其余部分樁頭應在混凝土強度達到設計強度的50%前予以鑿除，經鑿除后的樁頂不得有浮漿、裂縫或夾渣。

施工結束后，應對樁的承載力及樁體質量進行檢驗。對于地基基礎設計等級為甲級或地質條件復雜，成樁質量可靠性低的灌注樁，應采用靜載荷試驗的方法進行檢驗，樁的靜載試驗有多種，如單樁豎向抗壓靜載試驗、單樁豎向抗拔靜載試驗和單樁水平靜載試驗，于此就不再一一敘述了。

5 結語

紅海沿岸廣泛存在珊瑚礁地貌，珊瑚礁灰?guī)r地區(qū)具有獨特的地貌特征，具體而言差異性較大，呈軟硬交替、交錯分布，珊瑚礁灰?guī)r具有獨特的工程性質，目前世界上尚沒有專門針對珊瑚礁力學性能的研究，也沒用相應的施工規(guī)范及標準，但大量工程實踐證明，在珊瑚礁地質條件下，采用沖樁成孔技術進行灌注樁施工是非常有效的，既能滿足施工要求，同時又能克服國外樁基施工設備受限等不利因素，節(jié)約施工成本，起到了很好的效果，在以后類似的工程中可以借鑒。

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