大水位差鋼管嵌巖樁施工工藝研究

周曙　周斌

摘 要：大水位差的鋼管嵌巖樁的施工難度系數較大，對施工技術及管理水平要求較高。本文結合荊州港松滋港區車陽河綜合碼頭工程，深入研究大水位差下鋼管嵌巖灌注樁的施工工藝，通過施工實踐證明該工藝能安全、高效完成施工任務，并能顯著節約成本、提高工程管理水平，為以后從事大水位差下鋼管嵌巖灌注樁的施工提供指導經驗。

關鍵詞：大水位差；鋼管嵌巖樁；施工工藝

中圖分類號：U443.15 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）02-0038-03

為契合國家西部大開發的戰略，港口航道建設的重心正在從沿海及長江中下游地區向長江中上游轉移。由于該區域地層多以卵石層、巖基為主且水位落差較大，PHC管樁、鋼管樁、鉆孔灌注樁等傳統高樁碼頭的樁基結構形式在此多無法滿足設計、施工的需要。因此鋼管嵌巖樁正越來越多的被應用于長江中上游高樁碼頭的建設中。與傳統的樁基結構形式相比，鋼管嵌巖樁因其施工工藝復雜，安全、質量控制難度大，已成為高樁碼頭施工中不可忽視的一環。因此，如何高效快速、保質保量的完成其施工是水運工程施工單位面臨的難題，對其施工工藝進行研究具有重大的現實意義。本文試將通過荊州港松滋港區車陽河綜合碼頭工程的鋼管嵌巖樁施工實例對該工藝進行研究。

1 工程概況

荊州港松滋港區車陽河綜合碼頭工程位于湖北省松滋市臨港工業園，地貌屬丘陵崗地，海拔在100米以下，最高點高程為91.8米；水域水深條件好，碼頭前沿水深基本在10米左右；沿江多為陡崖，水沫線附近基巖裸露（如圖1）。碼頭區水域水深流急，水下深槽、基巖陡坎發育，岸坡較陡。

本工程共需施工鋼管嵌巖樁120根，鋼管直徑Φ1600mm，嵌巖樁芯柱直徑Φ1450mm，混凝土采用水下C30，樁側主筋凈保護層50mm及111mm，樁底主筋凈保護層為100mm。芯柱完整性采用聲波透射法，樁內預埋聲測管，下部至嵌巖芯柱底部，上部至高出基樁頂面20cm。根據設計圖紙顯示：設計低水位為+36.06m，設計高水位為+49.3m，水位情況受三峽大壩泄洪量影響較大，水位落差大，且碼頭所處區域屬于彎道頂沖河段，水流速度大。

2 施工工藝流程

主要施工工藝流程見圖2。

3 主要施工工藝

3.1 水上沉鋼護筒

選用我公司 “三航樁6”打樁船配D100柴油錘進行沉鋼護筒施工，采用貫入度控制為主，標高校核。考慮到水流較快，打樁船拋錨時采用帶纜地籠，地籠在巖石上鑿出一個2m×1m×1m的坑，然后預埋φ32拉環，澆筑C40砼，打樁時打樁船船艏向岸打樁，前抽芯和邊纜及后面2個倒錨帶纜地籠，后抽芯采用拋錨，以保證打樁船安全。

鋼管樁沉樁后，由于水位差大，樁身自由長度較長、水流較快，為了確保樁位及后期施工平臺的穩固，在鋼管樁沉放完畢后，及時焊接鋼橫撐對鋼管樁進行加固，并在鋼護筒頂口兩側焊接牛腿、架設I36a，作為鋼管樁的加固措施以及上部結構施工時的承重結構。

3.2 鉆機選型

根據鉆孔灌注樁和嵌巖樁直徑、深度、工程量和施工進度要求，本工程選用8臺CZF-5/6型沖擊鉆機沖擊嵌巖成孔。CZF-5/6型沖擊鉆機（如圖3），主要性能參數見表1。鉆頭采用“空心錘”以便于沖擊時提高進尺的效率，該錘直徑為1400mm，前段設置一個長600mm、直徑600mm的導向頭，鉆頭總長4.2m，重4.5t，定制加工、整體鑄造，如圖4。

3.3 沖擊成孔

鉆機就位后，將鉆機調平并對準孔位，鉆機底部墊實、穩定、平整，鋼絲繩與樁架上吊滑輪在同一垂直線上，啟動卷揚機將錘頭吊起，徐徐放進護筒內。

在開鉆之前先向孔內投放黏土，直接用鉆頭沖擊攪拌造漿，泥漿有關性能指標見表2。

同時，在沖擊成孔過程中，根據不同的深度設置不同的沖擊行程，在出護筒口2m范圍內采取手動低沖程（0.4m/擊）并降低沖擊頻率慢速進行沖擊；在出護筒口2m范圍外后方可采取正常沖擊行程（0.7m/擊）進行鉆孔。

清孔時，采用Ф400mm掏渣筒，盡量清除大顆粒沉渣，同時，輔以泥漿循環桶，以減少泥漿的稀釋；撈渣過程加強泥漿性能的檢測，當發現泥漿性能不滿足相關要求時，要及時造漿，確保護壁效果。

3.4 驗孔及清孔

鉆到設計位置后，進行孔徑、孔深、孔位、傾斜度等的檢查，保證樁孔垂直和孔徑滿足設計及規范要求，達到設計要求后，迅速清孔，不得停歇過久使泥漿、鉆渣沉淀增多，造成清孔工作的困難。

清孔采用撈渣筒清孔，在清孔排渣時，必須注意保持孔內水頭高于江面不小于1.5m。撈渣筒撈完以后，再次投入黃泥或袋裝水泥造漿，調整孔內泥漿相對密度控制在1.10～1.20，粘度20～22s，含砂率4%～6%后，繼續撈渣2-3筒。

3.5 鋼筋籠工程

制作鋼筋籠時，按照設計尺寸做好定位圈鋼筋，標出主筋位置，然后將主筋依此點焊在加勁筋上，確保主筋與加勁筋互相垂直、不變形，箍筋與主筋采用“梅花”跳焊，確保鋼筋籠牢固。加工完畢，鋼筋籠做好編號，再將鋼筋籠按編號逐節吊至存放場地存放。

安放鋼筋籠時，聲測管與鋼筋籠固定采用鐵絲十字型綁扎，間距2m，防止聲測管松動；鋼筋籠外側設置控制保護層厚度的墊塊，其間距豎向為2米，橫向圓周不少于4處。

3.6 砼導管安放及砼施工

砼導管采用絲扣連接，安放導管前需進行水密性試驗，安放時要求垂直快速，安裝前要求認真檢查各接口處橡膠墊圈，確保防水密封。同時，絲扣要求上緊，導管底標高要求控制在距樁底標高以上30～50cm處，并要求導管居中。嵌巖樁砼采用固定泵進行水下砼施工。

3.7 施工中常見問題及處理方法

3.7.1 對于穿孔情況的處理

首先應盡量避免出現穿孔的情況。對于大水位差、裸巖地質上的沉鋼護筒，由于護筒外水頭壓力大、入巖深度淺等客觀原因，在沉鋼護筒的過程中即應以貫入度控制沉樁施工，本工程施工中根據現場的地質情況，貫入度在D100錘二檔能量下控制在6mm/擊，取得了較好的效果。

其次在鉆進過程中，在出護筒口2m范圍內采取手動低沖程（0.4m/擊）并降低沖擊頻率慢速進行沖擊；在出護筒口2m范圍外后方可采取正常沖擊行程（0.7m/擊）進行鉆孔。若發現樁底確實存在“穿孔”的情況時立即停止鉆進，下放導管，澆筑低標號混凝土，一般要求混凝土灌至超出護筒底部1m，待混凝土達到一定的強度與周圍巖基緊密結合后，重新投入黃泥，造漿沖孔。

此外，在混凝土澆注時，為了防止發生穿孔現象，在護筒內水位上升過程中，應適當放慢澆筑速度和減少導管埋深（但導管埋深不得小于2m），如果有必要，可以先暫停幾分鐘再繼續澆筑；同時應加強對護筒內混凝土面深度的測量，并與理論計算上升高度進行校核，若發現問題，及時進行處理。

3.7.2 對于塌孔情況的處理

在鉆孔過程中或成孔后均有可能發生塌孔現象，產生塌孔的原因分析如下：①泥漿性能不好，稠度低，沒有形成良好的護壁；②在施工過程中，沖孔鉆機擺放過于集中導致沖擊力傳至相鄰孔導致塌孔。

針對上述原因，在施工過程中應控制好泥漿性能指標，清孔時采用泥漿循環桶，減少因撈渣清孔帶來的泥漿稀釋效果；在鉆機就位時，遵循“梅花形”的原則，盡量減少沖孔時鉆機之間的相互擾動。

3.7.3 斜孔情況

導致斜孔的原因有：①鋼管樁沉樁時傾斜度較大；②地層軟硬不均；③鋼管樁底口變形。

針對上述原因，鉆進過程中應注意觀察鋼絲繩位置，如果鋼絲繩偏離樁中，說明嵌巖芯柱可能傾斜；如果發現鋼絲繩左右擺動幅度較大，說明地層有可能軟硬不均或鋼管樁底口有可能變形。

遇到底層軟硬不均或鋼管樁底口變形時：若鋼絲繩位置偏離鋼管樁中心不大，繼續鉆進，若偏離較大，回填塊石后，適當加大沖錘直徑，同時放慢鉆進速率，盡量將芯柱矯正。

遇到鋼管樁傾斜較大時，采用放慢沖擊頻率，適當加大沖錘直徑，使芯柱和鋼管樁傾斜度基本一致，一般不會影響鋼筋籠下放和導管安裝。

4 結語

根據我們對大水位差情況下鋼管嵌巖樁施工工藝的研究及采取的相關措施，本工程碼頭嵌巖灌注樁施工質量得到了很好的控制，根據超聲波檢測結果，120根樁經超聲波檢測均為Ⅰ類樁；此外進度上比預計工期提前了1個月，為項目部節省管理成本約10萬元，符合我國建設投資節約型、環境友好型社會的要求，對今后從事大水位差鋼管嵌巖樁施工有顯著的指導意義。

參考文獻：

[1]港口工程嵌巖樁設計與施工規程（JTJ285-2000）[S]

[2]水運工程質量檢驗評定標準（JTS257-2008）[S]

[3]徐維均主編.樁基施工手冊[M].人民交通出版社.2007-12