沖擊鉆工藝在遠海島礁珊瑚礁地質灌注樁施工中的應用

張向東+桂凱飛

摘 要：本文介紹了海南省三沙市XXX3D連接工程在遠海珊瑚礁地質條件下進行橋梁灌注樁基礎施工，工程所在地無任何原材料，都需從大陸通過船運至施工現場，現場施工條件差，克服各種不利因素順利的完成灌注樁施工，為以后類似的遠海環境施工提供了一定的參考。

關鍵詞：遠海島礁；珊瑚礁地質；灌注樁

中圖分類號：U443.15 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）05-0050-03

近年來，隨著國家經濟的發展，國家對遠海島礁的建設開發的力度越來越大，工程項目越來越多，在遠海島礁工程中，灌注樁作為樁基基礎，應用比較常見，而對于遠海島礁珊瑚礁地質下，灌注樁的施工工藝，以前的施工經驗非常少，本文結合海南省三沙市XXX3D連線工程中橋梁灌注樁施工，對采用比較成功的沖擊鉆工藝進行了介紹，為后續珊瑚礁地質灌注樁的施工提供一定的經驗參考。

1 工程概況

1.1 基礎概述

3D連接線工程橋梁的橋墩為T型墩，橋墩下為承臺，承臺下基礎為灌注樁（每個承臺有2根灌注樁基礎，加寬段為3根），灌注樁總數為118根，灌注樁混凝土為C35，單根樁長15m，樁徑為1.4米，樁頂標高為-1.0m左右（原地面標高為0.1m～0.5m，當地平均潮位為0.7m左右）。B島至Z島區間段有灌注樁65根，Z島至N島區間段有53根，灌注樁施工過程中采用設計底標高進行樁長控制。首先沿橋梁軸線方向修筑一條20m寬的臨時便道，陸上進行灌注樁施工。

1.2 自然條件

1.2.1 氣候條件

施工區位于熱帶，受熱帶海洋性季風氣候影響，工程所在區域位于低緯度地帶，光照長，接受到的太陽輻射量多，光能充足，熱量豐富，再加上海洋調節的作用，終年高溫，全年均為夏季，無氣候學意義上的冬、春、秋季，年平均氣溫26～27℃。年平均最高氣溫在29℃左右，年平均最低氣溫在25℃左右，最冷月份（1月）的平均最低氣溫為22℃。

1.2.2 地質條件

場地地貌單元為海島淺灘，水深一般1～3米。

在本次勘察35.50m深度范圍內，場地揭露地層為第四系全新統海相沉積土（Q4m），根據地基土的巖性特征由新到老分為①、②共兩個工程地質層。現分述如下：

第①層中砂（Q4m）：場地內僅QLZK35～QLZK37、QLZK61、QLZK62、QLZK65號鉆孔見有揭露，淺黃色、灰白色，稍濕～飽和，松散～稍密狀，以珊瑚、貝殼碎屑中、粗粒為主，上部含少量細粒，下部含有少量貝殼和珊瑚碎塊，次圓狀，含粘粒<1%。層頂標高0.48～4.06m，平均值2.37m；層底標高-0.12～1.96m，平均值1.07m；層厚0.50～2.10m，平均值1.30m。

第②層角礫（Q4m）：場地內均有分布，淺黃色、黃色、灰白色。飽和，中密狀為主，表層較松散，以珊瑚角礫、碎塊混合貝殼碎屑為主（其中QLZK34、QLZK35號孔上部含有少量膠結成巖的海灘巖），棱角狀為主，含粉、粘粒約3%～10%，粒徑一般約為0.5～15mm。局部夾有膠結成巖的珊瑚礁巖，塊徑一般小于50cm。鉆探施工過程中大部分鉆孔局部存在漏漿現象。層頂標高-0.97～2.34m，平均值0.18m；揭露層厚28.30～35.50m，平均值34.66m。受勘探深度限制，未鉆穿。

2 施工前期準備

2.1 原材料

本工程所在水泥、砂、石、減水劑、CAP、粉煤灰、鋼筋等原材料，全部從廣東省通過船運輸至施工現場，確保船舶運輸的效率，船舶運輸的材料工程量較大，尤其是水泥、鋼筋等原材不易存儲；另外該施工區域濕度大，海水腐蝕性強，施工區域又是臺風多發地帶，針對上述情況，水泥采用袋裝水泥，存儲時設置水泥平臺，水泥平臺比周圍地面高0.5m，水泥平臺上鋪設木板，水泥放置木板上，水泥上方覆蓋2層防雨布。鋼筋存儲時下方墊木枋防潮，防雨布將鋼筋包裹。

2.2 施工機械配置

本次灌注樁施工現場共進場5臺沖孔式打樁機，250kw的發電機4臺，挖掘機2臺，混凝土罐車2臺，0.75m3和0.5m3的攪拌機各1臺，裝載機1臺，25t的汽車吊1臺，施工機械全部通過船從大陸運至施工現場。

2.3 施工人員配置

混凝土拌和站配置8人：操作手1人，配料人員6人，罐車司機2人，裝載機司機1人，挖掘機司機2人；樁機施工人員20人，每臺機子4人；鋼筋工5人，起重工2人。

3 施工方法及質量控制措施

3.1 施工方法

3.1.1 施工準備

所有的原材料進場后立即送檢，所有原材料合格。

3.1.2 測量放線

測量員采用GPS測放各灌注樁樁位點，釘入鋼釬作為標記，并進行保護。

3.1.3 鋼護筒制作及埋設

每套鉆機配置2套鋼護筒，護筒內徑Φ=1600mm，壁厚10mm，長度為3.0m。

鋼護筒埋設采用反鏟挖掘機進行開挖，挖機開挖至珊瑚礁盤位置，珊瑚礁盤標高在+0.5m，護筒頂標高控制為+3.0m，護筒埋深為2.0m。鋼護筒吊裝采用在筒身上焊吊耳、兩點吊工藝。吊車大小鉤頭同時掛在護筒上下兩個大小鉤鋼絲扣，水平起吊護筒，通過大小鉤頭的相對運動，使護筒由水平方向轉為垂直方向并插入礁盤頂面。并復測兩條線繩交叉點與護筒中心與樁位中心線應重合，其中心偏差應<50mm，豎直傾斜應<1/100。護筒定位后，四周對稱回填珊瑚砂并壓實。

3.1.4 泥漿配制

泥漿制備采用人工向孔內填粘土后鉆錘沖擊造漿。制漿采用水化快、制漿能力強、粘度大的粘土，確保護壁效果，泥漿相對密度控制在1.2～1.4g/cm3、粘度22～30s、含砂率≤4%、膠體率≥95%。

施工過程中珊瑚碎屑較多，泥漿控制在1.4 g/cm3時便于將珊瑚碎屑及顆粒帶出，在沖孔完成后泥漿比重逐漸調整1.2 g/cm3，有利于混凝土的澆筑。

泥漿比重每工班檢測泥漿性能指標1次，終孔后檢測一次，清空后澆筑混凝土前檢測一次，確保成孔的質量及混凝土澆筑質量。

3.1.5 鉆機就位及鉆孔

根據地質條件特點，采用沖擊鉆成孔。沖擊鉆鉆頭為一次鑄造，鉆頭加焊耐磨合金塊。

鉆機使用吊車輔助，在擬施工的樁位就位，并使鉆機保持水平，對鉆機的各個部件進行檢查，尤其底座要平穩，在鉆進過程中不應發生位移或沉陷。

沖擊成孔時，鉆頭為十字型鉆頭，鉆頭直徑1350mm。沖擊鉆機成孔開孔時先低錘密擊，待鉆孔達到3.0m深度后，可正常沖擊。沖擊時在鋼絲繩上作記號控制沖程，并根據土質的軟硬程度調整沖程，最大沖程3.0m，防止放繩過少，導致發生空錘現象。

每成孔3.0m深后進行清渣，然后沖孔，再清渣、沖孔，反復循環，直至施工至設計孔深。清渣時選取中空十字封閉型鉆頭，鉆頭直徑600mm。 沖擊成孔過程中出現護筒變形、塌孔、卡鉆和掉鉆等情況時，采取以下補救措施：

（1）護筒變形：根據變形程度回填角礫等至變形部位，用沖擊錘反復沖擊，嚴重變形的護筒可拔出重打。

（2）塌孔：塌孔不嚴重時，回填至塌孔位置以上，采取改善泥漿性能措施；護筒底口塌孔時，采取跟進護筒、下內護筒等方法；塌孔嚴重時，立即回填碎石、粘性土、砂漿或混凝土等，待回填物穩定后，重新鉆進成孔。

（3）泥漿流失過多：鉆孔內泥漿流失過多時，采取加稠泥漿、改善泥漿性能或填入粘性土反復沖擊等措施；

（4）孔深偏斜、彎曲：當孔深出現偏斜彎曲時，采取提鉆至偏斜處，反復掃孔或回填至偏斜處，重新鉆孔等措施。

（5）卡鉆或埋鉆；當出現卡鉆或埋鉆時，采用沖、吸等方法，將鉆頭周圍土松動后提鉆，并采取保持孔壁未定的措施。

（6）掉鉆或落物：掉鉆或落物時，應立即打撈。

3.1.6 清孔及驗孔

清孔采用置換清孔法，用砂泵下放至孔底進行置換作業，其優點是清孔結束后孔內剩余的鉆渣充分懸浮，并能控制在數小時內不發生沉淀。

為防止泥漿污染施工周圍水域，用砂泵抽出的泥漿采用溜槽回收至泥漿池中，沉淀后重復使用。

鉆孔結束后與吊放鋼筋籠之前分別用3mm直徑的細鋼絲繩栓測砣測量孔底深度，兩者差值即為沉渣厚度。二次清孔后確?？椎壮猎穸取?0mm。

3.1.7 鋼筋籠制作及沉放

鋼筋加工制作在鋼筋加工場地加工成型，鋼筋加工前先進行調直、除銹。鋼筋籠成型在成型平臺上進行。

主筋分2節焊接加工，焊接方法為單面幫條焊，分節制作時連接處相鄰主筋長度錯開1m組成2個連接面，確保單個截面鋼筋接頭不超過50%；加強筋采用雙面焊，；螺旋箍筋采用單面焊，。幫條焊接應確保焊縫厚度s≥10mm（主筋直徑的0.3倍）；焊縫寬度b≥26mm（主筋直徑的0.8倍）。

主筋與加強筋、螺旋箍筋采用點焊，焊點呈梅花狀布置。

焊接時，先焊接加強筋，后焊接螺旋筋，邊焊邊校正，焊接成整體。為保證吊裝安全，在頭和尾各滿焊3-5圈，防止在吊裝過程中起吊和鋼筋籠豎直時受力不均引起焊點開焊造成危險。

鋼筋籠采用25t汽車吊沉放，采用2點吊，通過大小鉤頭的相對運動，使鋼筋籠由水平方向轉為垂直方向并插入孔內。沉放時，注意使籠子居中下放，將鋼筋籠豎直，以防籠子底部插壞孔壁。在籠子吊放過程中，用垂球測籠子的垂直度，垂直度控制在1/100以內，并做好記錄。

吊入鋼筋籠時，對準孔位輕放、慢放。遇阻時可隨起隨落或正反旋轉使之下放。

鋼筋籠下放至孔底時，使用護樁吊十字線將鋼筋籠對中，確保鋼筋籠平面位置及垂直度滿足規范要求，鋼筋籠安裝完成后使用3根直徑Φ=25mm鋼筋將鋼筋籠焊接固定在鋼護筒上，防止鋼筋籠移位或上浮。

3.1.8 導管安裝及混凝土澆筑

采用導管法進行混凝土水下灌注?；炷猎诎韬险緮嚢?，混凝土罐車運輸。

導管采用Φ250法蘭鋼管，管節長度1.5～3.0m，導管采用剛性導管及快速套接接頭，由一臺25t汽車吊吊導管，當吊車達到起吊極限高點，將導管在孔口處臨時固定，將上部導管拆除，然后繼續由汽車吊吊導管澆筑混凝土。導管頂端連接活底漏斗，首盤混凝土裝滿整個活底漏斗后啟動活底漏斗開關進行混凝土澆筑。

活底漏斗容積大于3m3， 以保證首盤混凝土能充滿孔底并將導管底端埋入1m以上。

導管法澆筑水下混凝土施工時注意的問題：

（1）混凝土必須連續澆注不可中斷。

（2）開始澆注混凝土時必須有一定的儲備量，首盤混凝土能充滿孔底并將導管底端埋入1m以上。

（3）澆注混凝土過程中，導管埋深不得小于1.5m，為防止埋入深度過大，致使混凝土流動不暢，造成堵塞，甚至造成鋼筋籠上浮，應控制導管埋深在2～6m。

（4）提升導管前要先測量混凝土澆注頂面標高，計算導管埋深，根據埋深確定拆管長度。

（5）導管提升與拆除應迅速，當導管內混凝土不滿時，應緩慢灌注混凝土，防止產生高壓氣囊壓漏導管，導管提升時必須有專人現場指揮，防止鋼筋籠被導管掛住一起提升。

（6）在澆注過程中，應經常測量孔內混凝土面的高度，混凝土終灌標高要高于設計標高0.8～1.0m。

（7）完成該樁混凝土澆注所需時間不可大于混凝土初凝時間。

混凝土塌落度是水下混凝土進入導管前施工現場質量控制的一個重要指標，施工現場安排試驗人員對每車混凝土塌落度進行檢測，對不符合塌落度要求或和易性差的混凝土不予使用。

3.2 施工質量控制

（1）樁孔的直徑、深度應滿足設計要求，本工程樁基以深度控制成樁的終孔條件。

（2）孔底的沉渣應清理，清孔后的沉渣厚度不大于30mm。

（3）灌注樁用的混凝土自拌，施工過程中加強混凝土的攪拌質量，尤其砂石料露天存儲，砂石料的含水率變化較大，控制好配合比的用水量。

（4）主筋焊接時確保焊縫飽滿，無焊瘤、確保焊渣清理鋼筋。

（5）混凝土灌注應連續。每孔實際灌注混凝土的數量不得小于計算體積。

4 施工過程中出現的問題及處理措施

4.1 泥漿含砂量大

前期灌注樁制作泥漿所用的粘土含砂量較大，在成樁過程中施工泥漿無法及時將孔渣清除，施工效率低下，每根樁成樁時間為48個小時；后期要求更換配制泥漿粘土后，配制的泥漿粘度好，泥漿含砂率低，施工過程中能及時將孔渣清除，施工速度大大提高，每根樁成樁時間縮短為30小時。

4.2 塌孔及漏漿

灌注樁靠近中島區域出現不同程度的塌孔和漏漿情況：根據地勘資料顯示該地區下方角礫較大，地勘過程中出現不同程度的漏漿情況，針對上述情況后，向泥漿內加入水泥，增加泥漿濃度及粘度進行護壁。

4.3 埋鉆

在施工灌注樁時出現埋鉆情況，埋鉆原因由于施工過程中出現突然停電未能及時將鉆頭提起，之后又出現塌孔現象，導致鉆頭被埋。處理措施采用高壓水槍對成渣進行沖洗，將鉆頭周圍土清除后提鉆，并采取防止孔壁踏孔的措施。

5 遠海施工時注意事項

5.1 施工準備

工程開工前，必須提前謀劃好，所有施工細節必須考慮面面俱到，工程所有人、機、料都來源于大陸，運輸船舶的組織及運輸過程中耽擱時間較長，一旦一個環節未考慮周到，將直接影響工程的進度，造成損失較大。

5.2 原材料的儲備

現場水泥、砂石等大宗材料必須能夠保證20天的使用儲備量，少量材料一次進場，同時考慮材料的損耗，做到寧多勿少的原則，材料的運輸受海況的影響較大，一旦無法及時補救，直接造成工期耽擱，人員機械窩工。

5.3 機械設備配置

遠海施工的所用常用機械設備按照大陸施工的1.2倍配置，同時易損件及消耗品按照大陸2倍配置。

6 結束語

綜上，對于遠海島礁珊瑚礁地質，灌裝樁施工選擇沖擊鉆施工，工藝比較適合，同時總結出的遠海島礁施工過程存在問題及施工過程中需要注意的細節，為后期的遠海島礁項目施工提供的一些借鑒經驗。

另外，對于遠海島礁的灌注樁的樁基承載力檢測，由于受現場條件限制，建議采用自平衡法進行檢測。

參考文獻：

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[2] JTS167-4-2012.《港口工程樁基規范》[S].

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