海上預制型芯柱嵌巖樁施工技術

金小娟

（中交第三航務工程局有限公司交建工程分公司，上海 200940）

1 工程概述

1.1 工程概況

溫州白龍嶼生態海洋牧場堤壩工程地處浙江溫州洞頭縣鹿西鄉東臼村，堤壩為高樁梁板結構，樁基工程施工受海洋氣候、地質、潮汐、涌浪影響十分顯著。因此西口堤樁基由158根PHC預制型芯柱嵌巖樁組成。設計樁型為PHC1000C130-L（L為管樁長度含5m長開口型鋼樁靴），樁尖沉至中風化巖面，巖面以下沖孔3m（Φ740），樁芯柱混凝土灌至樁尖以上6m（設計樁芯柱為9m）。見圖1。

圖1 芯柱嵌巖樁結構圖

1.2 工程地質、水文資料

根據勘察報告顯示該地基主要由第四系地層及侏羅紀基巖組成，主要可分為4個地質單元層自上而下：②-1層淤泥層（mQ4）灰色，偶含貝類碎片、②-2層淤泥層（mQ4）灰色，含貝類碎片、③-1層強風化凝灰巖，灰黃色，熔結凝灰結構、③-2層中風化凝灰巖，灰黃色，熔結凝灰結構。水文資料，高程基準采用1985國家高程基準面，坐標為洞頭縣獨立坐標系。理論最低潮面在觀測期月平均海平面下3.41m，在國家85高程基準下3.16m。

測區的潮汐為正規半日潮性質，測站在觀測期間月平均潮差達4.03m，最大潮差5.85m，最小潮差1.88m，最高潮位3.08，最低潮位-2.82，平均高潮位2.28m，平均低潮位 -1.75。

2 PHC預制型芯柱嵌巖的施工工藝

2.1 PHC預制型芯柱嵌巖的施工工藝及施工流程

具體流程：PHC樁沉樁完成后搭設鋼平臺，在管樁內沖擊成孔；在沖孔深度滿足設計要求后，清孔，下鋼筋籠，澆筑水下混凝土形成嵌巖芯柱。

2.2 PHC預制管樁沉樁

白龍嶼地處外海無掩護水域，受涌浪影響較大，為保證樁身垂直度，作業時間選在每月的大汛期低平潮時期。沉樁過程中需要保證樁身垂直度，控制貫入度及時停錘避免鋼樁靴卷邊變形，避免后續沖孔出現卡錘現象。

2.3 鋼平臺搭設

考慮平臺作業面避免受海浪影響，海上平臺頂面標高需高于觀測期最高潮位3.08m+1.1m（施工期H1/3）+富余高度，鋼平臺設計頂標高取+4.8m；根據沖孔工藝及計算表明鉆機荷載是鋼平臺結構穩定性設計的控制荷載；因受海上涌浪影響，平臺搭設十分困難，根據海上水文、氣象、地質條件等特點，本工程直接利用PHC管樁支承鋼平臺的荷載。將內徑1020mm的鋼護筒套在直徑1000mm的PHC管樁上，鋼護筒由8mm厚的鋼板卷制而成，在護筒內壁2m處焊上起限位及支撐作用的倒牛腿6個；鋼平臺上部由橫梁、縱梁組成，橫梁采用熱扎薄壁H型HT390×148，縱梁采用熱扎工字鋼H390×300，每排架橫梁兩根焊接于鋼護筒兩側的牛腿上，縱梁均勻布置于橫梁上共13根，通過鋼護筒處的兩根斷開，其余11根通長布置，相鄰鋼護筒間內外交叉焊接斜撐和圍檁。平臺頂面鋪設8mm厚鋼板網，鋼板網采用點焊固定。

圖2 鋼平臺結構圖

2.4 鉆機選型及鉆孔工藝

通過對現場的實際情況及對鉆機的性能、技術、作業效率及經濟性作比較，選擇自落式沖孔鉆機（JKL-6T），配置2～2.5t沖擊鉆頭，鑲焊合金錘牙，最大成孔深度40-50m，鉆機自重3-4t，掏渣筒清渣，成孔后清孔采用氣舉反循環，根據工程特殊性及環保要求，不采用配置泥漿，利用海泥進行自然造漿（配置泥漿帶有化學物質，對當地生態養殖有影響）。

自落式沖擊鉆原理：通過卷揚機上的單根鋼絲繩掛錘頭在設定沖程內來回的沖擊，此類鉆機適合各種土層和巖層及一些特殊地質，如孤石、溶洞等情況，但在粘土層和砂性土層中進尺慢，效率低。施工過程常見問題：易卡錘、埋錘、斷鋼絲繩。

清渣方式采用掏渣筒掏渣，沖孔與掏渣交替進行，掏渣消耗大量的時間且不能進行連續掏渣，間隔時間長后未掏出的渣會沉淀，容易造成被反復沖擊，降低沖孔效率。

3 關鍵工藝

3.1 沖孔

沖孔過程利用海泥進行自然造漿，保證孔內泥漿比重，使得巖渣懸浮在泥漿中。沖孔過程中需要勤掏渣，盡量使錘牙接觸新鮮的巖面，有效利用沖擊能，避免懸渣沉淀，重復捶擊。同時要適當控制孔內泥漿比重，保證出渣。控制沖程大小和沖擊頻率，根據不同的地質條件作出相應的調整。

3.2 鋼筋籠制作安裝

鋼筋籠在附近的鋼筋加工場地制作標準籠為9m。運至平臺拼接需要加長的部分，并按規范要求安裝混凝土保護層墊塊，采用50t浮吊與樁架卷揚機配合入孔。

3.3 清孔

清孔環節是芯柱嵌巖樁質量的關鍵，直接影響到樁基端部承載力，根據要求嚴格控制沉渣厚度小于50mm，每根樁保證二次清渣。

清孔采用氣舉反循環，現場配備一臺螺桿式空氣壓縮機，容積流量9.5m3/min，排氣壓力1.3MPa，此設備能滿足現場清渣要求。

3.4 混凝土澆筑（以西口堤最長樁為例）

采用導管法灌注水下混凝土，混凝土原材料通過船舶運輸直接輸送到攪拌船上，由攪拌船拌制的拌和料，直接泵送到料斗內，從導管進入樁底。

現場采用三航混凝土19號進行澆筑，澆筑速率15～20m3/h，每根樁芯柱的混凝土方量為4～4.5m3。水下灌注混凝土開導管時，漏斗和貯料斗內必須儲備一定數量的混凝土，以保證能完全排除導管內的水，并使導管出口埋于至少0.8m深的流態混凝土中。

在水下灌注混凝土的過程中，混凝土導管漏斗都要提升一定的高度，以便利用混凝土柱產生的擠壓力使混凝土在孔內攤開，澆筑面逐漸上升，并將水排出孔外。

4 施工過程中問題處理及預防措施

4.1 卡錘處理

在本工程第一分段1#加強墩之前的34根預制型芯柱嵌巖樁沖孔過程中有三根樁出現不同程度的卡錘，沖錘頂部卡于樁尖（強風化巖與中風化巖之間），主要原因有三點：樁身垂直度不夠、在巖面處鉆孔傾斜；錘牙與錘頭焊接處不夠飽滿且未經打磨；工人操作不當沖錘入巖后沖程過大導致錘身傾斜。

解決方案：根據現場解決方案主要有兩種：第一靠浮吊和鉆機自身的提升力嘗試拔起，如無法處理則采用爆破震動處理，將錘頭被卡處震松，多次嘗試可將錘頭拔出。

4.2 鋼筋籠上浮

鋼筋籠上浮主要原因有：

1）導管傾斜卡在鋼筋籠上，提升導管時幅度過大帶出鋼筋籠；

2）混凝土初灌，混凝土拌合物向上沖擊并裹挾鋼筋籠上浮。

處理措施：在工程施工中對鋼筋綁扎做出處理，在距鋼筋籠底部約40cm處，加焊“井”字鋼筋，在灌注首批混凝土時，導管底口壓在“井”字鋼筋架上，這樣有效的防止鋼筋籠上浮問題。在本工程已完成第一分段未發生鋼筋籠上浮現象。

4.3 混凝土灌注超方分析及處理

在本工程已完成第一分段，嵌巖芯柱的混凝土灌注平均充盈系數為1.27，遠超出《沿海港口水工建設工程參考定額》消耗量1.04。

經現場澆筑現場實際情況分析：第一受海面風浪影響，澆筑過程中布料桿軟管段晃出漏斗，導致混凝土浪費；第二水下巖面不平，導致漏漿；第三主要由于地勘布點太少，數據不準，該設計樁長均偏短，樁尖未沉至中風化巖面，導致樁尖與中風化巖面之間坍孔漏漿，從而造成超方嚴重。

后期沉樁前對施工區域進行了補勘，適當加長了樁長，盡量將樁尖沉至中風化巖面，超方現象得以改善。

5 結語

因預制芯柱嵌巖樁的水平荷載主要由土的總側阻力、嵌巖段總側阻力承擔，因此在覆蓋層較薄的地區尤其適用。為確保樁基施工質量，在施工過程中，要嚴格把握鉆孔嵌巖深度、清孔的沉渣厚度以及水下混凝土的澆筑質量，從而保證樁身混凝土的完整性和后期樁身混凝土的強度，確保樁基承載力。