海上平臺大斜率整樁嵌巖施工成孔辦法及應用

劉輝

（中鐵廣州工程局集團港航工程有限公司，廣州510660）

1 概述

隨著我國海域經濟的高速發展，大量沿海城市正興建眾多高樁多功能泊位碼頭，碼頭及其構筑物多采用海上樁基礎。為滿足樁基礎承壓、抗拔、抗剪和垂直要求，提高樁基穩定性和泊位碼頭安全性，樁基礎部分設計為嵌巖灌注斜樁，且樁端持力層進入中、微風化基巖中。海上斜樁在搭設的簡易鋼平臺上施工，一般的普通回轉鉆機難以傾斜安裝，斜樁成孔困難大；采用可調節大角度成孔的旋挖鉆機施工，受旋挖鉆機自重太大的影響，普通鋼結構平臺難以滿足施工要求；而選擇采用沖擊鉆機成孔，普通的十字沖擊鉆頭頻繁上下會掛鋼管底口，另外在平臺上泥漿循環及孔底清孔，以及灌注混凝土時導管固定就位等等，都給斜樁成孔、清孔、灌注成樁帶來較大困難，難以滿足進度、質量要求。

2 依托項目概況

惠州港燃料油調和配送中心30萬噸碼頭工程位于惠州市大亞灣區馬鞭洲島附近的東側海域，結構形式為高樁墩臺式，本工程整樁嵌巖共72根，其中碼頭區47根，引橋區25根，采用沖孔鉆機施工、泥漿護壁、沖擊成孔、導管法灌注水下砼的方法。

碼頭樁基礎設計為“鋼管樁＋鉆孔灌注嵌巖樁”，樁基礎部分設計為整樁嵌巖斜樁。嵌巖斜樁施工工序流程為先采用海上專用打樁船施工預制鋼管斜樁，鋼管樁樁端錘擊下沉至強風化巖底或中風化巖層頂面，再采用鉆（沖）孔樁機在鋼管樁內入巖成孔，使樁端嵌入中風化或微風化巖層內，深度為進入中風化巖層5倍樁徑（鋼管樁直徑為1200mm，既進入中風化巖層6m），鉆頭的上下直徑相同，長度約為8m，鉆頭體頂端保持在鋼管樁內，有利于導正鉆孔和鉆頭不發生偏位，樁芯放置13.5m鋼筋籠，再澆筑13.5m高水下C40不收縮混凝土最后再下入鋼筋籠、灌注水下混凝土成樁，使斜樁錨入堅硬基巖中。

海上大斜率整樁嵌巖施工一直是國內外的施工難題，本工程嵌巖斜樁施工最大斜率達到3：1（角度18.43o），施工成樁困難，由于海上搭設的簡易鋼平臺上施工難以滿足大角度旋挖鉆機施工，只能采用沖擊鉆機成孔，但是普通圓形長筒錘施工經常發生卡錘和進尺較慢的情況，難以滿足進度、質量要求。

圖1 整樁嵌巖施工示意圖

3 現場施工情況

3.1 成樁情況

施工前期采用普通的十字形鉆頭沖擊成孔施工，初期的22根整樁嵌巖普遍出現成樁困難，進尺緩慢及卡錘的情況，平均一根樁的成孔時間在20d左右，效率低下，嚴重影響項目進度。為此項目部成立了攻關小組，對初期22根成樁情況進行跟蹤，發現影響成樁進尺緩慢及卡錘的原因，主要有以下兩項：

①十字形鉆頭沖擊成孔，使得底部成孔不圓潤，加之錘頭過重，沖擊過程中易發生端部向下傾斜的情況，導致發生卡錘的情況；

②樁身圓筒排渣情況不理想，使得沖孔過程中進尺較為緩慢。

為此，針對上述兩種原因分析，通過與現場施工人員進行溝通和研究，對現有的樁錘進行改造，以滿足成樁進度要求。

3.2 樁錘改造

3.2.1 針對第①種情況

在大斜率斜樁嵌巖成孔過程中由于樁錘貼著鋼管樁一側沖孔，會導致樁錘錘牙過長一側先入巖，從而導致卡錘返工。同時，為確保斜樁的成孔質量，一般斜樁沖擊鉆筒長度至少為入巖成孔深度的1.5倍，鉆進過程中至少保持沖擊鉆筒0.2倍長鉆進深度始終處于鋼管樁內，以避免樁孔偏斜的情況發生。

為此，進行兩方面的改造：

第一，專門設計一種可調節筒式沖擊鉆頭。沖擊鉆頭由三部分組成，即：筒鉆底部鉆頭、中間可調節式鉆筒、頂部提引裝置。本項目斜樁入巖深度為6m，筒式鉆頭直徑1.1m，鉆頭總長8m；

第二，將突出的十字形錘頭嵌進樁筒內，將錘牙縮短至與樁錘錘身齊平，同時在樁錘周身焊接楔形向內錘牙，保證進行均勻避免卡錘。

圖2 錘頭改造內嵌

圖3 頂部提引裝置

3.2.2 針對第②種情況

在樁錘周邊按10cm間距焊接圓鋼，圓鋼成螺旋狀圍繞樁身，保證樁錘居中，利用泥漿的浮力及導向鋼筋的輔助作用使樁錘發生自轉，保證成孔圓潤。其原理為：

第一，通過樁錘周身焊接的鋼筋導向來避免樁錘鋼板直接與鋼管樁發生摩擦，通過鋼筋可以有效的保護樁錘并且可以保證樁錘始終居中；

第二，導向鋼筋的設置可以使樁錘在沖擊成孔過程中，發生自轉，保證成孔圓滑及提高鉆進效率，同時可以將巖渣通過鋼筋間距空隙部分及時排出，解決了成樁進尺緩慢的問題。

圖5 未焊接導向鋼筋樁錘

圖6 焊接導向鋼筋

3.3 改造后施工情況

通過一系列的樁錘改造，對后續的沖擊成樁情況進行跟蹤，卡錘幾率大大降低，樁錘進尺速度明顯加快，平均的一根沖孔成樁時間從之前的20d/根，降低到7d/根，施工進度得到明顯的改善，大大降低了項目施工成本。

4 適用范圍

①適用于在鋼管樁內或鋼護筒內施工。

② 適用于海上預先搭設的簡易平臺上施工。

③ 適用于樁身直徑φ800～1500mm、樁長≤75m、樁身傾斜度 3：1 以內(20°以內)斜樁施工。

5 沖孔成樁操作要點

5.1 樁機要點

①本工程斜樁直徑為1.2m，鉆頭重量為5t，沖孔樁機選用型號為JK-6。

②樁機到達指定位置后，鋪墊枕木，并將鉆機固定，采用十字交叉法對中孔位。

③筒式鉆頭采用吊車先部分下放到樁孔內，將樁機鋼絲繩與鉆頭連接牢固，檢查合格后撤走吊車。針對斜樁的特殊性，為避免樁機傾覆，鋼絲繩一般與樁機水平線成銳角，通常采用反打施工。

④根據樁位和打入方式布置樁機，確保樁機水平穩固，與原鋼管樁在一個平面，且保證鉆頭拉繩與孔徑方向一致，定期檢查，如拉繩與孔徑方向有偏斜，則及時進行調整。

⑤成孔過程中至少保證鉆頭有0.2倍鉆進深度在鋼管樁內。

5.2 泥漿循環系統布置

①泥漿循環系統包括泥漿池、泥漿泵、泥漿旋流器、泥漿輸送管等。

②考慮到嵌巖段施工長度一般較短，以及平面上位置受到限制，每一臺機配一個簡易約2.5m3泥漿循環系統，可滿足施工要求。

③泥漿粘度可以控制在18～25s，含砂率1%～3%左右，成孔時泥漿比重控制在1.20～1.25，以提高其懸浮攜帶鉆渣的能力。

④泥漿循環過程中的鉆渣通過雙層濾網篩選過濾，濾后泥漿循環使用，濾渣集中清運處理。

5.3 沖擊成孔

①開始沖孔時低錘密擊，開孔2m內，沖程高度控制在1.0～1.5m左右，鉆進過程中派專人觀察渣樣的變化，及時判別是否進入持力層。

②沖擊至中風化巖層后反復小沖程沖擊，沖程高度可以取0.5～0.8m，待樁孔全斷面進入基巖后，再進行正常沖擊，以防因基巖面傾斜導致孔斜。

③泥漿循環與沖孔過程同步進行，在沖擊鉆頭底部穿越鋼管樁時及時添加膨潤土加大泥漿濃度增強護壁效果，并隨時測定和調節泥漿比重。

④進入基巖面后經常測量孔深，任何情況下整個鉆頭不得穿過鋼管樁底，否則會造成嵌巖段樁孔偏斜，使得鉆頭滑脫并在提升時卡在鋼管樁下沿造成埋鉆事故。

⑤終孔：入中風化巖層6m，達到設計要求。

6 效益分析

該樁錘技術改造無論是在施工效率、工程質量，還是在現場文明施工、工程項目成本控制上，都突顯出優越性，解決了海上平臺大斜率整樁嵌巖施工成孔難題，提供了一種創新的施工工藝，使得惠州港30萬噸碼頭項目得以順利進行，節省了施工成本，得到了各方的一致好評，取得了顯著的社會效益，值得推廣。