溫州港狀元岙港區化工碼頭鋼管錨巖樁施工技術

楊 璐 周伏萍 黃 磊

(江西省地質工程(集團)公司，江西 南昌 330030)

0 引言

海港、碼頭中系纜墩是為大型船舶靠港時提供定位作用的，因此系纜墩除承擔船在海水作用下的拉力、扭力外，還要承擔海水尤其是潮汐作用對系纜墩的浮力和剪切力，及其這種浮力和剪切力、船舶產生的浮力和剪切力的綜合作用。通常海工環境下系纜墩樁基礎的持力層都是單軸抗壓強度很高的硬質巖，樁的直徑都在150 cm以上，因此全斷面成孔成本高，工期長。為了降低成本、縮短工期，又能滿足設計要求，錨巖樁就應運而生了。鋼管錨巖樁是一種鋼管樁(也就是灌注樁)和錨巖樁的組合，上部是灌注樁，下部是錨巖樁。上部鉆孔灌注樁主要提供水工建筑物的抗壓能力，錨巖樁主要補充提供水工建筑物的抗剪能力和抗拔(抗浮)能力。

1 工程概況

1.1 碼頭設計要求

本工程水工建筑物包括碼頭及引橋部分，按一級建筑物設計。設計基準年限是50年。碼頭由1個工作平臺、4個系纜墩 及1個引橋組成平面采用連片式布置，整個碼頭長340 m。各系纜墩之間、系纜墩與工作平臺之間采用人行鋼便橋聯系，碼頭與后方陸域通過引橋聯接。系纜墩均為高樁墩式結構，平面尺寸均為10 m×10 m。其中1號系纜墩樁基采用φ1 500 mm鋼管錨巖樁。

1.2 鋼管樁錨桿嵌巖設計要求

1號系纜墩樁基采用φ1 500 mm鋼管錨巖樁共有6根，均為斜樁，錨桿進入中風化花崗巖深度10 m。

1.3 工程地質

1號系纜墩樁基附近地層從上到下分述如下：

⑦1層全風化花崗斑巖：風化極強，巖芯呈砂土狀，中密狀態，鐵錳質渲染強烈，呈灰黃、灰褐色，局部略帶紫紅色。

⑦2層強風化花崗斑巖：巖芯呈碎塊狀，風化強烈，碎塊手碾易碎或部分易碎，鐵錳質渲染較強，風化裂隙很發育。呈灰黃、灰褐色，局部略帶紫紅色。

⑦3層中風化花崗斑巖：巖芯呈短柱狀、碎塊狀，以短柱狀為主，柱長一般5 cm～15 cm，裂隙發育，面上鐵錳質渲染較強，巖石屬硬質巖。呈淺紫紅色，斑狀結構，塊狀結構。

2 設備選型及導向架制作、安裝

2.1 鉆機、鉆頭選型

1)鉆機選型。針對本工程地層特點選用XU-1000型立軸式錨巖鉆機。

2)鉆頭選型。1號系纜墩樁基上部覆蓋層成孔采用φ1 360 mm三翼鉆頭。牙輪鉆頭是使用最廣泛的一種鉆頭。牙輪鉆頭工作時切削齒交替接觸孔底，破巖扭矩小，切削齒與井底接觸面積小，比壓高，易于吃入地層；工作刀總長度大，因而相對減少磨損。牙輪鉆頭能夠適應從軟到堅硬的多種地層。由于1號系纜墩樁基下部基巖強度高，為提高施工效率，因此錨孔鉆進選用牙輪鉆頭。

2.2 導向管制作、安裝及封固

導向管架的作用：導向管架是一種剛性連接定位作用裝置，它保證錨孔方位精度和提高斜率的準確性，為確保施工質量必須使用導向架。

2.2.1導向架制作

導向架由單節和底節通過法蘭上的螺栓和定位銷連接而成。上部單節長度3 m，底節長1.2 m。導向架由4根φ219鋼管分別與上下兩個法蘭盤焊接，法蘭盤直徑為1.33 m，法蘭盤中心預留900 mm圓孔；距離在孔底端0.5 m處焊接一 塊大小與法蘭盤類似的起固定作用的鋼板，為保證封固漿液能夠順暢流出，錨孔最底一節鋼管端部5 cm段內做成鋸齒狀。為便于連接和施工所有法蘭盤型號必須統一，成批制作。加固螺孔與鋼管孔位置一致，每節導向架3根鋼管長度一致，法蘭盤與鋼管垂直焊接，焊縫必須嚴密、牢靠，不能產生空洞。導向架見圖1。

2.2.2導向架安裝

提前將單節完整連接好，底節起固定作用的鋼板要固接牢固。最好能在地面將導向架預先安裝一遍，并用油漆標序號。將任一單節和底節通過定位銷連接好(要求受強力牽引時，定位銷能夠脫落)。正式安裝時用卷揚機將其吊起底節放入孔中，上部單節通過螺栓逐節按序相連，下放入孔中，直到底節完全到達孔底。

2.2.3導向架封固

導向架安裝后，沿導向架下入注漿管，再注入水泥漿約0.6 m3，將導向架底部封固。這樣可以確保錨孔施工時，4只錨孔之間不串孔，同時保證鉆錨孔時的巖渣、巖粉能夠從φ219鋼管內排除孔外。

3 工藝流程

鉆機就位→樁內覆蓋層內大孔成孔→大孔清孔→導向架制作、試安放、安裝、封固→基巖錨孔成孔→錨孔清孔→錨桿制安→錨孔內注漿→拆卸導向架→樁內覆蓋層內大孔安裝導管→清孔→灌注混凝土。

3.1 樁內覆蓋層內大孔成孔、清孔

采用φ1 360 三翼鉆頭在樁內覆蓋層鉆進成孔。終孔以盡量鉆到離大樁底50 cm為原則，在強風化層鉆進輕壓慢轉，防止出現鉆桿折斷。大孔終孔后，用清水泵吸射流反循環排渣一段時間后再提鉆，符合要求后加強對孔口周邊的保護，防止雜物、材料和巖渣掉入孔中。

3.2 基巖錨孔成孔、錨孔清孔

待導向架封固水泥干凈漿終凝后，開始基巖錨孔成孔鉆進。鉆進采用牙輪鉆頭全面鉆進。全面鉆進時配3PN泵，取芯鉆進時配BW250/50柱塞泵，施工中一定要保證電的供用和泵工作正常，保障鉆桿接頭密封性，沖洗液不得外泄，以保持沖洗液的通暢，從而不會由于沖洗液缺失不能及時散發鉆頭摩擦產生熱量而引起的燒鉆或卡鉆事故。

3.2.1錨孔全面鉆進

鉆具在下放之前，必須仔細檢查設備工作性能，防止噴嘴或噴器被巖粉堵塞。施工中采用氣舉反循環清孔，保證孔底干凈，減少巖石重復破碎量，提高工作效率。鉆進過程中，如發現鉆速下降明顯，鉆具回阻力增大，孔內有異常聲響且有憋鉆跡象，鉆具提離孔底時則上述異常消失，則表示有反向斷流征兆，需立即停鉆，提鉆檢查。

3.2.2取芯鉆進

下鉆完畢接上鉆桿之后，先將清洗液緩緩送到鉆具，在距孔底20 cm～30 cm處，開機慢進至孔底，10 min～15 min后正常鉆進。鉆進過程中不得隨意提動鉆具。回鉆前應大泵量沖洗一段時間，直到無巖渣排出流出清水為止。

3.2.3停鉆標準

是否進入持層即中風化巖層，用下面三個方面綜合判斷：1)對照地質報告及其地層曲線；2)鉆進速度是否減慢，鉆進速度變慢是進入中風化的信號；3)第一根錨孔采取取芯，分析芯樣是否是中風化。如判斷為中風化巖面，則轉為牙輪鉆頭全面鉆進，鉆至中風化與強風化界面6 m以下停鉆。需要注意區別中風化殘留體和中風化巖層。

3.2.4錨孔清孔

全部錨孔終孔后，采取氣舉法反循環清孔，直至孔底沉渣符合設計要求。

3.2.5錨桿制安

1)錨桿制作。

根據實際施工本系纜墩錨桿孔深19 m，中心錨桿由3根長度大 于19 m的φ40鋼筋呈品字形焊成一束，每隔2 m外焊 3根φ25長30 cm的短鋼筋做保護塊。單根錨桿用φ40鋼筋連接采用套筒冷擠壓連接技術。套筒絲扣及長度、抗拉實驗結果均要符合有關要求。錨桿上端焊一個反絲接頭，可與鉆桿連接。注漿管采用φ25鍍鋅管，綁焊在錨桿上，注漿管上端也接一反絲接頭。注漿管其下端距錨桿下端約20 cm。

2)錨桿安裝。

錨桿通過其上端的反絲接頭與鉆桿相接，逐節安裝鉆桿，將錨桿放至孔底。同時注漿管也通過反絲接頭與焊在錨桿上的注漿管逐節連接，下到孔內。

3.2.6錨孔注漿

采用BW250/50柱塞壓力泵，通過注漿管將水泥漿注入錨孔，水泥漿為M40膨脹水泥砂漿，注漿量按照1.2倍充盈量考慮。注漿連續，中間不得停歇。

錨桿灌注水泥漿應滿足下列要求：

1)適當添加膨脹劑，達到無收縮要求，在無收縮的情況下，自由膨脹率為5%～10%；

2)水灰比不大于0.4；

3)相對粘度控制在(18±2)s；

4)錨孔內灌注水泥漿應達到孔頂并溢出5 s時長。

3.2.7拆除導向架

錨孔施工完畢后，通過強力拉斷導向架底節與上節相連的定銷，剩余上部導向架完整提出孔外，再逐節卸出導向架樁。

3.2.8安裝灌注導管、灌注大孔混凝土

安裝導管、灌注大孔混凝土的工藝與鉆孔灌注樁灌注水下混凝土施工方法相同。灌注大孔混凝土，必須進行二次清孔，沉渣厚度指標滿足規范要求。

4 錨巖樁的質量控制及檢測

1)垂直度控制。

錨巖樁入巖部分比較淺大多在5 m左右，其垂直度主要由導向架控制，故導向架安裝時一定要確保垂直度在1%以內。

2)錨巖孔的清潔度。

錨巖樁的抗拔力大小是由錨束和孔壁咬合力決定的，孔壁的清潔度決定了抗拔力大小，是錨巖樁關鍵節點又是最容易忽視的問題，清孔采用氣舉反循環清孔，達到設計要求。

3)錨巖樁砂漿強度達到設計要求后，要由有資質單位對其進行抗拔力檢測。抗拔力符合設計或規范要求才能進入下一工序。

5 結語

本文結合溫州港狀元岙港區化工碼頭實踐證明，錨巖樁在覆蓋層薄或缺失、基巖強度高的海況或水上施工環境下的應用，其工藝技術是成熟可靠的，有較高的安全性，質量有保障，施工后經檢測完全滿足相關設計要求。對類似工況條件工程具有一定的指導意義。