論鉆孔灌注樁深水成樁施工技術

許傳財

（上海市水利工程集團有限公司，上海 201802）

1 概況

某水文監測站工程位于長江邊上，由兩座水文測站組成，工程主要建設內容包括測亭、引橋、防撞警示墩等。其中水文站測亭1 位于某閘外河岸以東200m 的深水中，測亭下部基礎為10 根直徑800mm 樁長38m 強度C35 的鉆孔灌注樁組成；水文站測亭2 位于兩座丁壩段一線海塘外側124m 的深水中，測亭下部基礎為9 根直徑800mm 樁長38m 強度C35 的鉆孔灌注樁組成。

2 影響因素

該工程區域位于長江河口段（江陰至長江段），施工時段處于梅雨季節，大風、暴雨天氣頻發，嚴重影響鉆孔灌注樁的施工進度。加上區域地質差，多為淤泥及淤泥質粘土層，且厚度較大，有些區域接近10m。粘土層多見于-22.27m 以下。因此，鋼管護筒的埋設深度勢必對鉆孔灌注樁成樁的質量產生嚴重影響。在長江南支的新橋水道是一條漲潮槽，該段徑潮流相互作用強烈，漲潮優勢明顯，在口門附近的多年平均超差2.66m，最大潮差4.62m，在口內為反復流，落潮流速大于漲潮流速，屬于中等強度的非正規半日淺海潮。這對水上排架管樁沉樁及鋼管護筒埋設的安全、施工進度及鋼管護筒埋設的精確度都造成嚴重影響[1-2]。

3 施工難點

鉆孔灌注樁深水成樁的施工重難點有：排架鋼管樁水上沉樁時如何精確定位是難點；如何保證排架鋼管樁型鋼的吊裝及固定的安全性是施工難點[3]；鋼管護筒的沉樁及焊接質量及可靠性是施工難點；如何進行樁孔精確定位和垂直度控制是施工重點；樁壁穩定性控制是監測難點；如何避免斷樁，保證樁身完整性是施工難點[4]。

4 施工方案確定

本工程鉆孔灌注樁成樁前，水上鋼管樁排架已施工完畢，同時鋼管護筒埋設就位。為避免成樁過程發生孔壁坍塌、斷樁、江水內灌等意外現象發生，保證鉆孔灌注樁混凝土澆筑的連續性及成樁質量，鋼管護筒底部一定要深入有效土層且不小于1 倍護筒直徑，護筒頂部宜高出施工期最高水位1.5m～2.0m，并根據水位作一定調整[5]。結合情況研究決定，鉆孔灌注樁成樁分三階段進行。第一階段：利用150t 的駁船，將一定量的排架鋼管樁通過碼頭轉運至施工指定區域，然后利用200t 的浮吊船進行起重沉樁，沉入深度及排架間距滿足設計荷載及施工要求，最后再利用浮吊船將H 型鋼吊裝至排架鋼管樁上，并固定牢固。第二階段:利用150t 的駁船，將一定量的鋼管護筒通過碼頭運至施工指定區域，然后再利用浮吊船將鋼管護筒按指定位置進行沉入，直至設計深度。第三階段：利用浮吊船將鉆機吊裝至鋼管排架上，鉆孔成樁，當成樁混凝土達到設計強度后再進行鑿樁，鑿樁長度不小于1m。

5 鉆孔灌注樁施工

5.1 施工要點

5.1.1 排架鋼管樁沉入深度確定

鉆孔灌注樁樁機自重22t，施工平臺需跨越三排樁，每排兩根樁，共計6 根，故：

Po=22×9.8N/kg=215.6kN，人群荷載標準值為2.5kN/m2，考慮到動力系數為K0=1.1，安全系數為K=2.0，故G1=KO×K×215.6≈475kN。因本工程所采用的是規格為長12mΦ400mm 敞口式鋼管垂直沉入，鋼管橫向間距5.2m，縱向間距3.4m,故樁端承載力可忽略不計。單根樁軸向受壓容許承載力[Ra]可按下列方法計算：

u—樁周長，即：u=3.14×0.4=1.256m；

ai— 振動沉樁對各土層樁側摩阻力的影響系數，按規范取值0.7；

qsik—極限側阻標準值，因土層處于軟塑粘土中，故按規范取值為40kPa；

li—樁在局部沖刷線以下的有效長度（6m)；

計算得：[Ra]=0.5×1.256×0.7×40×6=105.5kN。

則6 根樁的承載力為：6×[Ra]=633kN>G1=475kN，滿足設計要求。

5.1.2 排架鋼管樁沉樁

利用駁船將排架鋼管樁運至施工指定區域后拋錨就位，然后用浮吊船通過系在排架鋼管樁一端的鋼絲繩將鋼管樁緩慢吊起，待鋼管樁處于垂直狀態時，再利用振動錘上的抱樁器將合攏抱樁并鎖定。將鋼管樁水平移動直至指定位置，然后將樁緩慢下放，下放過程中時刻保持樁架與樁的傾斜度與設計要求一致，在下放完畢后，立即檢查樁錘、樁身是否在同一軸線上，以避免造成偏心沉樁。同時將鋼管樁斜度調整到設計的斜度，慢慢下沉，然后再測量復核，復核無誤后再開始沉樁。沉樁時采用振動錘將樁緩慢沉入，直至設計標高。當水位較深，沉樁后入土深度滿足不了設計要求時，需及時進行接樁，接樁時確保接口對齊，焊縫飽滿可靠，符合規范要求。當所有鋼管樁都沉入就位后，再用浮吊船將擱置于駁船上的H 型鋼緩慢起吊，并放置于排架管樁上，后采用Φ22 鋼筋將H 型鋼與鋼管樁焊接固定牢固。平臺橫梁和縱梁采用[32 槽鋼將制定區域進行滿鋪，便于作業人員休息及小型工器具堆放。

5.2 鋼管護筒埋設

為避免在鉆孔過程中發生護筒下沉，并考慮到水頭壓力對護筒筒壁產生變形影響，經研究決定采用規格為內徑Φ850mm、壁厚10mm、長24m 的鋼護筒進行埋設。在駁船將鋼護筒運抵施工指定區域后拋錨就位，通過氣割在鋼護筒靠上一端向下5cm 處對稱各切割一個5cm×5cm 的孔洞作為吊點，然后通過卡環與鋼絲繩捆綁作用于一點，且保證鋼絲繩與水平線的夾角呈450，最后利用浮吊船通過卡環將鋼護筒緩慢起吊，待鋼護筒呈垂直狀態時，再利用振動錘上的抱樁器將合攏抱樁并鎖定。將鋼管護筒水平移動直至指定位置，然后將其緩慢下放，下放過程中時刻保持樁架與鋼護筒的傾斜度與設計要求一致，在下放完畢后，立即檢查樁錘、護筒筒壁是否在同一軸線上，以避免造成偏心沉入。同時將護筒斜度調整到設計的斜度，慢慢下沉，然后再測量復核，復核無誤后再開始沉入。沉入時采用振動錘將其緩慢沉入，直至設計標高。

因鋼護筒較長，運輸及吊裝困難，故經研究決定，將鋼護筒平均分為兩段（注：每段長12m）進行吊裝沉入，當第一段沉入到一定深度后，在護筒外壁頂端向下1m 處對稱各焊一塊厚1.5mm 的直角三角形鋼板，然后繼續沉入，直至鋼板與平臺上的槽鋼接觸牢固。拆除卡環、鋼絲繩及抱樁器后，利用氣割將留有孔洞部位的護筒水平切除，后再重復第一段的吊裝方法將第二段護筒吊裝至指定位置，并確保兩接口能緊密結合后，通過二氧焊將兩段護筒焊接牢固，提起護筒，利用氣割將兩側鋼板切割后抽取平臺上的槽鋼，采用振動錘將其緩慢沉入。沉入后，確保護筒頂部宜高出施工期最高水位1.5m～2.0m。當護筒埋設完畢，在其上設置一個0.3m(長）×0.2m（高）的溢漿口。

5.3 鉆孔及成樁

5.3.1 鉆孔、成孔

因樁基地質條件較差，為防止在鉆進過程中發生孔壁坍塌，故本工程采用正循環回轉鉆孔。鉆孔前，再利用GPS 儀器對樁軸線進行精確定位，并確保鉆桿、鉆錘、樁位中心在一條垂直線上。開始鉆進時宜慢不宜快，密切注意孔內水位，隨時檢查泥漿的相對密度及粘度，并根據鉆渣及泥漿指標判斷地質情況。當發現泥漿指標異常時立即停止鉆進，分析判明原因。若泥漿指標過于偏低，添加大量膨潤土后依然偏低時，認為嚴重塌孔。故在移離鉆機后將鋼護筒接長，接長長度根據實際情況判定，接長方法重復5.2.2 條。若泥漿指標變化較小時，可在泥漿中添加適當的砂礫，并增加泥漿濃度后繼續鉆進，直至設計位置。因考慮到沉渣影響，故在鉆進時要超鉆30cm。

在鉆孔完畢后，及時移離鉆機，用提前制作好的規格為長6.0m、Φ0.8m的鋼筋籠檢孔器對孔徑、垂直度及樁深進行檢測。若孔徑小于設計值時，則對鉆錐加焊刀片增加直徑，并在孔徑小于設計值位置反復提升鉆錐掃孔。

成孔檢測一般包括孔的中心位置、傾斜度、鉆孔底標高、深度、直徑、護筒頂標高等。孔的中心位置控制在±100mm 范圍內，孔徑≥設計樁徑，傾斜度＜1%，孔深≥設計規定。

5.3.2 鋼筋籠制作及吊裝

鋼筋籠制作前對進場的鋼筋及時抽樣復檢，復檢合格后方可進行鋼筋籠制作。因本工程鋼筋籠較長，一次制作成型對運輸及吊裝不利。故本次鋼筋籠制作分為五段，在駁船上進行加工，即：9.0m、9.0m、9.0m、9.0m、2.1m。鋼筋籠主要有16 根Φ22 的主筋和Φ8@100 的箍筋組成，加強箍筋規格為Φ 16，每隔2m 設一根，接頭采用5d 的雙面焊。定位筋每隔2m 沿鋼筋籠周邊均勻設置4 根，并與加強箍筋位置一一對應。主筋接頭采用雙面貼角焊，接頭錯開1m，焊縫厚度8mm，控制在同一截面上搭接鋼筋接頭根數不超過主筋總根數的50%，搭接長度為雙面焊5d。搭接方式為主筋間采用搭接焊，主筋與箍筋間采用電焊，螺旋筋與主筋間采用間隔電焊，制作允許偏差按鋼筋加工規范進行，鋼筋籠主筋間距偏差為±10mm，箍筋間距為±20mm，骨架外徑為±10mm，傾斜度為±0.5%，保護層厚度為±20mm，中心平面位置±20mm，頂端高程±20mm。

因鉆孔灌注樁樁長為38m，故鋼筋籠分五節安放，孔口對接的方法。每節鋼筋籠主筋焊接完畢后補足接頭部位的箍筋方可繼續下籠。鋼筋籠的現場吊裝利用鉆機上的卷揚機械通過吊掛裝置滑輪上的鋼絲繩進行控制。鋼筋籠現場吊裝需由專人指揮，為防止鋼筋籠彎曲變形，起吊時籠內必須安設支撐桿，隨籠的下沉依次取出。吊裝時對準孔位，盡量豎直輕放、慢放，遇障礙物可慢起慢落和正反旋轉使其下落，下落無效時立即停止下落，查明原因后再行吊裝。不允許高起猛落，以防彎曲、扭曲變形，更不能碰撞孔壁而引起坍孔。鋼筋籠就位完畢后，在孔口用事先焊好的吊環筋固定以使鋼筋籠定位，避免澆筑混凝土時鋼筋籠上浮。

5.3.3 成樁養護

為保證鉆孔灌注樁的成樁質量，故選用商品混凝土。為確保混凝土的澆筑質量，防止斷樁、夾泥、堵管等意外現象發生，在混凝土澆筑時加強對混凝土運輸及澆筑時間、坍落度的控制。因為混凝土的運輸及澆筑時間約為2h，滿足混凝土的初凝時間要求，混凝土坍落度控制在18cm～22cm。混凝土灌注工作連續進行，當混凝土面接近和進入鋼筋骨架時，保持導管較大埋深，放慢澆筑速度，減少混凝土對鋼筋籠的沖擊。當混凝土面進入鋼筋骨架一定深度后，適當提升導管，使鋼筋骨架在導管下口有一定埋深。導管的埋置深度一般宜保持在混凝土面以下2～6m，且嚴禁把導管低端提出混凝土面。混凝土實際澆筑高度高于設計樁頂高程1m 以上，當設計樁頂標高達到或接近設計標高時，樁頂混凝土泛漿充分，以確保設計樁頂高程以下樁身混凝土強度符合設計要求[6]。

6 實施效果

綜上所述，該水文監測站工程鉆孔灌注樁深水施工技術更簡潔可靠、成本更經濟、施工效率更高、作業時間更短，解決了鉆孔灌注樁深水作業中遇到的施工條件差、地質復雜、潮位影響明顯等客觀難題，為工程后續施工順利進行奠定了可靠基礎。