微型鋼管樁在碼頭基槽開挖岸坡加固中的應用

◎趙國軍 深圳海勤工程管理有限公司

重力式碼頭基槽開挖一般采用放坡大開挖的方式施工，但當基床持力層埋深較大、土質較差時，采用基槽大開挖施工勢必導致開挖范圍過大，對周邊環境造成不利影響。

隨著水運行業基礎實施的快速發展，優質岸線不斷開發利用，某些碼頭工程需要在周邊環境復雜的條件下實施，如順岸相鄰碼頭已先行實施、碼頭結構與護岸或陸域距離過小，難以采用放坡方式開挖基槽等。

為此，為解決復雜環境下碼頭基槽開挖的工程問題，減少對周邊環境影響，確保岸坡穩定。微型鋼管樁作為一種新型軟土地基加固形式被引入港口工程岸坡加固中使用。

微型鋼管樁是19 世紀50 年代由意大利的Lizz 提出，并被Fondedile公司首先開發利用。目前，微型鋼管樁已被大量應用在邊坡抗滑、基坑圍護、軟土地基加固、建筑基礎加固等領域，取得了較多的研究成果。微型鋼管樁是利用地質鉆機，鉆出直徑10～30cm的鉆孔，然后在鉆孔中設置預先在管壁加工微孔的鋼管，利用一定壓力將水泥漿或水泥砂漿注入固結成樁的一種新型微型樁。微型鋼管樁具有施工設備小、施工速度快、施工質量可靠、對環境影響小，樁長和樁截面尺寸容易調節的特點。

圖1 碼頭結構（地質）典型斷面圖

本文結合實際工程案例，對碼頭基槽開挖采用微型鋼管樁進行岸坡加固的設計方案、加固機理、施工控制要點和實施情況進行論述。

1.項目概況

廣東陽江某碼頭工程，擬建兩個三千噸級多用途泊位（兼顧五千噸級），岸線長度254m，碼頭結構采用重力式結構型式。北側為已建某基地碼頭（高樁梁板碼頭）及護岸（斜坡式），距離本工程碼頭結構約15m。已建護岸原泥面高程約-1.2m，頂標高5.0m，擬建碼頭基槽開挖最深處至-14.0m。基槽開挖深度大，對北側已建護岸將造成不利影響。

本工程設計高水位3.39 m，設計低水位0.51 m 。原泥面標高-1.3～0.5m左右，表層連續分布厚度10～14m的淤泥-淤泥質粉質黏土層，呈流塑狀。下部為厚度2～4m不等的砂層，下伏燕山期全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖等。

圖2 微型鋼管樁加固局部平面布置

圖3 微型鋼管樁岸坡加固典型斷面（開挖底標高-14m）

2.岸坡加固設計方案

2.1 總體設計

微型鋼管樁Φ 150mm，內置Φ 89mm，壁厚6mm 焊接鋼管（Q235B），間距0.8m，正三角形布置。鋼管樁樁頂標高均為2.0m。前部樁樁底標高-17m，樁長19m，樁底進入強風化花崗巖2m。后部樁樁底標高-19m，樁長21m，樁底進入強風化花崗巖4m。首排鋼管樁之間采用Φ600mm高壓旋噴樁封堵，樁底進入基槽開挖底標高以下0.5m以上。

各區段加固設計參數根據碼頭基槽開挖深度調整：（1）基槽開挖底標高為-14m，采用8排鋼管樁加固，首排樁采用高壓旋噴樁封堵，原護岸增加4排間距1.5m高壓旋噴樁加固；（2）基槽開挖底標高為-12m，采用8排鋼管樁加固，首排樁采用高壓旋噴樁封堵；（3）基槽開挖底標高為-10m，采用6排鋼管樁加固，首排樁采用高壓旋噴樁封堵；（4）基槽開挖底標高為-7m，采用5排鋼管樁加固，首排樁采用高壓旋噴樁封堵。

2.2 細部設計

（1）鋼管制作。①本工程鋼管樁的清孔和注漿均利用鋼管，管口配置定制螺絲密封接頭。②管底焊接短鋼筋與孔底距離15cm，有利于孔底泥渣清除及返漿。③鋼管底部3m為出漿部位，每隔20cm打Φ6mm花孔，各孔位錯開，平面上呈放射狀。④沿管壁每隔3m焊接3根Φ6mm定位筋。⑤后3排樁鋼管入巖段設置環箍，增加摩擦力，提高后排鋼管樁的抗拔能力。⑥鋼管分段長度5～6m，采用套焊接長。

（2）注漿材料。注漿材料采用42.5普通硅酸鹽水泥，加入早強劑，水泥漿水灰比0.6，水泥用量不小于50kg/m3。

（3）施工方法。施工平臺采用土石填筑且樁底要求入巖2～4m，三翼鉆頭難以鉆進，應采用合金鉆頭鉆進施工。樁間距較密，且上部回填土石層滲透性較大，采用跳打施工，避免注漿時相鄰樁竄漿影響樁身質量。先施工海側樁基，施工避開退潮時段，減少漿液流失。

3.微型鋼管樁加固機理

微型鋼管樁是在預成孔中插入鋼管，投入碎石，利用高壓把漿液注入鉆孔和周圍地層中，漿液以充填、滲透和擠密等方式，驅走碎石和土顆粒中的水分和空氣，充填于地基土體空隙和裂隙之中，從而使地基形成一個結構新、強度大、防水性能高和化學穩定性好的“結合體”。

微型鋼管樁復合地基由剛性樁體、漿液擴散區和天然土體三部分組成，共同作用提高復合地基的承載力和地基穩定性。經過漿液在樁土交界面和碎石樁內碎石的膠結，微型鋼管樁能全長發揮樁的側摩阻力，將荷載傳遞給較深的土層，樁間土荷載相應減小；另一方面漿液改善了部分樁周天然土體的性質，提高了原地基土強度和模量，最終降低地基沉降，提高地基穩定性。

因此，微型鋼管樁復合地基加固機理除了自身鋼管具有良好的抗壓和抗剪能力外，漿液在孔內與碎石骨料膠結成樁，提高樁側阻力，同時漿液向周圍土體滲透，改善樁周土性質，使樁和樁周土形成一個整體性較好的復合地基結構。

4.施工工藝及控制要點

本工程微型鋼管樁施工采用鉆機正循環回轉鉆進、自然造漿護壁成孔，投放瓜米石，注漿成樁的施工工藝。

4.1 施工工藝流程

測量定位、鋼管制作→鉆進成孔→一次清孔→吊放鋼管→投放瓜米石→二次清孔→漿液制作→一次注漿→二次注漿→樁頭處理。

4.2 施工過程控制要點

（1）原材料檢測，微型鋼管樁原材料主要包括鋼管（含套管）、水泥、瓜米石、外加劑等。

（2）現場樁徑不小于設計樁徑，孔位偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于1%。

（3）一次清孔泥漿比重1.15～1.25，沉渣厚度不超過150mm，采用吊錘測量。

（4）瓜米石應均勻沿孔口周邊緩緩投入，輕搖鋼管促使石子下沉，填入量應不小于樁身（鋼管外）計算體積的0.8～0.9倍；二次清孔和一次注漿初凝過程中樁頂石子下沉后，應及時補填。

（5）二次清孔是在灌填瓜米石時進行，利用鋼管一邊注水清孔，一邊投放瓜米石，直至孔口返出清水為止，比重不大于1.05。

（6）控制水泥漿水灰比，采用比重計測量。

（7）一次注漿壓力0.3～0.6 MPa，漿液在孔口充分溢出，其比重接近注入漿液比重可終止注漿。

（8）二次注漿一般在一次注漿初凝時進行（暫按2小時），注漿壓力1.5～3.0MPa，漿液在孔口充分溢出，其比重接近注入漿液比重或當注漿壓力大于2.5MPa并持續3min以上可終止注漿。

（9）現場設置自動計量設備，記錄每根樁注漿量和總注漿量，注漿充溢系數不宜小于1.5。

5.加固效果

注漿成樁28天后，采用低應變檢測樁身完整性，樁基質量判定為I類樁，樁身完整。

采用信息化施工，岸坡前沿設置深層水平位移測斜管跟蹤監控深部土體變形情況。基槽開挖前兩周開始監測，碼頭后方回填后繼續監測一周。

通過分析深層水平位移監測數據（詳見圖4），基槽開挖期最大位移速率約為4.5mm/d，開挖結束后，位移速率呈明顯下降趨勢，至后期最大位移速率約為3mm/d，均小于變形控制值5mm/d。最大累計位移很小，約3cm。從總體變形趨勢看，變形曲線呈現類似于懸臂式支護結構的“掃把型”特征，變形由上至下逐步減小，表明地基經過微型鋼管樁群樁加固后，形成一個類似于重力式擋土墻的剛度較大的岸壁結構。變形曲線16m深度以下變形很小，底部位移基本為0，表明微型鋼管樁嵌固深度合理，對減小水平位移，保證踢腳穩定至關重要。

圖4 深處水平位移測斜管變形曲線

綜上，樁身質量檢測及施工期監測結果表明，采用微型鋼管樁作為碼頭基槽開挖岸坡加固結構，是有效可行的。

6.結語

（1）微型鋼管樁作為碼頭基槽開挖岸坡加固結構，其對軟土地基加固是有效可行的。

（2）重視微型鋼管樁施工過程質量控制，主要包括：原材料、清孔、骨料投入量、注漿壓力、注漿量、孔口返漿、施工工序等。

（3），對于主要承受水平力的微型鋼管樁岸壁結構，通過加長后排樁入巖深度，鋼管入巖段設置環箍，可提高樁體的抗拔能力。

（4）微型鋼管樁群樁加固后，形成一個類似于重力式擋土墻的剛度較大的岸壁結構，變形曲線呈現類似于懸臂式支護結構的“掃把型”特征。必要時可在群樁頂部設置頂板或聯系梁，增強加固整體性。

（5）采用微型鋼管樁進行岸坡加固，應保證樁體下部具有足夠的嵌固深度。