特殊地質條件下大型冶金工程PHC管樁沉樁工程實踐

李朝

寶山鋼鐵股份有限公司投資管理部 上海 201900

湛江鋼鐵項目大規模施工前，進行了樁型選擇的研究。由于湛江組土層的特殊性能，灌注樁成型后表面泥皮較厚，其承載力與同直徑PHC管樁的承載力基本相當。考慮PHC管樁造價低、施工周期短、質量較易控制，符合綠色施工要求，因此被廣泛采用。但建設場地部分區域上覆地層存在厚薄不一、埋深不等、強度不同的玄武巖巖層和大小不一的玄武巖孤石，其下還存在致密中粗砂層，這些特殊地質是PHC管樁施工面臨的困難。

1 工程地質

湛江鋼鐵項目位于廣東省湛江市東海島，占地面積12.98km2。整個建設場地下伏地層為湛江組海陸相沉積層，含透鏡狀薄層密實中粗砂夾層；場地中部上覆地層為風化殘積土，含直徑0.3-1.95m、強度小于35MPa的玄武巖孤石；場地南部上覆湛江組土，含不連續玄武巖夾層，玄武巖夾層厚度0.5-8.3m、巖石強度6-120MPa，不能作為樁基持力層；場地東部表層為風成細砂坡積層，由西向東逐漸變厚，松散至密實狀態；場地北部為近期海相淤泥沉積層，呈流塑或軟塑狀態[1]。整個建設場地，工程地質較復雜和特殊，玄武巖和密實砂層是PHC管樁施工的難點。

2 特殊地質條件下PHC管樁施工實踐

2.1 玄武巖區域PHC管樁引孔

（1）1#、2#轉爐設備基礎等區域存在強風化玄武巖孤石群，埋深6-12m，開挖清除孤石較困難且成本較高，所以在PHC管樁施工前，采取沖孔引孔后再沉樁。沖孔設備簡單，沖孔成本低，沖孔效率較高，約為0.5m/h。沖孔直徑比PHC管樁直徑大300mm，沖孔后采用無腐蝕性粘土回填再進行PHC管樁施工，處理效果良好。

沖孔施工設備：包括護筒，重錘，卷揚機，底盤，支架，其特征為底盤上固定有大功率卷揚機和小功率卷揚機，底盤前端設有垂直于底盤的支架，支架上端設有滑輪；大功率卷揚機的額定荷載為40kN-80kN，從大功率卷揚機中的伸出的鋼絲繩穿繞過支架上端的滑輪后，再穿繞過重錘頂端設置的滑輪，從而實現大功率卷揚機帶動重錘進行升降；重錘為可穿入護筒的圓臺型鋼質重錘，重量為5-10噸；小功率卷揚機額定荷載為20kN-60kN，從小功率卷揚機中伸出的鋼絲繩通過穿繞支架上端的滑輪和反向裝置，與護筒連接，從而實現小功率卷揚機帶動護筒進行升降；護筒為一定長度的兩端開口的鋼管，護筒的直徑大于上述重錘的直徑，護筒上端設有垂直度控制裝置，護筒上端設有填料口；護筒的上端還可以加設振動裝置[2]。

（2）鐵水維修跨廠房及設備基礎等區域下存在中風化玄武巖，巖石強度6-35MPa，厚度0.5-4.6m，埋深3-13m。由于玄武巖厚薄不等、埋深不一，基本不能作為基礎持力層利用，且其開挖清除成本高、難度大，故在PHC管樁施工前，采取旋挖引孔后再沉樁。旋挖引孔成孔速度較快，約1.16m/h，且社會資源較豐富。引孔直徑比PHC管樁直徑大200mm，成孔后采用無腐蝕性粘土回填再進行PHC管樁，處理效果和工作效率都非常好。

旋挖引孔設備：主機配備機鎖鉆，鉆桿長度根據設計圖紙要求進行配備。中微風化巖層強度高，入巖主力機型為280-360機型區間，大直徑入巖樁可配400型以上大機型，由于大機型可輸出更大的加壓力，提升鉆齒的接地比壓，破碎入巖效果好，機器損耗小。當巖芯抗壓強度在30MPa以內以截齒撈砂斗+截齒筒鉆鉆進為主；當巖芯抗壓強度在30-60MPa時選用全斷面取芯截齒筒鉆鉆進；當巖芯抗壓強度大于60MPa選用牙輪筒鉆鉆進。由于牙輪本身成本較高，采用牙輪進行入巖的施工時，應對牙輪本身的質量、焊工的焊接技術水平、機手的操作水平等要求作業總體評價，核算經濟成本。中風化巖層本身具有很高的強度，不存在塌孔縮徑現象，但在入巖施工時，由于鉆具與巖層的摩擦會使合金頭發熱，造成鉆齒的磨損加劇，所以入巖施工時須在孔內加注清水或泥漿給鉆齒降溫。此外清水或泥漿有助于分解巖屑，降低夾鉆、托鉆的附加阻力，保護鉆體，緩沖振動等[3]。

（3）熱軋等區域玄武巖分布范圍較廣泛，多數為中風化-微風化玄武巖，巖石強度35-120MPa，埋深不同，局部埋深在地面下近20m，厚度不一、局部達到8.3m。由于清除非常困難且成本非常高，所以施工中采用了大直徑潛孔錘與長螺旋多功能樁機組合引孔技術。潛孔錘以長螺旋多功能樁機（或旋挖樁機）做樁架，以長螺旋動力頭（或旋挖樁機動力頭）做旋轉動力，在特制的鉆桿下懸掛風動式潛孔錘，潛孔錘沖擊破碎巖石的同時，動力頭帶動鉆桿及潛孔錘進行適度的鉆壓與回轉鉆進，既能研磨刻碎巖石，又能使潛孔錘擊打位置不停的變化，使潛孔錘底部的合金突出點每次都擊打在不同位置，風動潛孔錘的空氣既能冷卻鉆頭又能將破碎的巖屑吹離孔底并排出孔口，達到快速破碎巖石的作用。對高強度巖層，潛孔錘成孔速度快，約3.39m/h。成孔直徑比PHC管樁直徑大200mm，引孔后采用無腐蝕性粘土回填再進行PHC管樁施工，沉樁順利。

2.2 密實中粗砂層PHC管樁施工

加熱爐、粗軋、精軋大部分區域分布密實中粗砂層，于地面下15-36m范圍內分層分布，厚度大部分為2m左右，局部高達4m，其標貫值較高，部分區域標貫值高達60，由于不能作為樁基持力層，必須穿越，但沉樁困難。通過樁身兩端結構強度提高、樁尖型號改進、合理選擇打樁錘等措施，實現順利沉樁。

（1）樁身兩端結構強度提高：樁兩端增加錨固筋，添加鋼纖維等。

（2）十字型樁尖進入該層后沉樁困難，錘擊數集中升高，貫入度減小，沉樁質量不易掌控，樁頭易損壞，嚴重制約著施工進度。后續改進采取四棱錐型樁尖，重錘低擊，控制打樁檔位，全程采用一檔打樁；詳細分析地勘報告，避免接樁時樁停留在砂層中造成沉樁困難；將上節樁壁厚加大，如第一節、第二節樁采用PHC600AB110樁型，頂節樁采用PHC600AB130樁型等措施，但沉樁效果還是沒有達到要求。最后繼續樁尖改進，改為炮筒式樁尖，在熱軋加熱爐區域、粗軋區域、精軋區域，共試打了9套使用炮筒式樁尖的樁，其沉樁總錘擊數比相鄰使用十字架樁尖的樁的總錘擊數，降低了300-400擊，樁比較容易穿越密實中粗砂層，沉樁效果良好。

（3）湛江鋼鐵直徑400mmPHC管樁采用6.2噸錘；直徑500mmPHC管樁采用8噸錘；直徑600mmPHC管樁采用10噸錘。

3 結語

本文根據工程實踐，采用沖孔設備、旋挖引孔設備和大直徑潛孔錘等引孔后實現了玄武巖特殊地質條件下PHC管樁沉樁的可能性；通過樁身兩端結構強度提高、樁尖型號改進、合理選擇打樁錘等措施，實現了密實中粗砂層地質條件下的順利沉樁，為今后類似地質條件下樁基施工提供參考。