長江裸巖區(qū)高樁碼頭鉆孔灌注樁鋼護筒沉放技術(shù)研究

張康財,張 浩（.中電建安徽長九新材料股份有限公司，安徽 池州 4700；.中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 40000）

1 工程概況

中電建安徽長九公司礦石碼頭一期工程位于長江安徽段池州市牛頭山港區(qū)，占用岸線 975 m，共布置 7 個 5000 DWT（水工建筑物兼顧 10000 DWT）散貨泊位。碼頭主體采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，由碼頭平臺、皮帶機棧橋、檢修棧橋、轉(zhuǎn)運站平臺、變電所平臺等組成。1～4 號散貨泊位碼頭平臺長度為 550 m，寬度 25 m，5～7 號散貨泊位碼頭平臺長度為 425 m，寬度 30 m。

該碼頭樁基工程共分 129 個樁基排架，主要施工方法為鋼護筒沉放后搭設(shè)施工平臺，再進行沖孔成樁（Φ 1500 mm），完成水下混凝土澆筑。根據(jù)工程地質(zhì)勘測資料，1～96 號排架位于非灰?guī)r區(qū)，覆蓋層較厚，鋼護筒沉樁后可自穩(wěn)，便于搭設(shè)平臺供鉆機施工；但第 97～129 號排架（包含 7 號泊位）位于灰?guī)r區(qū)，尤其 7 號泊位區(qū)域因溶洞及裂隙發(fā)育、覆蓋層薄以及裸巖等原因，給鋼護筒沉放和穩(wěn)定施工帶來巨大困難。為此，本文針對該特殊情況，提出了裸巖區(qū)高樁碼頭大直徑鉆孔灌注樁鋼護筒沉放技術(shù)[1]。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)灰?guī)r區(qū)部分鉆孔揭露，7 號泊位區(qū)域第四系地層分布厚度變化大，溶洞多，屬于不良地質(zhì)，場地整體屬于穩(wěn)定性差。碼頭地層地質(zhì)中，巖性多變化且不同，該區(qū)域的基巖以礫巖、白云質(zhì)灰?guī)r和泥晶質(zhì)灰?guī)r為主，中風(fēng)化巖面起伏較大，局部灰?guī)r揭露溶洞，地基均勻性一般。

3 工程試樁情況

針對地基不均勻、覆蓋層薄或裸巖以及溶洞發(fā)育導(dǎo)致沉放鋼護筒困難的情況[2]，采用打樁船對該部位進行試打樁。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：共沉樁 12 根，打入約 15～50 cm 便無法沉樁，鋼護筒無法自穩(wěn)矗立，鋼護筒底部全部卷口，施工平臺無法搭設(shè)，工程進度將嚴(yán)重滯后。

鋼護筒卷口原因分析：鋼護筒采用直徑 1600 mm、壁厚 16 mm 的鋼板卷制而成，單樁重量約 13 t，焊接采用坡口雙面焊，確保鋼護筒能夠承受振動錘錘擊，采用 DZ-90 振動錘沉放，激振力 677 kN，鋼護筒沉放時最大沖擊壓力約8.4 MPa，而根據(jù)地勘報告顯示，基巖面無覆蓋層，且飽和抗壓強度為 60.69 MPa，故造成鋼護筒卷口，無法沉放。

4 鉆孔灌注樁鋼護筒沉樁技術(shù)

鑒于 7 號泊位的特殊地質(zhì)條件，為徹底解決鋼護筒因覆蓋層薄或裸巖、地基不均勻?qū)е碌臒o法沉樁問題[3]，提出了“植樁”技術(shù)。即利用超大直徑措施鋼護筒自穩(wěn)能力強的特點，形成鉆孔導(dǎo)向約束，再進行大直徑淺鉆孔，在已形成的大直徑鉆孔內(nèi)植入碼頭鋼護筒，澆筑混凝土穩(wěn)固鋼護筒后[4]，待初凝后拔出措施鋼護筒進行下一樁位引孔，同時在碼頭鋼護筒內(nèi)進行設(shè)計樁徑深沖孔，直至鉆孔至持力層后澆筑樁身混凝土。

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖 1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

措施鋼護筒直徑應(yīng)根據(jù)碼頭鋼護筒直徑、水下地形變化程度及覆蓋層厚度等因素綜合考慮；在措施鋼護筒沉放時必須做好垂直度控制，避免因垂直度不滿足要求導(dǎo)致碼頭鋼護筒下放困難或無法自穩(wěn)。

4.2 措施鋼護筒沉放

因碼頭鋼護筒無法沉樁，無法形成固定鋼平臺進行鉆孔施工，故該區(qū)域采用搭設(shè)浮平臺施工。對浮平臺進行定位后放樣至措施鋼護筒中心，利用 70 t 全回轉(zhuǎn)起重船大鉤起吊措施鋼護筒（ Φ 2000 mm、δ 12 mm）頂端、副鉤起吊鋼護筒底端。起吊后，大鉤起鉤提升，逐步將護筒豎直，然后起吊到導(dǎo)向架龍口進行沉放。

岸側(cè)采用兩臺全站儀以切線法控制措施鋼護筒平面位置和垂直度，通過導(dǎo)向架內(nèi)頂推裝置配合浮吊沉放并進行微調(diào)，確保措施鋼護筒沉放位置和垂直度滿足設(shè)計要求。

4.3 沖擊鉆引孔

措施鋼護筒沉放自穩(wěn)后，采用沖擊鉆機（錘頭直徑為1.8 m）引孔，鉆孔深度 3 m。若江底為較大陡坡時，可增加鉆頭一側(cè)配重，避免引孔時側(cè)滑和鉆頭重心偏移，使鉆頭集中接觸陡坎，待鉆頭垂直穩(wěn)定后，正常鉆進，為確保沖擊鉆沖孔垂直度偏差 ≤1.5%，必要時可利用經(jīng)緯儀對鉆桿進行監(jiān)測。

4.4 碼頭鋼護筒沉放

引孔完成后，利用浮吊振動錘將碼頭鋼護筒通過浮平臺導(dǎo)向架“植入”孔內(nèi)，碼頭鋼護筒沉放盡量選擇水流較緩時間段進行下放，減小水流對樁基垂直度造成的影響。為保持碼頭鋼護筒植樁后便于澆筑穩(wěn)樁混凝土，須事先在鋼護筒底部設(shè)置翻漿孔。根據(jù)碼頭鋼護筒尺寸 Φ 1600 mm、δ 16 mm，在鋼護筒底部距底口 10 cm 處，設(shè)置高度為50 cm、弧長為 30 cm 的翻漿孔，共設(shè)置 6 個翻漿孔，均勻布置在碼頭鋼護筒四周。

4.5 澆筑水下穩(wěn)樁混凝土

碼頭鋼護筒就位后，利用浮吊將料斗吊至碼頭鋼護筒上方，通過料斗灌注水下混凝土，混凝土通過碼頭鋼護筒底部設(shè)置的翻漿孔流入引孔巖壁和碼頭鋼護筒之間的空隙，起到穩(wěn)固鋼護筒的作用。為了確保翻漿效果，碼頭鋼護筒內(nèi)澆筑混凝土高度要求比引孔深度高 1 m，利用壓力差確保混凝土填滿護筒與巖壁間的空隙（即引孔深度 3 m，護筒內(nèi)澆筑高度為 4 m）。

混凝土澆筑方量根據(jù)澆筑高度要求進行計算，澆筑完成后采用探灰桿對鋼護筒內(nèi)外混凝土高度進行探摸，確保施工質(zhì)量。特殊情況可派潛水員進行水下植樁效果檢查。待澆筑水下 C25 混凝土達到初凝時間，利用浮吊及時拔除措施鋼護筒移至下個孔位繼續(xù)施工。

4.6 鋼護筒底封堵

碼頭鋼護筒完成植樁后，為了避免翻漿效果不好或不良地質(zhì)原因造成的碼頭鋼護筒與引孔巖壁之間混凝土不密實，從而造成碼頭鋼護筒在樁身混凝土澆筑過程中發(fā)生漿液流失等問題，采用填筑砂袋圍堰對鋼護筒與河床接觸面進行封堵。

澆筑完水下穩(wěn)樁混凝土并拔除措施鋼護筒后，及時對鋼護筒四周拋填砂袋，范圍為鋼護筒四周 2 m×2 m 區(qū)域。根據(jù)壓力測算，砂袋碼放高度為 2 m，可更好的防止鋼護筒底部漏漿。

由于受到浮平臺的限制，無法進行機械船舶拋填，即采用人工拋填，水下利用潛水工進行探摸、擺放，拋砂袋前對潛水員將拋填范圍、拋填控制要求等進行技術(shù)交底，砂袋需碼放密實，避免操作人員造成漏拋、錯拋。拋填完成后，技術(shù)人員用水砣進行高程測量控制，保證填筑高度。完成碼頭鋼護筒與河床接觸面的有效封堵后，再利用沖孔鉆機對護筒內(nèi)進行沖擊成孔，做好泥漿護壁及清孔，按照正常水下沖孔灌注樁工藝施工。

5 結(jié) 語

在長江沿岸由于地質(zhì)條件差、覆蓋層薄或裸巖、溶洞裂隙發(fā)育等問題無法有效的進行高樁梁板式碼頭施工，本文以中電建安徽長九公司礦石碼頭一期工程為例，提出了裸巖區(qū)高樁梁板式碼頭鉆孔灌注樁鋼護筒沉放施工措施，通過采用大直徑鋼護筒內(nèi)植樁技術(shù)輔以成樁后穩(wěn)樁措施，成功的完成了該碼頭 7 號泊位的樁基施工，為高效的利用好有限的長江岸線資源，打破地質(zhì)條件的約束提供借鑒。