碼頭項目嵌巖灌注樁成孔技術分析

司馬紅杏

（湖南省港務集團有限公司，湖南 長沙 410000）

灌注樁在我國橋梁和碼頭工程項目施工中普遍存在，對灌注樁成孔技術的合理選擇及其質量控制至關重要。本文以某內核碼頭工程項目為案例，對復雜地質條件下碼頭項目嵌巖灌注樁成孔技術情況加以闡述，期望為同類項目施工建設提供參考。

1 工程概況

某內河碼頭項目采用高樁梁板式結構，碼頭總長度為363m，寬61m，橫向6 排縱向間距7m，直徑1m 的鉆孔灌注嵌巖樁支撐，灌注嵌巖樁的長度為26～36m 之間，基底部入中風化巖層5m，隨巖石基底沿地面起伏。外套鋼護筒進行灌注嵌巖樁的外立面保護，護筒深入中分化巖層0.5m，鋼護筒沿樁基至樁頂均勻分布。

2 場地地質情況及成因分析

2.1 地形地貌

碼頭項目區域地勢南高北低，區域內地面平坦無明顯起伏，項目核心區位于山前傾斜區與河谷區交匯處。工程區域河床處水域寬度為252m，近岸區域為不規則河漫灘地是緩沖區，可作臨時碼頭備用。

2.2 地基土構成

以鉆探揭露地基土質為基礎，結合物理學特征、成因，工程區域場地地基土結構如表1 所示。

表1 案例項目場地地基土構成情況

2.3 復雜地質成因分析

工程區域內地基土質復雜，鉆探越深土質復雜程度越高，第四層和第五層分別為沖洪區域層Q3al＋dl 和晚侏羅紀基巖層J3，地質復雜程度較高；第四層土體由卵石和卵石混砂構成；第五層則以強風化巖和中風化巖為主。結合歷史原因，第四層為早期河段采砂區域，人工采砂后為避免河岸坍塌維持其穩定性，進行了卵石回填并在地質運動作用下形成了現階段復雜地質條件。第五層位于剝蝕丘陵區，地形起伏導致該區域巖面分布不一、巖石強度變化，并最終形成了特殊的地基土層結構。

3 筑島平臺施工要點

本碼頭項目施工環節中，少量嵌巖灌注樁可路上施工，多數需于水上進行，為確保施工質量需進行灌注樁成孔施工作業平臺的建設。

項目初期擬定搭建鋼制灌注樁成孔施工作業平臺，平臺用料以型鋼為主，包括321 型鋼梁結構、H 型鋼、鋼管樁等。平臺搭建需要借助起重船進行水上沉樁，而本項目區域下游內河限高，起重船無法順利進入平臺施工現場，因此工程實踐中采用筑島平臺方式取代鋼平臺。詳情如圖1 所示。

圖1 筑島平臺示意圖

4 成孔施工流程

傳統成孔工藝混凝土澆筑后，需將灌注嵌巖樁外鋼護筒拔除，而本碼頭項目的嵌巖灌注樁樁底至樁頂護有鋼護筒，且鋼護筒深入中風化巖層0.5m，實際施工中完成灌注嵌巖樁成孔工藝后，未將鋼護筒拔除。本項目采用的嵌巖灌注樁成孔施工流程，有別于傳統灌注樁成孔施工流程，詳情如圖2 所示。

圖2 成孔施工流程圖

5 成孔試樁比選

5.1 試樁理由

本工程的灌注樁成孔工藝復雜，施工難度大，需穿過四個不同類型的地基土層，不同地基層土質、厚度有明顯差別，卵石粒徑不一，施工過程中易坍孔埋鉆，成孔試樁以尋找符合地質條件的成孔工藝來高施工效率勢在必行。

5.2 成孔試樁

本項目成孔試樁選定旋挖鉆機械、沖擊鉆機械、回旋鉆機械三種機械類型，采用旋挖鉆成孔和回旋鉆＋沖擊鉆成孔兩種成孔方式進行操作。

5.2.1 回旋鉆＋沖擊鉆成孔

灌注嵌巖樁外鋼護筒為分節焊接工藝，成孔試樁采用鉆沖結合的成孔工藝。回旋鉆＋沖擊鉆成孔會存在以下問題：a.施工時間長，一般一根灌注嵌巖樁成孔試樁需3 天時間；b. 回旋鉆＋沖擊鉆成孔作業方式為滾軸移動，動作緩慢且流暢度不高；c.噪聲污染，沖孔過程中泥漿護壁產生巨大的沖擊力，噪音污染明顯。

5.2.2 旋挖鉆成孔

地面至5m 嵌巖完成，均以旋挖鉆成孔，灌注嵌巖樁外護有鋼護筒，鉆桿需比常規短5m 以適應鋼護筒并為鉆頭抬出棄土提供便利。旋挖鉆機便于攜帶，設備小巧且為履帶式，無泥漿掛壁、噪音污染小。

5.3 方案比選

成孔試后進行成孔機械和成孔方案的選擇，從作業效率、費用指出、環保效力等多角度比對，選擇實用性強、經濟性突出的方案，詳情如表2 所示。對表2 分析可知，旋挖鉆的綜合單價成本高于回旋鉆＋沖擊鉆，但其性能更突出，顯著縮短工期且無噪音污染，施工中不易出現坍孔，實用性更強。

表2 成孔方案比選

6 旋挖鉆機成孔技術優化要點

旋挖鉆機適用范圍廣，可在復雜地基條件下應用，成孔時間短且無噪音污染，不易出現坍孔，綜合性能優越。但是在強風化巖層和中風化巖層中成孔操作，遇到卵石層時，鋼護筒的跟進不及時則會降低成孔效率，并對旋挖鉆產生損壞。為克服不良因素影響，利用旋挖鉆機成孔操作時應采取有效措施加以改善。

6.1 采用擴孔鉆頭擴孔

旋挖鉆機在中高風化巖層中成孔，尤其在卵石層中操作時，鋼護筒跟進不及時易出現頸縮、坍孔現象。旋挖鉆機施作階段，進入卵石層成孔操作前，以擴孔鉆頭替換旋挖鉆頭，解決旋挖鉆機成孔操作時鋼護筒跟進不及時的問題，擴孔鉆頭替換后，鉆孔直徑增加，為鋼護筒及時沉降跟進提供空間。

6.2 采用小直徑鉆頭預破巖

中風化巖層的土質復雜程度高，土層強度大，旋挖鉆機成孔施工至該區域時，摩擦阻力增加，成孔效率降低。旋挖鉆機成孔施工進入中風化巖層前，以直徑0.8m 的嵌巖筒鉆替換旋挖鉆頭克服中風化巖層摩擦阻力大、成功施工效率低的問題。更換鉆頭后，孔內巖芯松動，巖層自由度增加，嵌巖筒鉆的應力水平降低，鉆孔工作效率增加。為進一步提高工作效率，還可以用直徑0.99m 的嵌巖筒鉆替換直徑0.8m 的嵌巖筒鉆。最后以普通撈砂斗鉆頭入巖，巖芯被破壞后抽離取渣。

6.3 鉆具外壁加焊保護鋼條

隨鉆深增加，鉆具磨損嚴重，可更換小直徑鉆頭降低摩擦力，或在鉆具外護有保護鋼條，通過減少鉆具與地基土層的直接接觸面積的方式來減少鉆具磨損。

6.4 成樁質量檢測

6.4.1 成樁檢測內容

旋挖法成樁的質量控制有很大的難度，項目施工為地下操作，存在的主要問題如下：灌注嵌巖樁樁底沉渣過厚或有虛土，導致灌注嵌巖樁長度、直徑與預期不吻合，承載力差；施工中出現斷樁、坍孔或縮頸，灌注嵌巖樁結構完整性不足；混凝土澆筑比例不科學、強度不足，灌注嵌巖樁產生離析。因此需重點加強灌注嵌巖樁的變形、樁基強度、承載能力等指標的質量檢測，以確保現場樁基質量。

6.4.2 成樁檢測方法及檢測結果

現場主要采用的檢測方式有：靜載荷試驗、小應變試驗。靜載荷試驗對現場試樁進行了重物堆載和拉拔試:（見圖3、圖4）；小應變試驗采用抽樣檢測的方式（見圖5）；成孔質量檢測表及部分結果如表3 所示：

圖3 拉拔實驗原理圖

圖4 堆載實驗原理圖

圖5 小應變試驗原理圖

由檢測表3 可以看出：在所檢測的樁孔中，樁深在26～36.7m 之間，均超過了設計樁長；實測孔徑成果表明，均超過了設計孔徑值，滿足規范要求。在所檢測的樁孔中，垂直度偏差均小于1.0%，滿足規范要求；各樁孔的沉渣厚度介于4.1～5.2cm，滿足規范要求。低應變動力檢測樁154 根，其中樁長36m 的134 根，占總樁數的87%；樁長26m 的20 根，占總樁數的13%，以判定樁身質量的完整性。由表4 可知:a. 樁身波速c 介于3363～3961m/s 之間，平均約為3662m/s；b.所檢測154 根樁均為工類樁（完整樁）。

表3 成孔質量檢測結果匯總表（樁長:26m～36m）

表4 低應變檢測結果匯總表

7 結論

本文以某碼頭工程為研究對象，分析了嵌巖灌注樁的成孔工藝，闡述了旋挖鉆機械、沖擊鉆機械、回旋鉆機械三種機械的性能，對旋挖鉆成孔和回旋鉆+沖擊鉆成孔兩種成孔方式進行了比較，明確了最佳的施工方案。旋挖鉆成孔經卵石層前以擴孔鉆頭替換旋挖鉆頭避免鋼護筒跟進不及時誘發坍孔；進入風化層前，以嵌巖鉆頭替換旋挖鉆頭，松動巖面后更換為普通撈砂斗鉆頭，使巖芯破碎后抽離取渣。最終該項目選用旋挖鉆機成孔工藝，并結合擴孔鉆頭擴孔、小直徑鉆頭預破巖、鉆具外壁加焊保護鋼條等優化措施，使該碼頭項目嵌巖灌注樁成孔效率得到了較大提升，期望能為同類型項目提供參考。