高樁碼頭嵌巖樁施工技術與裂縫質量控制研究

摘要：無覆蓋層裸巖地質條件下的嵌巖樁施工受到深水沖刷和波浪影響，使得高樁施工面臨著諸多挑戰。以山東省某專用煤炭進口碼頭高樁基礎為研究對象，基于創新性提出的多功能高承臺樁基施工移動平臺，對高樁碼頭嵌巖樁的施工技術進行了研究，并對高承臺嵌巖樁施工過程中產生的裂縫問題提出相應的控制措施。研究結果表明，多功能高承臺樁基施工移動平臺解決了裸巖、礁盤等復雜地質條件下，鋼管樁無法打入及成批嵌巖樁成樁的難題，極大提高了無覆蓋地質條件下嵌巖鉆孔灌注樁的施工效率。所提出的裂縫質量控制措施降低了結構的突變應力，提高了構件的抗拉強度和抗裂能力。

關鍵詞：高樁碼頭；鉆孔嵌巖樁；裂縫控制；碼頭工程；移動平臺

0" "引言

高樁碼頭建設面臨氣候水文多變、地形地貌復雜等難題，給交通基礎設施的建設帶來了巨大挑戰[1-2]。大型港口碼頭的建設是實現區域經濟快速發展的重要舉措之一，為適應不斷大型化的運輸船舶，港口的建設也進一步向遠離岸線的更深水域發展 [3]。

在深水內河、湖泊、海域環境下，受中水流沖刷、波涌浪影響，高承臺樁基施工地質狀況惡劣[4]。針對基巖裸露的嵌巖樁施工，傳統的高承臺碼頭鉆孔樁施工一般采用滿鋪法或人造基床法作業。這些施工方法存在水上工程量大、適用范圍窄、對環境影響大、施工難度大、拆除風險大、成本高等缺點。針對基巖裸露的嵌巖樁施工，本文創造性提出了基于頂推移動平進行水上高承臺鉆孔樁的施工方法。它采用鉆打交替方式，克服了裸巖、礁盤等復雜地質條件下鋼管樁無法打入的難題，實現了施工平臺前端沉樁→履式頂推前移→后端鉆孔灌注的一體化施工流程，開創了惡劣工況及復雜地質條件下的樁基施工新技術，極大提高了無覆蓋地質條件下鉆孔灌注樁的施工效率[5]。

1" "工程概況

山東省某港碼頭為新為專用煤炭進口碼頭，碼頭長265m，34個排架，分為2個泊位，每個泊位17個排架，每個排架4根?1350mm鉆孔灌注樁。樁基施工區域為近海區域，直面渤海，受中長周期波涌浪影響，海浪條件惡劣。樁基施工地質狀況惡劣，存在大面積裸巖和礁盤。如采用傳統工藝施工工藝，施工效率及安全性等問題難以控制。

2" "高樁碼頭嵌巖樁施工平臺概述

針對無覆蓋地質條件下高承臺鉆孔灌注樁施工的技術難題，研制的多功能樁基施工平臺支撐在已施工工程樁樁頂，行走和施工均脫離水面，實現了由水上施工向陸上施工的轉變，不再受到波浪條件限制，可在中長周期條件下全天候施工[6]。針對無覆蓋層裸巖地質條件下的嵌巖樁施工，提出了基于頂推移動平臺進行水上鉆孔樁的施工方法，平臺前部為沉樁作業區，后部為樁基嵌巖鉆孔成樁作業區。

平臺支撐在已沉鋼管樁上，前部設置下沉式導向裝置抱持鋼管樁，采用鉆機在鋼管樁內進行鉆孔（沖孔）成孔，錘擊（振動）鋼管樁下沉的鉆打交替施工工藝，將鋼管樁施打至設計標高。平臺前移至下一排樁位，后部進行已沉至設計標高的鋼管樁嵌巖鉆孔作業，完成后排嵌巖樁施工，進行下一循環施工，解決了裸巖、礁盤等復雜地質條件下鋼管樁無法打入及成批嵌巖樁成樁的難題，極大的提高了無覆蓋地質條件下嵌巖鉆孔灌注樁的施工效率。

該工法相比傳統施工方法，創造性提出了基于頂推移動平臺進行水上鉆孔樁的施工方法，在平臺前端采用鉆打交替施工工藝，克服了裸巖復雜地質條件下鋼管樁無法打入的難題。沉樁完成平臺前移至下一排樁位后，在平臺后端進行已沉至設計標高的鋼管樁嵌巖鉆孔作業，完成后排嵌巖樁施工，然后進行下一循環施工，開創了惡劣工況及復雜地質條件下的高承臺樁基施工新技術，施工平臺示如1所示。

3" "高樁碼頭嵌巖樁施工工藝

3.1" " 施工流程與主要設備

多功能高承臺樁基施工移動平臺，由4排16個安裝在已施工鋼管樁上面的樁頂頂推定位裝置支撐，如圖2所示，由履帶起重機從導向架開口側將鋼管樁喂入導向架，閉合導向架龍口，調整后進行施打。在地質條件惡劣情況下，為避免護筒卷口，施打過程中可進行旋挖跟進，每施打20cm跟進一次。直至護筒穿透強風化礫巖，再施打約50cm進入強風化砂泥巖或中風化砂泥巖層，保證護筒承載能力滿足平臺施工要求[7]。完成一根鋼管樁沉樁后，液壓缸打開導向架龍口，橫移導向架，依次完成整排鋼管樁施工。

鋼管樁沉樁完成后，將樁頂頂推定位裝置至前端已施工鋼管樁，并解除搖臂上反扣板，預緊樁頂連桿，固定履帶起重機。然后啟動步履式頂推裝置，頂推裝置通過循環式頂升、推移或糾偏、回油步驟進行平臺的頂推前移、位置糾正，進行平臺前移。待平臺前移到位后，對平臺后部已露出護筒進行旋挖鉆孔、清孔、鋼筋籠下放和混凝土澆注等一系列工序。樁頂支撐步履式施工平臺鉆打結合的施工能力，可以克服不利地質的影響，實現中長周期涌浪裸巖條件下鉆孔灌注樁施工。高樁碼頭嵌巖樁施工設備如表1所示。

3.2" " 具體施工控制要點

3.2.1" "鋼護筒沉設

鋼護筒的沉沒是樁基施工的前提，它通過導向架進行沉放，為保障高承臺樁基礎的安裝精確，施工前通過全球定位系統GPS對導向架進行定位。隨后利用平板車將鋼護筒運送至棧橋前端的頂推平臺導向架上，采用起重機將鋼護筒起吊并逐步下放至導向架中。采用沖擊錘對鋼護筒進行捶打，將其安裝至預定位置。鋼護筒的安裝順序是由棧橋向離岸方向逐步推進，將鋼護筒的誤差控制為平面誤差小于50mm，垂直度誤差小于1% [8-9]。

在地質條件惡劣情況下，為避免護筒卷口，施打過程中可進行旋挖跟進，每施打20cm跟進一次，直至護筒穿透強風化礫巖，再施打約50cm進入強風化砂泥巖或中風化砂泥巖層，以滿足平臺支撐需求[10]。護筒沉放過程中，測量人員隨時跟蹤樁位偏位和貫入度情況。

具體的施工要點如下：在自沉或壓上錘和替打后，如發現樁基偏位較大，只能將鋼管樁拔起后重新定位調整，禁止在沉樁過程中擠樁糾偏，以免因過大的調整而使樁身變形或損壞。沉樁時，測量人員須隨時檢查鋼管樁的平面位置和垂直度是否滿足要求，出現偏差過大情況時，及時通知現場技術員。護筒需施打至泥質粉砂巖層面，停錘標準應符合設計要求，以護筒底標高控制為主。貫入度控制標準：最后10錘累計進尺小于5cm。

3.2.2" "頂推平臺前移

測量新施工鋼護筒樁頂標高和水平測量數據，在平臺上調整待安裝頂推調位裝置高度。在標高+5.742處，切割沉設到位的鋼護筒，保證樁頭切割精度在±10mm內。一跨的4根樁的樁頂頂推定位裝置安裝完成后，將履帶吊臨時固定，放松支撐座搖臂的鎖定螺桿，保證主縱梁有足夠上升空間。將平臺向前頂推8m，進行下一跨4根護筒的沉設。

3.3.3" "旋挖鉆孔

利用頂推平臺作為鉆孔平臺，將平臺向前頂推8m后鎖定。用履帶起重機輔助拆除尾部一排護筒的樁頂頂推裝置和連桿。履帶起重機完成鋼護筒施工后行走至平臺中間位置橫梁，協助完成鉆孔樁澆注等施工，如圖3所示。

SH36型旋挖鉆在平臺進行旋挖鉆孔作業，采用自卸車配裝料斗轉運鉆渣至業主指定的棄渣場地。旋挖施工前應測量鉆頭直徑，鉆頭直徑為1300mm。鉆孔護壁采用的是海水，鉆孔過程中，孔內海水標高高于外海水標高，采用一臺3～4kW清水泵向鋼護筒補水。

4" "高樁碼頭嵌巖樁裂縫質量控制措施

在高樁碼頭嵌巖樁施工中，對施工質量控制的重點是保證樁基礎的完整性，防止裂縫的產生。裂縫對于高樁碼頭產生的危害不僅僅是造成混凝土構件的破壞，而且會導致鋼筋銹蝕、樁基平臺的水平承載力急劇下降，對碼頭的整體穩定性和運營人員的安全造成威脅。經過大量的工程施工總結，提出以下幾個方面的高樁碼頭嵌巖樁裂縫質量控制措施：

減小梁頂標高，輔助鋪設鋼筋網增加混凝土的抗裂性能。對于高樁碼頭而言，削減梁頂標高是最為直接和最為有效的抗裂措施，但這種措施應在滿足碼頭設計裝卸要求和水位控制要求下進行。輔助設置鋼筋網片可以整體提高混凝土的抗拉強度，減小突變應力，增強鋼筋混凝土的整體穩定性，達到控制裂縫的目的。

在混凝土加入高效減水劑，以利于減少鋼筋混凝土的收縮量，同時在橫梁梁頂預先設置收縮縫，釋放結構的集中拉應力。為保證收縮縫的美觀性和防水性，采用聚氨酯填縫膠進行填充。

采用分單元分塊澆筑的施工方法，調整澆筑順序。先進行板縫澆筑，隨后再進行梁頂部的澆筑、面層下部的澆筑，最后進行面層上部澆筑。在施工過程中要加強混凝土裂縫的監控量測，及時調整作業溫度和作業進度。

5" "結論

本文以山東省某港專用煤炭進口碼頭高樁基礎為研究對象，基于創新性提出的多功能高承臺樁基施工移動平臺，對高樁碼頭嵌巖樁的施工技術進行了研究，并就高承臺嵌巖樁施工過程中易產生裂縫問題提出了相應控制措施，得到以下幾個結論：

多功能高承臺樁基施工移動平臺解決了裸巖、礁盤等復雜地質條件下鋼管樁無法打入及成批嵌巖樁成樁的難題，極大的提高了無覆蓋地質條件下嵌巖鉆孔灌注樁的施工效率。該工法在實際應用中取得了良好效果，鉆孔灌注樁施工效率達到1.4根/天，是滿鋪法施工工藝的2.8倍以上。

針對高樁碼頭嵌巖樁施工過程中出現的技術難題，提出了鋼護筒沉設、頂推平臺前移、旋挖鉆孔3個方面的施工技術控制要點。所提出的3個裂縫質量控制措施降低了結構的突變應力，提高了構件的抗拉強度和抗裂能力。

參考文獻

[1] 張棟，張龍，劉欣昕，等.后方土體淤積下高樁碼頭樁基變形規律分析[J].水資源與水工程學報，2022，33（1）：159-163，170.

[2] 寇本川，蘇航，劉貽華，等.存在軟弱夾層的高樁碼頭接岸結構地基穩定驗算[J].水運工程，2021（7）：199-204，230.

[3] 原媛，謝開云，吳雙飛.基于BIM技術的高樁碼頭施工進度優化[J].水運工程，2022（6）：171-177，183.

[4] 段蛟，張治明，段昶，等.無錨板樁+支撐墩碼頭結構在強涌浪海域塊石覆蓋層條件下的應用[J].水運工程，2015（8）：49-52.

[5] 張棟，張龍，劉欣昕，等.后方土體淤積下高樁碼頭樁基變形規律分析[J].水資源與水工程學報，2022，33（1）：159-163，170.

[6] 邰世文，商劍平，畢磊.高樁碼頭施工網絡計劃仿真與資源均衡優化[J].水道港口，2021，42（2）：237-242.

[7] 黃建玲，施挺.巖溶地區碼頭樁基設計及施工關鍵技術[J].中國港灣建設，2020，40（8）：19-22.

[8] 鄭永來，余坤龍，潘坦博，等.通風措施對于改善高樁碼頭上部結構耐久性的模擬分析[J].同濟大學學報（自然科學版），2020，"48（8）：1093-1101.

[9] 劉祥玉，鄧宏彥.感潮河段施工工藝對高樁碼頭設計方案合理性影響[J].中國港灣建設，2019，39（2）：50-54.

[10] 馮建國，汪洪祥，姜寧林.無掩護海域復雜地質條件下的灌注樁施工[J].水運工程，2019（5）：184-188.