海島水上灌注樁施工技術(shù)探討

林樂亭 于軍 山東海上建港有限公司

某島交通碼頭工程位于地處渤海海峽,黃、渤海交界處。本工程施工地點為一座遠岸孤島，海島地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，對水上灌注樁施工影響較大，如何保證鉆孔平臺穩(wěn)定、合理安排施工工序、防止環(huán)境污染是本文研究的重點內(nèi)容。

1.工程概況及施工難點

1.1 工程概況

某島新建1000GT客貨滾裝泊位1個，碼頭長度63.09m，寬度12.5m，改造后登陸點寬15m。碼頭主體由灌注樁樁基和現(xiàn)澆墩臺構(gòu)成，灌注樁直徑1.2m，樁長8.96～21.06m不等，共計36根；現(xiàn)澆墩臺每段長21.0m，寬12.5m，碼頭前沿高程+3.6m。碼頭通過1：25的斜坡道連接至現(xiàn)有路面，坡道長度10m。碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖如圖1所示。

1.2 本工程特點及難點

本工程地處黃、渤海交界線，為一座遠岸孤島，自然環(huán)境惡劣，灌注樁施工受風(fēng)浪影響大。島上缺少臨時作業(yè)碼頭，沒有淡水資源，沒有臨時用電接口，沒有商混供應(yīng)站，對灌注樁施工影響大。施工地點位于山腳，海底巖面起伏變化大，最大高差約4m，且緊鄰現(xiàn)有防波堤內(nèi)側(cè)，海底存在拋石層和扭王字塊等不利因素。因此，鋼管樁入巖深度小，鉆孔平臺穩(wěn)定性控制難度大；鉆孔工藝、進尺速度或泥漿密度控制不當(dāng)，極易引起漏漿、縮孔、擴孔或塌孔。本工程灌注樁為水上施工，施工地點位于沿海養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)，施工對環(huán)境保護要求較高。由于灌注樁施工工藝的特殊性，需要在鉆孔平臺上設(shè)置泥漿池、沉淀池，且鉆孔平臺空間小，施工機械設(shè)備多，工序復(fù)雜，環(huán)境保護難度大[1]。

2.施工總體安排

為保證各工序銜接緊密、安全有序，結(jié)合本工程特點，先進行水上鉆孔平臺搭設(shè)和鉆孔灌注樁施工，待灌注樁混凝土強度達到設(shè)計要求且鉆孔平臺拆除后，再進行上部現(xiàn)澆墩臺施工，最后進行登陸點改造。

3.工藝流程及操作要點

本工程鉆孔灌注樁為水上施工，施工前需要先搭設(shè)水上鉆孔平臺，再進行鉆孔灌注樁施工。本工程鉆孔灌注樁是采用泥漿護壁，通過沖擊鉆機在地基土中鉆進形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注水下混凝土而做成的樁，具體施工工藝流程和主要操作要點如下。

3.1 主要施工方法

3.1.1 鉆孔平臺搭設(shè)

鉆孔平臺為灌注樁施工的臨時設(shè)施，為保證水上灌注樁施工安全與進度要求，需要對鉆孔平臺搭設(shè)進行設(shè)計，為水上灌注樁施工提供條件。

鉆孔平臺設(shè)計主要考慮經(jīng)濟性和滿足樁基施工要求，平臺設(shè)計尺寸為：長72m，寬12m，頂面標高+4.1m（高出設(shè)計最高水位2m），一側(cè)端頭直接擱置于岸上（下設(shè)枕木），另一端向海側(cè)延伸。

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖

圖2 鉆孔平臺搭設(shè)

圖3 護筒沉設(shè)

圖4 鉆孔

圖5 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

鉆孔平臺下部采用9 排φ630mm×10mm鋼管樁做基礎(chǔ)，每排4根鋼管樁，樁頂墊梁采用雙I40a型工字鋼，縱向分配梁采用6組貝雷梁，縱梁上鋪設(shè)I25a@0.60m分配梁，橋面采用-10mm的鋼板滿鋪。

本工程鋼管樁采用振動錘沉設(shè)。由于近岸端和近防波堤側(cè)存在傾斜巖面和拋石層且表面土層較薄，鋼管樁無法穿透塊石層，打設(shè)深度淺，穩(wěn)定性差；項目部根據(jù)地質(zhì)情況先沉設(shè)遠岸端和遠離防波堤側(cè)的鋼管樁，此部分鋼管樁入土深度大、穩(wěn)定性好；沉設(shè)完成后再沉設(shè)深度小的，最后通過型鋼將已經(jīng)沉設(shè)好的鋼管樁縱、橫焊連成框架結(jié)構(gòu)，與上部結(jié)構(gòu)加固成一體，同時受力，確保平臺的整體穩(wěn)定性。對于入土深度小的鋼管樁，可在其兩側(cè)補加兩根鋼管樁并焊連成整體，增大受力面積，提高穩(wěn)定性。墊梁、貝雷梁、分配梁等上部結(jié)構(gòu)在岸上加工成型后，通過船上履帶吊進行安裝和加固。平臺外側(cè)設(shè)置防撞護欄及警示標志，確保施工中平臺及航行船只安全（如圖2所示）。

3.1.2 護筒沉設(shè)

護筒沉設(shè)對水中鉆孔灌注樁的施工至關(guān)重要。針對樁位處最大水深達7m，水位波動大，且海底存在拋石層等特點，本工程部分灌注樁采用內(nèi)、外雙層護筒施工。內(nèi)、外護筒均為鋼護筒，外護筒直徑φ1500mm，主要用于內(nèi)護筒防護，防止泥漿外漏，底端穿過淤泥層進入粘土層不少于1m，頂端高出施工其最高水位1.5m～2m。內(nèi)護筒直徑φ1220mm，主要用于樁孔定位，保持孔內(nèi)泥漿水位，保證不塌孔，其底端穿過粘土層進入塊石層不少于1m，頂端高于鉆孔平臺頂面0.2m～0.3m（如圖3所示）。

護筒采用振動錘沉設(shè)，先沉設(shè)外護筒，再沉設(shè)內(nèi)護筒。外護筒沉設(shè)到位后與鉆孔平臺連接，保持穩(wěn)定。內(nèi)護筒先采用振動錘振動下沉，使其穿過粘土層至塊石頂層后，再采用沖擊鉆頭錘擊跟進法沉設(shè)，沉入塊石層不少于1m。內(nèi)護筒沉設(shè)時采用導(dǎo)向架精確打入，內(nèi)護筒沉設(shè)到位后，采取臨時固定措施，防止成孔過程中發(fā)生位移[2]。

內(nèi)外護筒之間填筑粘性土，經(jīng)固結(jié)穩(wěn)定后方可開始鉆孔。沖擊鉆頭錘擊跟進法沉設(shè)實際也是鉆孔的過程，沖擊鉆頭錘擊時，內(nèi)護筒應(yīng)隨進尺隨跟進，并適當(dāng)增大泥漿密度，以便在孔壁上形成泥皮，有效防止漏漿和塌孔。

內(nèi)護筒沉設(shè)到位后必須在護筒內(nèi)抽下去1.5m高的水位差檢查是否漏水，合格后才能進行下步施工。

3.1.3 鉆孔

本工程鉆孔采用沖擊鉆正循環(huán)法施工。鉆孔開始時要保持鉆機穩(wěn)定，采用小沖程、慢速，使初開孔堅實、豎直、能起導(dǎo)向作用，避免碰撞護筒。鉆孔作業(yè)須分班連續(xù)進行，經(jīng)常對鉆孔泥漿進行檢測和試驗。根據(jù)本工程的地質(zhì)情況、鉆機性能、泥漿材料等條件，經(jīng)試驗確定鉆孔泥漿指標為：相對密度1.20～1.40，粘度22～30s，含砂率≤4%，膠體率≥95%。在鉆孔過程中，維持孔內(nèi)水位高出海面不小于1.5m（如圖4所示）。

鉆孔采用泥漿護壁。泥漿循環(huán)系統(tǒng)采用兩個H=2m，Φ1.5m圓形鋼護筒作為泥漿儲漿桶和沉淀桶，吊掛于施工平臺上，孔內(nèi)泥漿通過泥漿管與沉淀桶、儲漿桶相連，形成泥漿循環(huán)系統(tǒng)，以便鉆渣清除、泥漿補充，同時防止泥漿外漏污染環(huán)境。施工過程中，泥漿攜帶鉆渣由護筒預(yù)留孔中流出，經(jīng)泥漿管流到沉淀桶中，鉆渣沉淀析出，析出鉆渣的泥漿流到儲漿桶中以便循環(huán)利用，沉淀桶中鉆渣通過污水泵輸送至岸邊沉淀池內(nèi)，沉淀池內(nèi)鉆渣統(tǒng)一運到業(yè)主指定位置，以達到環(huán)境保護的要求（如圖5所示）。

3.1.4 清孔

本工程灌注樁分兩次清孔，第一次清孔是在鉆孔達到設(shè)計標高后進行，第二次清孔是在鋼筋籠和導(dǎo)管安放后，混凝土澆筑前進行。

本工程清孔采用正循環(huán)換漿法進行。清孔時將鉆頭提離孔底100～200 mm，以中速壓入比重1.2～1.4的純泥漿，把孔底沉渣和濃度較大的泥漿換出。在清孔排渣時，必須注意保持孔內(nèi)水頭，防止塌孔，不得用加深鉆孔深度的方式代替清孔。清孔后泥漿指標為：相對密度1.10～1.20，粘度20～22s，含砂率≤4%，沉渣厚度≤300mm。泥漿相對密度采用泥漿比重計檢測；泥漿含砂率采用泥漿含砂量測定儀檢測；泥漿粘度采用泥漿粘度計檢測。

孔底沉渣厚度采用測繩（測錘）檢測，測繩采用標準水文測繩，測錘采用重錘，體積不宜太大。通常做法是將測錘綁到測繩一端，然后慢慢下放，到達孔底后慢慢用手上提下放，幅度不要大，靠經(jīng)驗和手感得到沉渣的大體厚度。

3.1.5 灌注水下混凝土

灌注水下混凝土是樁基工程施工的重要工序，應(yīng)特別注意。本工程灌注樁混凝土由強制式攪拌機拌合，陸上裝載機運輸，吊車吊罐入管。灌注樁采用剪球法灌注首批水下混凝土，首批灌注混凝土的數(shù)量應(yīng)能保證導(dǎo)管首次埋置深度不小于1.0m，經(jīng)計算本工程灌注樁首批灌注混凝土最大方量為2.5方。

首批混凝土灌入孔底后，應(yīng)立即測探孔內(nèi)混凝土面高度，計算出導(dǎo)管內(nèi)埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。灌注開始后，應(yīng)緊湊、連續(xù)地進行，嚴禁中途停工。在灌注過程中，應(yīng)經(jīng)常測探井孔內(nèi)混凝土面的位置，及時地調(diào)整導(dǎo)管埋深，導(dǎo)管的埋置深度宜控制在2～6m。灌注過程中，應(yīng)注意觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)水位升降情況，及時測量孔內(nèi)混凝土高度，正確指揮導(dǎo)管的提升和拆除。為確保樁頂質(zhì)量，在樁頂設(shè)計標高以上應(yīng)超灌0.5～1.0m。

3.2 樁基檢測

本次鉆芯法檢測混凝土灌注樁完整性和強度共3根，全部為I類樁，樁長符合委托單位提供樁長數(shù)值；其中5號樁混凝土芯樣試件抗壓強度檢測值為42.81MPa，7號樁混凝土芯樣試件抗壓強度檢測值為42.4MPa，18號樁混凝土芯樣試件抗壓強度檢測值為42.2MPa，滿足設(shè)計要求。

4.施工總結(jié)

本工程地質(zhì)復(fù)雜，部分鋼管樁沉設(shè)深度較小或存在傾斜現(xiàn)象，無法保證其穩(wěn)定性。施工中可根據(jù)地質(zhì)條件先沉設(shè)深度大、穩(wěn)定性好的鋼管樁，再沉設(shè)深度小的，最后通過型鋼將已經(jīng)沉設(shè)的鋼管樁縱、橫焊連成框架結(jié)構(gòu)，與上部結(jié)構(gòu)加固成一體，同時受力，確保鉆孔平臺的整體穩(wěn)定性[3]。對于入土深度小的鋼管樁，可在其兩側(cè)補加兩根鋼管樁并焊連成整體，增大受力面積，提高穩(wěn)定性。

對于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、容易漏漿且需要穿越塊石層的海上灌注樁，可采用內(nèi)、外雙層護筒施工。護筒采用振動錘沉設(shè)，先沉設(shè)外護筒，再沉設(shè)內(nèi)護筒，確保護筒底端及頂端高程符合規(guī)定要求，內(nèi)、外護筒之間需填筑粘性土。

本工程灌注樁為水上施工，且位于沿海養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)，施工對環(huán)境保護要求較高。根據(jù)鉆孔平臺的現(xiàn)有空間，應(yīng)合理設(shè)置泥漿循環(huán)系統(tǒng)，有效防止泥漿外漏。

泥漿循環(huán)系統(tǒng)采用兩個H=2m，Φ1.5m圓形鋼護筒作為泥漿儲漿桶和沉淀桶，吊掛于施工平臺上，孔內(nèi)泥漿攜帶鉆渣由護筒預(yù)留孔中流出，經(jīng)泥漿管流到沉淀桶中，鉆渣沉淀析出，析出鉆渣的泥漿流到儲漿桶中以便循環(huán)利用，沉淀桶中鉆渣通過污水泵輸送至岸邊沉淀池內(nèi)，沉淀池內(nèi)鉆渣統(tǒng)一運到業(yè)主指定位置，以達到環(huán)境保護的要求。

效果：灌注樁施工期間，未出現(xiàn)泥漿外漏污染環(huán)境等情況。

5.結(jié)語

本文采取理論與實際相結(jié)合的方法總結(jié)了海島水上灌注樁施工的全過程，詳細敘述了施工過程中各個環(huán)節(jié)的操作要點，及施工中所面臨的問題和解決方案，同時總結(jié)了海島水上灌注樁施工過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，具有較強的施工指導(dǎo)意義，為后續(xù)施工奠定了堅實的基礎(chǔ)。