◎ 汪國(guó)喜 歐陽(yáng)天庭 江西省路港工程有限公司

在高樁碼頭建設(shè)過程中，樁端必須嵌入中微風(fēng)化基巖一定深度后才能滿足樁基抗拉拔、抗滑等受力要求。傳統(tǒng)鉆孔灌注樁嵌巖斜樁普遍存在設(shè)備笨重、鉆頭損耗大、成孔速度慢、事故頻發(fā)等弊端，施工工效及經(jīng)濟(jì)性等均較差。為此，在嵌巖灌注斜樁施工過程中，必須探尋一種性能可靠、成本經(jīng)濟(jì)、施工便捷的成樁方案。本文結(jié)合某碼頭工程實(shí)際，提出嵌巖灌注樁基施工時(shí)沖孔樁基綜合成孔技術(shù)，在有效解決嵌巖灌注斜樁成樁難題的同時(shí)，為類似工程施工提供借鑒參考。

1.工程概況

某港區(qū)碼頭工程采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，碼頭平臺(tái)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為300m，寬30m，按照9.0m間距共布設(shè)34個(gè)排架；34根φ1200mm斜樁布置在第18～34#排架處，各排架處布置2根斜樁；斜樁扭角為185°，斜率為1:7。

根據(jù)地質(zhì)鉆探結(jié)果，港區(qū)嵌巖灌注斜樁成樁區(qū)地層以第四紀(jì)地層和花崗巖地層為主，基巖埋深大。表層為20cm厚的淤泥質(zhì)覆蓋層，表現(xiàn)出典型的河相沉積特征；表層以下為灰褐色中密實(shí)、密實(shí)粉質(zhì)粗砂和砂性黏土層；基巖為硬質(zhì)花崗巖，探明的強(qiáng)風(fēng)化層厚度達(dá)到10～21m，總體呈西北高東南低趨勢(shì)，岸坡陡峭，坡比位于1:1～1:0.5之間。工程區(qū)最高、最低潮位為1.18m和-1.73m，在一個(gè)漲落潮周期內(nèi)，水流循環(huán)往復(fù)，大潮及小潮期間最大流速分別為0.89m/s和0.74m/s。

結(jié)合地質(zhì)資料，覆蓋層除部分黏土層外，大多為粉砂層和砂層，鉆孔及清孔期間塌孔的可能性非常大，對(duì)泥漿性能也有較高要求。樁基嵌巖深度大，基巖強(qiáng)度高，存在較大的鉆進(jìn)難度；鉆進(jìn)過程中斷桿事故易發(fā)，故對(duì)鉆桿、鉆頭及鉆機(jī)性能有較高要求。

2.施工方案

考慮到鉆孔灌注樁入巖深度大、成孔難，采用沖孔樁基展開硬巖段鉆進(jìn)施工，同時(shí)改進(jìn)現(xiàn)有沖擊鉆頭、清孔設(shè)備及灌注導(dǎo)管；將長(zhǎng)筒式?jīng)_擊鉆頭安裝在普通沖孔樁機(jī)上進(jìn)行嵌巖段成孔施工；在旋流器輔助下，通過潛水電泵反循環(huán)清孔工藝清孔；采用變截面凸出灌注導(dǎo)管灌注水下混凝土。綜上，該港區(qū)工程水下嵌巖灌注斜樁成樁技術(shù)主要包括四個(gè)方面：

一是加長(zhǎng)型筒式?jīng)_擊鉆頭成孔技術(shù)。該鉆頭主要由頂部錨拉頭、中間鉆筒、底部鉆頭等部分焊接而成，通過調(diào)節(jié)鉆筒長(zhǎng)度提升斜嵌巖樁硬巖成孔質(zhì)量，能較好保證沖擊鉆頭成孔方向與鋼管樁一致，為鋼筋籠安放及水下混凝土灌注提供保證，省去長(zhǎng)鉆頭及雜亂設(shè)備配備產(chǎn)生的費(fèi)用。將鋼塊凸出結(jié)構(gòu)斜向、間隔焊接在錨拉頭周圍，鉆進(jìn)施工期間該錨拉頭始終位于鋼管內(nèi)部，能有效防止卡錘現(xiàn)象[1]。

該鉆頭質(zhì)量大，通過底部加焊的合金塊沖擊成孔，為確保成孔孔徑與原鋼管樁樁徑一致，必須根據(jù)入巖深度調(diào)節(jié)鉆筒長(zhǎng)度，將鉆筒長(zhǎng)度控制在入巖深度的1.5倍以上。

二是潛水電泵反循環(huán)清孔技術(shù)。反循環(huán)過程專業(yè)性強(qiáng)，操作難度大；借助潛水電泵清孔技術(shù)能直接抽吸孔底沉渣，形成反循環(huán)。將潛水電泵連接灌注導(dǎo)管后放置在孔口液面周圍，對(duì)距離孔底30～50cm段進(jìn)行灌注。潛水電泵與電機(jī)同軸運(yùn)行，水泵葉輪在電機(jī)軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，使?jié){體介質(zhì)產(chǎn)生一定流速，進(jìn)而帶動(dòng)固體流動(dòng)，將孔底沉渣、泥漿等經(jīng)由灌注導(dǎo)管排出孔口。抽排出的泥漿在旋流器中得到分離、處理。

三是泥漿旋流器清孔技術(shù)。泥漿抽出后經(jīng)過旋流器，受到重力和離心力的綜合作用后，粗顆粒順著內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)向下，形成外旋流，經(jīng)由排渣口排出；細(xì)顆粒及漿液在距離器壁較遠(yuǎn)的中心處作回轉(zhuǎn)向上運(yùn)動(dòng)，形成內(nèi)旋流，從溢流管排出后進(jìn)入樁孔底。經(jīng)過旋流器處理后的泥漿含渣量少，性能好；清孔效果優(yōu)異，孔底沉渣厚度完全符合要求。泥漿旋流器結(jié)構(gòu)[2]見圖1。

圖1 泥漿旋流器

四是變截面導(dǎo)管灌注混凝土成樁技術(shù)。在斜樁樁身混凝土灌注時(shí)，直筒式導(dǎo)管會(huì)在重力作用下發(fā)生垂直沉降，直接緊箍在鋼筋籠上，無法正常提拉；灌注的混凝土也達(dá)不到理想的擴(kuò)散效果，后續(xù)工序操作難度大大增加。變截面凸出灌注導(dǎo)管采用突出保護(hù)緩坡設(shè)計(jì)，能較好避免導(dǎo)管下放和提升造成的鋼筋籠偏移[3]，防止卡管情況出現(xiàn)，有效規(guī)避了直筒式導(dǎo)管的弊端。

3.成樁施工要點(diǎn)

3.1 施工平臺(tái)搭建

該港區(qū)工程位于河道內(nèi)，必須搭建水上施工平臺(tái)。在搭建前結(jié)合前期調(diào)查及施工計(jì)劃確定平臺(tái)荷載，按照荷載確定平臺(tái)厚度，確保平臺(tái)承載力及安全性。鉆孔平臺(tái)以鋼管樁為支撐，增焊鋼牛腿，由鋼板和槽鋼組成。施工平臺(tái)搭建完成后主要用于鉆機(jī)、吊車等的放置，還為材料堆放和加工施工提供場(chǎng)地。

待搭建好施工平臺(tái)后，切割鋼管樁樁頭至相應(yīng)高程，將切除的廢樁頭運(yùn)輸至統(tǒng)一堆放處；將切割后形成的樁孔適當(dāng)遮擋，防止雜物落入。

3.2 樁基就位

鉆進(jìn)沖擊力直接由筒鉆底部鉆頭承擔(dān)，為增強(qiáng)沖擊效果，應(yīng)增大鉆頭質(zhì)量并在其底部增焊合金塊。通過焊接使中間鉆筒和底部鉆頭、頂部錨拉頭連接；鉆筒長(zhǎng)度根據(jù)成孔深度適當(dāng)調(diào)節(jié)。為確保沖擊成孔期間鉆頭成孔方向的一致性，應(yīng)將鉆筒長(zhǎng)度控制在成孔深度的1.5倍以上；鉆進(jìn)期間位于鋼管樁內(nèi)的鉆進(jìn)深度至少為成孔深度的0.5倍[4]，防止樁孔偏斜。

頂部錨拉頭兩端應(yīng)分別連接鉆筒焊管與鉆機(jī)機(jī)架，此段鉆筒上應(yīng)按設(shè)計(jì)間隔焊接斜向凸出鋼塊；鉆機(jī)機(jī)架對(duì)鉆頭沖擊過程的控制通過卷?yè)P(yáng)機(jī)拉伸鋼絲繩實(shí)現(xiàn)。

待樁基設(shè)備全部安裝好后，報(bào)監(jiān)理工程師驗(yàn)收；同時(shí)全面檢查機(jī)械設(shè)備性能及運(yùn)行情況，并安排試運(yùn)轉(zhuǎn)，避免樁基運(yùn)行期間出現(xiàn)傾覆。待樁基就位后通過十字交叉法對(duì)準(zhǔn)孔位。通過吊車將鉆頭部分下放至樁孔內(nèi)，牢固連接鉆頭與鋼絲繩。因斜樁沖擊鉆頭結(jié)構(gòu)較為特殊，為防止樁機(jī)傾覆，應(yīng)使鋼絲繩和樁機(jī)水平線形成銳角，展開反打施工。

3.3 布置泥漿循環(huán)系統(tǒng)

嵌巖段施工長(zhǎng)度較短，還受平面位置所限，為保證施工質(zhì)量，單臺(tái)鉆機(jī)配備1個(gè)1.5m3的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿制備時(shí)采用普通硅酸鹽水泥，泥漿密度應(yīng)略高于一般泥漿，以增強(qiáng)其懸浮攜渣能力。泥漿循環(huán)期間鉆渣通過雙層濾網(wǎng)過濾，得到的泥漿繼續(xù)循環(huán)使用，濾渣則集中處理。泥漿性能控制要求見表1。

表1 泥漿性能控制要求

3.4 沖擊成孔

沖孔初期低錘密擊，開孔距離未達(dá)到2.0m時(shí)，沖程高度不得超出1.0m。鉆進(jìn)過程中應(yīng)密切關(guān)注渣樣變化，以實(shí)時(shí)判別地層情況。不同地層的鉆進(jìn)參數(shù)見表2。

表2 不同地層鉆進(jìn)參數(shù)

圓筒形沖擊錘上的圓筒和外護(hù)筒構(gòu)成沖擊鉆機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)。圓筒導(dǎo)向沖擊錘的長(zhǎng)度主要根據(jù)樁基機(jī)架高度、起重能力等綜合確定，以避免卡鉆，并保證導(dǎo)向的正確性；護(hù)筒內(nèi)所預(yù)留的導(dǎo)向沖錘長(zhǎng)度應(yīng)控制在1.5m以上。筒型沖擊鉆成孔斜樁示意圖見圖2。

圖2 筒型沖擊鉆成孔斜樁示意圖

沖擊成孔期間應(yīng)嚴(yán)格控制鋼絲繩放松量，避免因放松過多而縮短沖程以及放松過少而引發(fā)打空錘，向樁機(jī)施加瞬間拉拽，造成機(jī)具損壞。為此，在鋼絲繩上做出標(biāo)記以便進(jìn)行沖程高度目測(cè)，根據(jù)地層條件及沖深判斷松繩長(zhǎng)度，確保沖錘切入深度符合要求。泥漿循環(huán)應(yīng)與沖孔同步進(jìn)行，在沖錘穿越鋼管樁的過程中適時(shí)添加膨潤(rùn)土以增大泥漿濃度，取得較好的護(hù)壁效果。

終孔采用持力層土質(zhì)和孔底標(biāo)高雙控方式，孔底標(biāo)高通過測(cè)繩下設(shè)置加重塊的方式測(cè)量；持力層土質(zhì)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)勘查確定[5]。

待終孔后通過正循環(huán)工藝首次清孔，使用調(diào)制好的泥漿替換鉆孔內(nèi)粘稠泥漿和鉆屑，以便將鉆孔底部沉渣完全清除。

3.5 鋼筋籠制安

在岸側(cè)陸域展開鋼筋籠制作，通過浮吊吊運(yùn)至施工平臺(tái)，借助汽車吊拼接安裝?？紤]到工程區(qū)巖層軟硬不一，鉆頭受到重力作用后鋼護(hù)筒底口以下的孔必然表現(xiàn)出一定傾斜，增大鋼筋籠安裝難度。為此，在安裝前必須處理鋼筋籠底部，將底部1.0m長(zhǎng)度段93cm周長(zhǎng)縮減至87cm，并在最底部外包15cm長(zhǎng)的鐵皮，包住鋼筋頭，提升導(dǎo)向效果。

鋼筋籠分段吊裝。待將首段鋼筋籠入口后，通過2根鋼管將鋼筋籠卡設(shè)于護(hù)筒口，再起吊第二段鋼筋籠并與之焊接、冷卻并入孔；以此類推，完成鋼筋籠全段吊裝。此后預(yù)留樁底保護(hù)層厚度并穩(wěn)固鋼筋籠，孔口通過限位裝置固定，避免混凝土澆筑時(shí)鋼筋籠上浮。鋼筋籠安裝屬于隱蔽工程，安裝后應(yīng)會(huì)同監(jiān)理、業(yè)主各方展開驗(yàn)收，合格后進(jìn)行水下混凝土灌注。

3.6 灌注導(dǎo)管安放

導(dǎo)管進(jìn)場(chǎng)后展開試壓試拼，以判斷導(dǎo)管質(zhì)量。該港口碼頭工程采用特制灌注保護(hù)導(dǎo)管裝置，在導(dǎo)管安裝過程中，于普通單節(jié)直筒灌注導(dǎo)管中增設(shè)凸出保護(hù)層，防止導(dǎo)管卡管。在安放過程中，將一節(jié)凸出保護(hù)導(dǎo)管增設(shè)在底部，下入直筒導(dǎo)管后再按6.0m間隔左右下入一節(jié)凸出保護(hù)導(dǎo)管，保證導(dǎo)管下放到位。

3.7 清孔

采用潛水電泵和泥漿旋流器展開反循環(huán)清孔。為保證潛水電泵的密封性，通常將潛水電泵下沉至泥漿液面以下，避免漏氣；同時(shí)將潛水電泵底口插入灌注導(dǎo)管，通過密封墊片密封導(dǎo)管接口。通過膠管連接潛水電泵和泥漿旋流器進(jìn)漿口，并連接溢流口和導(dǎo)管接口膠管，以構(gòu)建起旋流器泥漿循環(huán)系統(tǒng)。啟動(dòng)電機(jī)清孔，結(jié)束后檢查孔底沉渣厚度，符合要求后展開水下混凝土灌注。

3.8 水下混凝土灌注

通過運(yùn)輸船將C40商品砼運(yùn)至船吊處，借助船吊調(diào)至施工平臺(tái)，為保證施工質(zhì)量及效果，必須同時(shí)滿足泵送和水下灌注的雙重要求，即強(qiáng)度、流動(dòng)性、和易性、保水性均應(yīng)符合要求?；炷潦┕づ渲脧?qiáng)度按下式確定：

式中：fcu,σ為混凝土施工配置強(qiáng)度（MPa）；α為陸水強(qiáng)度比，取1.04；fcu,k為混凝土立方體標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度（MPa）；σ為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（MPa），取5.0MPa。

經(jīng)計(jì)算，混凝土施工配置強(qiáng)度取49.7MPa，塌落度位于180～220mm之間，水泥和粉煤灰膠凝材料用量為494kg/cm3，水膠比0.4，碎石粒徑5～30mm，砂率40.9%；按照設(shè)計(jì)比摻加膨脹劑。施工過程中，應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行配合比及配置強(qiáng)度調(diào)整和修正。

通過船吊將制備好的混凝土調(diào)至孔口灌注。灌注前應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)要求確定初灌量，將初灌后混凝土埋管長(zhǎng)度控制在0.8～1.0m。清孔完成后，在導(dǎo)管內(nèi)放置橡膠皮球隔水塞，并安裝初灌料斗，設(shè)置好密封擋板，以保證混凝土順利將導(dǎo)管內(nèi)河水排除，隔絕混凝土與管內(nèi)河水的接觸；同時(shí)用繩吊住封口，待料斗內(nèi)儲(chǔ)備好充足數(shù)量的混凝土材料后，將吊繩剪斷，并將鋼板提起，放開隔水栓后使混凝土向孔底下落，使導(dǎo)管內(nèi)河水全部壓出。

安排專人進(jìn)行混凝土灌注期間導(dǎo)管埋深、內(nèi)外混凝土面高差測(cè)量，并填寫施工記錄，便于實(shí)時(shí)掌握每根嵌巖斜樁混凝土灌注量，確?；炷脸溆禂?shù)符合要求。因樁頂浮漿的存在，樁頂混凝土應(yīng)超灌50～60cm高度。

4.結(jié)論

工程應(yīng)用結(jié)果表明，嵌巖灌注斜樁對(duì)于覆蓋層薄弱、基巖面較淺的工程地質(zhì)較為適用，抗拉拔、抗傾覆性能優(yōu)異。但施工過程繁瑣、機(jī)械設(shè)備配置量多、施工過程具有很強(qiáng)的隱蔽性和可預(yù)見性，對(duì)機(jī)械性能狀態(tài)要求高，同時(shí)要求對(duì)沖孔、清孔、混凝土拌和、輸送及下料、導(dǎo)管提插及拆裝等過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，技術(shù)難度較大。結(jié)合該港口碼頭工程實(shí)際采用的加長(zhǎng)型筒式?jīng)_擊鉆成孔、泥漿循環(huán)氣清孔、變截面導(dǎo)管灌注水下混凝土的成樁工藝，對(duì)于嵌巖灌注斜樁較為適用，較好地解決了常規(guī)施工方式下地質(zhì)條件復(fù)雜水域嵌巖灌注斜樁成樁難題，施工過程得以簡(jiǎn)化，工效顯著提升，施工費(fèi)用得到節(jié)省。