賀家樹

（中交第二航務(wù)工程局有限公司深圳分公司，廣東深圳518067）

鉆孔植入樁施工技術(shù)在高樁碼頭中的應(yīng)用

賀家樹

（中交第二航務(wù)工程局有限公司深圳分公司，廣東深圳518067）

鉆孔植入樁是一種淺覆蓋層狀態(tài)下高樁碼頭樁基施工技術(shù)。在淺覆蓋層狀態(tài)下，采用傳統(tǒng)的打樁船水上沉樁工藝，樁尖受到基巖的阻力，很難達(dá)到設(shè)計要求底標(biāo)高。而采用鉆孔植入樁的施工工藝，則能有效解決上述難題。文章分析了鉆孔植入樁的原理，從施工平臺搭設(shè)、鉆進成孔、鋼管樁植入、混凝土澆筑等幾個方面，論述了在覆蓋層較淺的情況下高樁碼頭鉆孔植入樁基礎(chǔ)的施工，并對提高鉆孔植入樁的施工質(zhì)量提出了相應(yīng)的辦法。通過鉆孔植入樁施工技術(shù)在在建項目中的應(yīng)用，說明其在淺覆蓋層狀態(tài)下，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的打樁船沉樁工藝是可行的，可為類似工程的施工提供參考。

鉆孔植入樁；施工技術(shù)；高樁碼頭；應(yīng)用

1 背景案例

安徽銅陵某化工園專用碼頭位于長江銅陵段成德洲右叉右岸，在銅陵長江大橋下游約14 km處，共3個泊位。設(shè)計規(guī)模為3 000噸級，碼頭泊位總長為503 m，為高樁梁板結(jié)構(gòu)[1]。

由于長江在該段覆蓋層較淺（微風(fēng)化巖面上的覆蓋層厚度多數(shù)區(qū)域不超過3.0 m），若按照常規(guī)方法采用打樁船水上沉樁工藝[2]，則鋼管樁很難達(dá)到設(shè)計要求的樁底標(biāo)高，樁基穩(wěn)定性將會受到影響。根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過多種方案的比選以及業(yè)主、設(shè)計單位的認(rèn)可，最終選擇了鉆孔植入鋼管樁的施工工藝。

2 鉆孔植入樁原理

本工程鉆孔植入鋼管樁的施工原理為：施工前先在樁位處鉆孔至設(shè)計樁底標(biāo)高，再將樁底開孔的鋼管樁植入，之后用導(dǎo)管法灌注水下混凝土，根據(jù)連通器的原理，鋼管樁外側(cè)與巖體之間的空間會被同步上升的混凝土充滿。待混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，鋼管樁便會與樁基外側(cè)的巖體形成一個有效整體，從而使得鋼管樁樁基穩(wěn)固，受力滿足設(shè)計的要求，見圖1。

圖1 鉆孔植入樁示意圖Fig.1Schematic of drilling implantation pile

3 工藝實施步驟

3.1 水上浮平臺拼裝、定位

由于碼頭所在區(qū)域覆蓋層較淺，因此無法在施工水域搭設(shè)固定平臺施工樁基，經(jīng)研究采用了浮平臺進行施工。

單個浮平臺由2艘400 t方駁組合而成，方駁間用貝雷片連成整體，貝雷架上鋪設(shè)I25a工字鋼與[14連接槽鋼制作的鋼平臺，鋼平臺上鋪設(shè)50 mm厚木板形成鉆機工作的浮平臺。為保證浮平臺的相對平穩(wěn)，每個平臺上的各鉆機應(yīng)盡量對稱施工。

浮平臺順江定位，沿岸上每隔40 m設(shè)1個地籠，共8個地籠，作為浮平臺內(nèi)八字錨使用。外八錨及上下游臨水錨采用2 000 kg鑄鐵錨水上拋設(shè)[3]，浮平臺的移動利用錨纜的收放實現(xiàn)，見圖2。平臺的定位利用岸上的全站儀進行。

3.2 鋼護筒制作及沉放

圖2 浮平臺平面布置示意圖Fig.2Floating platform layout diagram

鋼護筒壁厚18 mm，內(nèi)徑較鉆孔孔徑大300 mm[4]，下端外壁設(shè)0.50 m長加強箍。鋼護筒長度為18.5 m，入土（卵石層）深度約3.5 m，水位按最高+8.0 m計（5月份），另制數(shù)根2 m長度的鋼護筒備用。根據(jù)現(xiàn)時水位現(xiàn)場接長或截斷鋼護筒，鋼護筒頂標(biāo)高控制在浮平臺頂標(biāo)高附近。

單根鋼護筒最大重量為18 t，采用250 t浮吊起吊就位，DZ150型振動錘沉放。

3.3 鉆機鉆進成孔

通過對施工區(qū)域地質(zhì)條件分析，場地地層有卵石層并含漂石，且樁孔需入微風(fēng)化砂巖，采用回旋鉆機難以施工，因此本工程采用沖擊成孔施工方法。為確保植入樁的植入效果，沖擊成孔的孔徑要較鋼管樁的外徑大400 mm。

3.4 鋼管樁植入及混凝土澆筑

當(dāng)鉆孔至設(shè)計標(biāo)高后，移走鉆機，用250 t起重船將鋼管樁吊入孔內(nèi)。為保證澆筑時混凝土能將鋼管樁外壁與孔壁的間隙填滿，鋼管樁底部需開槽口。鋼管樁植入后，應(yīng)加以固定，防止偏位。完成上述工作后，在鋼管樁內(nèi)接導(dǎo)管澆筑水下混凝土。

3.5 鋼護筒拔除

鋼管樁內(nèi)混凝土澆筑結(jié)束，外翻混凝土達(dá)到設(shè)計要求后（根據(jù)樁基所處位置的不同，設(shè)計對本項目混凝土外翻高度要求為3.5 m、4.0 m及4.5 m），即可拔出鋼護筒。鋼護筒采用250 t起重船吊振動錘振動拔出。

3.6 浮平臺移位

浮平臺內(nèi)所有鋼護筒拔出后，對鋼管樁超出水面阻礙浮平臺移動的部分予以截除。截除時應(yīng)注意鋼管樁截除高度不得處在同一水平面上，相鄰樁基頂部保持1 m左右的高差。截除部分的鋼管樁按編號另行存放，待浮平臺整體移出樁位時再將鋼管樁及混凝土接長至設(shè)計標(biāo)高。

上述工作完成后，調(diào)整錨纜，將浮平臺移至下一個作業(yè)區(qū)，按照同樣的工藝進行鋼管樁植入施工。

3.7 鋼管樁接長

用250 t起重船起吊被截除的原樁頭，人工焊接接長。為確保鋼管樁質(zhì)量，在焊接完成的鋼管樁焊縫外側(cè)再加焊一道高0.15 m、厚12 mm的鋼管樁包箍。

4 確保鋼管樁植入質(zhì)量的方法

鋼管樁的植入質(zhì)量主要體現(xiàn)在鋼管樁植入精度以及外翻混凝土質(zhì)量和高度兩個方面。施工過程中采取了如下措施：

4.1 鋼管樁的植入精度控制

采用250 t起重船將鋼管樁垂直吊入孔內(nèi)，吊入時應(yīng)控制鋼管樁的位置大致在孔中心的位置，防止鋼管植入碰到孔壁，造成孔壁塌落形成沉渣。

為保證鋼管樁外翻混凝土質(zhì)量能較好的滿足設(shè)計要求，植入鋼管樁的外壁與孔壁及之間的間隙應(yīng)均勻，滿足200 mm左右，并且不能小于120 mm，否則會造成混凝土外翻困難，達(dá)不到設(shè)計要求的高度。

為確保鋼管樁植入的精度滿足設(shè)計要求，在鋼管樁植入前在其下部入土部分外壁上焊接由φ25鋼筋制作的導(dǎo)向裝置，以控制鋼管樁與孔壁之間的間隙，導(dǎo)向裝置每隔1.5～2.0 m設(shè)置一道。

4.2 鋼管樁外翻混凝土質(zhì)量和高度的控制

本工程水下混凝土灌注[5]質(zhì)量控制與一般灌注樁水下混凝土灌注控制存在著一定的差異：既要保證一般水下灌注樁混凝土的各項質(zhì)量要求和灌注的連續(xù)性，又要保證在植入鋼管樁外翻混凝土高度和質(zhì)量滿足設(shè)計要求，且能否滿足此項要求是確定該工程植入樁施工成敗的關(guān)鍵。

為保證灌注時混凝土能翻入鋼管樁外壁與孔壁的間隙，根據(jù)連通器原理，在鋼管樁底部需開設(shè)“∩”形槽口，將由導(dǎo)管送入鋼管樁內(nèi)的混凝土外翻至鋼管樁外壁與孔壁的間隙。理論上混凝土外翻高度應(yīng)和鋼管樁內(nèi)混凝土高度一致，但由于混凝土與孔壁的摩擦力等不可見因素影響，且缺少類似工程實施經(jīng)驗，很難通過計算確定鋼管樁的開孔數(shù)量、面積及高度。為保證外翻混凝土達(dá)到設(shè)計要求，施工現(xiàn)場所采取控制的主要措施是：

1）確?；炷恋暮鸵仔?、流動性良好，減小混凝土與孔壁的摩擦力

選用品質(zhì)穩(wěn)定的緩凝型外加劑，保證初凝時間不小于8 h（單根樁混凝土灌注總時間約3 h），本工程外加劑選用ZX-SPIV高效緩凝型減水劑。石子選用5～25 mm粒徑，砂子選用中粗砂。石子應(yīng)嚴(yán)格控制級配，不符合要求的可通過篩分處理，直到滿足施工要求，砂子應(yīng)嚴(yán)格控制其含泥量?；炷撂涠鹊目刂朴葹殛P(guān)鍵，坍落度偏大，將會導(dǎo)致局部離析，強度偏低，本次施工的坍落度嚴(yán)格控制在18～22 cm。

混凝土導(dǎo)管的技術(shù)要求：本次施工采用φ273 mm×8 mm導(dǎo)管，并用快速工具式接頭連接，內(nèi)設(shè)一道O形橡膠密封止水圈。水下混凝土澆筑前嚴(yán)格按要求做水密封性承壓試驗，確保導(dǎo)管的強度、剛度和密封性。在施工中每節(jié)導(dǎo)管間連接要專人控制，確保其密封性良好。

以上措施從施工實際效果看，整個施工期間混凝土塌落度穩(wěn)定、和易性良好，無離析現(xiàn)象，未出現(xiàn)過因混凝土性能而堵管的現(xiàn)象；混凝土下料導(dǎo)管水密性能良好，無透水現(xiàn)象。為保證植入式鋼管樁外翻混凝土的高度和質(zhì)量滿足設(shè)計要求奠定了良好的基礎(chǔ)。

2）鋼管樁底部的開孔數(shù)量、大小和高度

對于鋼管樁底部的開孔數(shù)量、大小和高度，開孔過小無疑將影響混凝土的外翻能力，開孔過大又會影響鋼管樁的自身強度。經(jīng)多次技術(shù)論證，并結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗初步確定開孔高度為0.6 m，開孔斷面大小為鋼管樁斷面周長的45%左右。另外為保證開孔處鋼管樁的剛度，防止起吊過程中造成變形，鋼管樁開孔底端應(yīng)留0.10 m長度。

從首根鋼管植入樁外翻混凝土的情況來看，混凝土沿鋼管樁四周外翻均勻，說明鋼管樁開孔斷面比例及排列較為適合，但混凝土外翻高度略為不足，僅4 m左右。為解決混凝土外翻高度不足的問題，之后將開孔高度增加到1 m，并在施工過程中采取了以下措施：

為增大鋼管樁內(nèi)外的壓力差，盡量延長首次提升混凝土導(dǎo)管的時間，使導(dǎo)管外翻混凝土的下口長時間處于鋼管樁開孔附近。此處混凝土因此獲得了一定的動能支持，為鋼管樁內(nèi)混凝土的順利外翻制造有利的條件。

實踐證明，在混凝土導(dǎo)管首次拔管之前，鋼管樁內(nèi)外混凝土面幾乎同時上升，內(nèi)外混凝土面的高差也很小。隨著混凝土導(dǎo)管的提升，鋼管樁外翻混凝土面的上升速度也很快減小，當(dāng)混凝土導(dǎo)管下口提至離鋼管開孔3 m以上時，鋼管樁外翻混凝土面的上升也幾乎完全停止。但長時間不提升導(dǎo)管將使導(dǎo)管內(nèi)外壓差減小，導(dǎo)管內(nèi)混凝土不能順利下洩，也容易造成埋管現(xiàn)象。施工時應(yīng)注意控制在保證鋼管樁外翻混凝土高度的同時不能使導(dǎo)管在通中埋置過深，必要時可抖動混凝土導(dǎo)管，使導(dǎo)管內(nèi)混凝土能夠順利下泄。

施工中對鋼管樁開孔高度和首次提升導(dǎo)管前導(dǎo)管在混凝土中的埋深對混凝土外翻高度影響程度進行了比較，見表1。

鋼管樁開孔高度首次提升導(dǎo)管前導(dǎo)管埋深4.06.08.0

表1 不同鋼管樁開孔高度及導(dǎo)管埋深對混凝土外翻高度影響Table 1Concrete valgus high under the conditions of different opening height of steel pipe pile and different embedded depth of duct m

通過對以上影響因素的分析對比，可以看出鋼管樁開孔高度不是影響混凝土外翻高度的主要因素。但高度小于一定的數(shù)值對混凝土外翻高度還是有較大的影響。為了盡量減小對鋼管樁自身削弱，并滿足一定的開孔高度，將鋼管樁開孔高度定在0.7 m，效果較好。

3）增大鋼管樁內(nèi)外壓力差

由表1可以看出影響混凝土外翻最終高度的主要因素是首次提升導(dǎo)管前導(dǎo)管在鋼管樁內(nèi)混凝土中的埋深，即鋼管樁內(nèi)外混凝土面的高差。因此，增大鋼管樁內(nèi)外混凝土面的高差（即壓力差），能有效增加混凝土外翻高度。但導(dǎo)管埋深過大不利于混凝土的順利灌注，為此施工中采用了以下辦法來增大鋼管樁內(nèi)外壓力差：在鋼護筒長江水面以上0.4 m高度位置以及鋼管樁長江水面以上0.5 m高度位置側(cè)壁上分別開1個200 mm×200 mm的小孔（灌注結(jié)束后應(yīng)及時補孔），灌注過程中孔內(nèi)泥漿通過小孔流出，減小了鋼管樁內(nèi)外泥漿面高度，增大了鋼管樁內(nèi)導(dǎo)管混凝土面與鋼管樁內(nèi)外混凝土面的壓差，見圖3。

圖3 植入鋼管樁及鋼護筒開孔示意圖Fig.3Opening sketch of the implanted steel pipe pile and steel liners

通過對鋼管樁和鋼護筒開孔與否與首次提拔導(dǎo)管前導(dǎo)管在混凝土中的埋深對鋼管樁混凝土外翻高度影響對比，可以看出開孔的鋼管樁混凝土外翻高度較不開孔的鋼管樁總體要高，鋼管樁混凝土外翻高度見表2。

開孔情況首次提升導(dǎo)管前導(dǎo)管埋深4.06.08.0

表2 不同開孔條件及導(dǎo)管埋深對混凝土外翻高度影響Table 2Concrete valgus high under different opening conditions and embedded depth of duct m

通過上述分析，施工中采用了在鋼管樁與鋼護筒上開設(shè)200 mm×200 mm的小方孔，并使首次提升導(dǎo)管前導(dǎo)管的埋深控制在6.0 m左右的方法作為最終的施工工藝。從實際效果看，能較好地滿足設(shè)計要求。

4.3 外翻混凝土高度不足的處理

為確保鋼管樁外翻混凝土的高度不小于設(shè)計要求的高度，在樁基混凝土灌注過程中，不斷用重錘測量外翻混凝土面上升高度。因摩擦力的原因，外翻混凝土在導(dǎo)管初次拔管后一段時間就會停止上升。根據(jù)對現(xiàn)場樁基施工情況的分析，這時的外翻混凝土高度就是最終的混凝土外翻高度。

施工過程中，共有2根樁外翻混凝土在導(dǎo)管初次拔管后停止上升，達(dá)不到設(shè)計要求。為保證樁基質(zhì)量，施工中采取的補救措施是立即停止混凝土的灌注工作，在混凝土初凝前用250 t浮吊將鋼管樁拔出。然后重新鉆孔、植入鋼管樁、灌注混凝土，直至混凝土外翻高度滿足要求。

5 效果檢測

樁基施工過程中，業(yè)主委托了專業(yè)檢測機構(gòu)對已完工的部分單樁進行了垂直、水平承載力檢測和鋼管植入樁外翻混凝土取芯。檢測結(jié)論為：鋼管樁垂直，水平承載力滿足設(shè)計要求；外翻混凝土完整性良好，強度大于設(shè)計強度[6]，混凝土外翻高度與施工中重錘實測的結(jié)果基本一致。

6 結(jié)語

鉆孔植入鋼管樁的施工工藝在安徽銅陵某化工園專用碼頭的應(yīng)用，有效解決了覆蓋層較淺時高樁碼頭樁基施工的難題，并取得了良好的效果，為同類工程的施工積累了較為成功的經(jīng)驗。

[1]邱駒.港工建筑物[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002. QIU Ju.Port engineering building[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002.

[2]交通部第一航務(wù)工程局.港口工程施工手冊[M].北京：人民交通出版社，1994. The First Harbour Engineering Bureau,The Ministry of Communications.Handbook for harbour engineering construction[M].Beijing: China Communications Press,1994.

[3]周福田，張賢明.水運工程施工[M].北京：人民交通出版社，2004. ZHOU Fu-tian,ZHANG Xian-ming.Water transport engineering construction[M].Beijing:China Communications Press,2004.

[4]JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S]. JTG/T F50—2011,Technical specification for construction of highway bridge and culvert[S].

[5]JGJ 55—2011，普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程[S]. JGJ 55—2011,Specification for mix proportion design of ordinary concrete[S].

[6]JTS 257—2008，水運工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)[S]. JTS 257—2008,Standard for quality inspection of port and waterway engineering construction[S].

Application of drilling implantation pile construction technology in high pile wharf

HE Jia-shu
（Shenzhen Branch of CCCC Second Harbor Engineering Co.,Ltd.,Shenzhen,Guangdong 518067,China）

Drilling implantation pile is a kind of pile foundation construction technology of high pile wharf under the state of shallow cover layer.In the condition of the shallow cover layer,if using the traditional piling ship hammer pile technology on the water,the pile tip is subjected to the resistance by bedrock,it is difficult to meet the design bottom elevation.But using the drilling implantation pile technology,it can effectively solve the above problem.We analyzed the principle of drilling implantation pile from several aspects such as construction platform build-up,drilling hole,steel pipe pile implantation,and concrete pouring,discussed the high pile wharf construction of drilling implantation pile under the shallow cover layer conditions,and put forward the corresponding solutions about how to improve the construction quality of drilling implantation pile.Through the application of drilling implantation pile construction technology inprojects under construction,it is proved that it is feasible to replace the traditional piling ship hammer pile technology in shallow cover layer,which can provide a guideline for similar engineering constructions.

drilling implantation pile；construction technology；high pile wharf；application

U656.113

B

2095-7874（2017）07-0085-05

10.7640/zggwjs201707020

2016-11-12

2017-01-18

賀家樹（1979—），男，安徽馬鞍山人，工程師，從事道路橋梁、水工碼頭的施工技術(shù)管理工作。E-mail：1009115828@qq.com