邊 峰， 王志勇， 劉淑偉， 巫緒敏

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011)

0 引 言

工程地處池州市東至縣香隅鎮(zhèn)境內,距上游在建望東長江公路大橋約2.7km,工程規(guī)劃建設4個1個1 000噸級兼顧3 000噸級泊位,其中1個固體化學品進出口泊位、1個液體化學品進出口泊位和2個散雜貨進口泊位。工程區(qū)域位于揚子準地臺下?lián)P子臺坳沿江拱斷褶帶石臺穹褶斷束,石臺穹褶斷束是沿江拱斷褶帶南部的次級單元,南以江南深斷裂與皖南陷褶斷帶相接,場地覆蓋層僅為1m左右,下部均為微風化石灰?guī)r石灰?guī)r,飽和抗壓強度平均值約38.67MPa,且局部分布有溶洞。本工程所在區(qū)域水文、地質情況較復雜,水流風浪較大,水位差大,且?guī)r面起伏大,覆蓋層較淺,裸巖、礁石、溶洞多發(fā)。根據以上情況,碼頭結構形式采用高樁框架結構,樁基采用預制型植入嵌巖鋼管樁。

1 嵌巖樁分類及國內外發(fā)展狀況

1.1 嵌巖樁分類

嵌巖樁是指樁的下部有相當一段長度澆筑于堅硬巖層中的鉆孔灌注樁,下端可嵌入中等風化、微風化或新鮮基巖。目前主要分為灌注型嵌巖樁、灌注型錨桿嵌巖樁、預制型植入嵌巖樁、預制型芯柱嵌巖樁、預制型錨桿嵌巖樁、組合式嵌巖樁等。

1.2 嵌巖樁使用狀況

隨著船舶噸位的逐漸變大,為了滿足大型船舶的靠泊,碼頭利用長引橋連接深水區(qū)碼頭平臺,并選擇較優(yōu)良天然掩護的島嶼岸線,但這類海域的地質條件往往比較復雜,存在覆蓋層相對較薄,基巖裸露的情況。在覆蓋層薄、基巖坡度大的地質條件,為了解決構筑物中基礎抗拉、抗彎及承重荷載作用的問題,預制型錨桿嵌巖樁、預制型植入嵌巖樁、預制芯柱嵌巖樁等各種樁型得到越來越多的開發(fā)運用。

目前在我國,嵌巖樁已經應用在建筑、橋梁、碼頭等各類工程方面,施工工藝及理論計算已趨于成熟,嵌巖樁解決了在覆蓋層較淺、持力層抗壓強度較大地質條件下施工的難題,并可以減少投資。

2 嵌巖樁基設計

碼頭結構采用高樁梁板型，樁基為預制型植入嵌巖樁，每榀排架設置5根φ1 200mm×18mm鋼管樁，共計150根植入嵌巖鋼管樁，鋼管樁嵌巖深度4.5m，樁身內混凝土錨固長度6.5m。

2.1 嵌巖樁單樁軸向抗壓承載力

嵌巖樁單樁軸向抗壓承載力的設計值按下式計算：

Qcd=(U1∑ξfiqfili)/γcs+U2(ξsfrkhr+ξpfrkA)/γcR

式中,Qcd為嵌巖樁單樁軸向抗壓承載力設計值kN;U1、U2分別為覆蓋層樁身周長和嵌巖段樁身周長，m；ξfi為樁周第i層土的側阻力計算系數；qfi為樁周第i層土的單位面積極限側阻力標準值，kPa；li為樁穿過第i層土的長度，m；γcs為覆蓋層單樁軸向受壓承載力抗力分項系數；ξs、ξp分別為嵌巖段側阻力和端阻力計算系數；frk為巖石飽和單軸抗壓強度標準值，kPa；hr為樁身嵌入基巖的長度，m；A為嵌巖段樁端面積，m2；γcR為嵌巖段單樁軸向受壓承載力抗力分項系數。

2.2 嵌巖樁單樁軸向抗拔承載力

嵌巖樁單樁軸向抗拔承載力的設計值按下式計算：

Qtd=(U1∑ξ＇fiξfiqfili+Gcosa)/γts+(U2ξ＇sfrkhr)/γtr

式中：Qtd為嵌巖樁單樁軸向抗拔承載力設計值，kN；ξ＇fi為第i層覆蓋土的側阻力抗拔折減系數；G為樁重力，kN；a為樁軸線與鉛垂線夾角，(°)。

2.3 嵌巖深度

嵌巖樁在水平力作用下的嵌巖深度按下式計算，且應不小于1.5倍嵌巖段樁徑。

本工程水工建筑物安全等級按二級建筑物設計,以16t門機和散貨堆載40kPa作為控制荷載,根據以上公式進行計算,樁基承載力可達7 124kN,碼頭平臺最大水平位移為9mm，如圖1所示。

圖1 碼頭樁力計算結果圖

鉆孔樁穿過溶洞時,若填充料較密實,甚至不影響混凝土澆筑的,無須處理。若填充料較松散,可采用往鉆孔內加拋石,再進行鉆孔的方式。所有鉆孔樁均應采用超前鉆,超前鉆深度應大于樁底設計高程以下2m以上，如圖2所示。

圖2 樁基入巖設計示意圖

由于鉆孔數量有限,巖面存在起伏,可能與地質報告存在出入,以入巖深度不小于4.5m控制(如遇溶洞,巖面以溶洞底部為起始面)。

3 預制型植入嵌巖樁基施工

預制型植入嵌巖樁基施工工序主要包括鉆孔平臺搭設、江底基床處理、樁基成孔、鋼管樁沉放及混凝土灌注。

3.1 鉆孔平臺

碼頭平臺施工需設置鉆孔平臺,鉆孔平臺主要有鋼管樁支撐平臺、鋼護筒支撐平臺、鋼圍堰支撐平臺和浮式平臺四類,考慮本工程河床覆蓋層較薄、巖基強度高,且短期水位落差較小,并考慮施工便利性、經濟社會效益等,本工程采用浮式平臺。浮式平臺主要由甲板駁、平臺上部固定結構及錨索組成，如圖3所示。

圖3 浮式平臺結構示意圖

3.2 基床處理

為保證鋼管樁沉放的穩(wěn)定問題,河底基床需進行處理,主要處理方法有人造基床、套箱基床及爆破法。本工程綜合考慮施工成本、安全性及地質淺覆蓋層的零散性,選擇拋填土石人造基床的處理方案。

3.3 樁基成孔

樁基成孔需設置鋼護筒,鋼護筒利用大型浮吊固定在鉆孔平臺的定位架內,并利用振動錘進行錘擊,將鋼管樁沉入土中大于1m,每榀排架鋼護筒采用雙層定位架固定在一起,保證定位準確及穩(wěn)定。綜合考慮平臺搭設以及樁基成孔工藝,選擇適合于中風化巖成孔的CK1800 型的沖擊鉆機,沖擊鉆機前端配置一只下端設置有合金鋼牙片的沖錘。成孔后應上報監(jiān)理工程師確認,留存渣樣,同時與地勘報告和超前鉆數據對比,避免遇到夾層而錯判入巖。終孔標高以入巖深度不小于4.5m控制(如遇溶洞,巖面以溶洞底部為起始面)。

3.4 鋼管樁沉放

將加工好的鋼管樁吊入孔內,利用全站儀或GPS對鋼管樁進行定位,并比對樁身長度和孔深,保證鋼管樁落到孔底位置,上部利用鋼護筒定位架進行固定。

3.5 混凝土灌注

混凝土灌注主要控制有效芯柱長度及混凝土外翻質量,混凝土灌注過程中,應經常探測外護筒內混凝土上升高度,保證混凝土有效芯柱長度滿足要求,并對混凝土和易性以及坍落度進行控制,保證混凝土外翻質量。

4 結束語

本文通過工程實例對預制型植入嵌巖樁設計理論與施工方法進行探討和研究,在覆蓋層較淺,裸巖、礁石、溶洞多發(fā)地層中,建議設計及施工應采用逐樁超前鉆探,以設計依據的合理性,并對施工方案進行了論述,介紹了浮平臺、人造基床及沉樁工藝,對淺覆蓋層地質條件有較強的針對性,為類似工程施工提供參考。