水上斜桩嵌岩施工技术

《交通工程建设》２０１１年第４期　水上斜桩嵌岩施工技术　朱亚敏　张巍　（中交二航局第三工程有限公司　江苏镇江　邮编２１２００３）　摘要：对直桩进行灌注型嵌岩，施工工艺已较为成熟，成孔一般采用冲击型钻机，而斜向灌注型嵌岩在我省乃至国内　应用较为少见，施工难度大。本文以二重集团公司镇江重装基地项目码头工程为依托，介绍了“嵌岩桩斜桩施工技术”。　关键词：钢管桩斜桩嵌岩　回旋钻机　钻机改装　导向包　１概述　二重集团公司镇江重装基地项目码头（桩基）工程　位于江苏省镇江市丹徒区开发区高资镇北，码头平台基　础部分采用钢管桩斜桩嵌岩桩。设计ＤＴ１、ＤＴ２　０１２００　钢管桩为打入桩。按设计要求停锤标准停锤后与设计标　高有一定差距，后设计更改为嵌岩桩，嵌入中风化岩层　１．５ｍ。由于ＤＴ１、２共计４８根‘ｌｌ１２００嵌岩桩，且全部为　斜桩（最大斜率为５：１），ＤＴ１、２靠近江中。覆盖层较薄，　且岩石硬度较高，改装常规的ＧＰＳ一１５钻机很难做到嵌　岩１．５ｍ，针对这一情况项目部及时引进两台ＺＳＤ一２５０　液压加载钻机，大大提高了工作效率，为重件吊装码头　投入使用赢得了时间。　２工程地质　岩土层可分为６个工程地质层、９个工程地质亚层，　码头前沿主要分布有５个亚层，分述如下：　③一２粉质粘土：灰色，流塑。略有摇震反应，夹薄　层粉砂，局部呈互层状、千层饼状，无光泽，干强度低，　韧性低，土质不均匀，属高压缩性土。　⑥含砾粗砂：灰黄色，灰绿色，饱和，中密一密实，　夹碎石、砾石，砾石最大直径大于４０毫米。系中低压缩　性土，分布不均匀。　⑧一ｌ全风化花岗岩：灰黄色，灰绿色，密实。　⑧一２强风化花岗岩：浅灰色、灰黄色、灰绿色，密　实，该层为花岗岩强烈风化而成，残余斑晶结构尚清晰　可见，矿物成分大多蚀变。上部呈基岩风化砂砾状，下　部呈碎石状，裂隙发育，岩性破碎。碎石直径多为　２ｃｍ一５ｃｍ。　一３中风化花岗岩：浅灰色，局部淡肉红色，坚硬，　经试验，单轴饱和抗压强度达６０．４Ｍｐａ，裂隙发育，岩　体被切割成１０ｃｍ一５０ｃｍ的岩块，锤击声脆，花岗岩斑　状结构部分破坏，矿物成分基本未变化，仅长石表面风　化成高岭土，沿裂隙面角闪石蚀变为绿泥石，水锈清晰，　浅部岩性破碎程度较大，而深部岩性破碎一般。　３斜桩嵌岩施工方法　３．１设备选型　目前国内使用的钻机从钻进方式上可分为回旋转和　冲击钻两种，由于常用的冲击钻无法进行大斜率斜桩嵌　岩，而普通的回旋钻机无法直接施钻５：１斜率的斜孔。　为在工期要求内顺利完成桩基工程，我们根据现场的实　际施工情况，采用改装的回旋钻进行钻孔嵌岩施工，并　取得了良好的成效。　３．１．１钻机改装　为适应钻孔的要求，在施工前对ＺＳＤ一２５０型钻机的　底座进行适当的改造，即将驱动盘的倾角作了调整，在　钻机驱动盘的支座处加进了如图１所示的楔形支座垫　块。同时也在地面上设置了钻杆导向装置，以使主动钻　杆与被动钻杆成一轴线。　＿。。　糠　缉耔一　－　桩　工作平台　图１改造后的钻机　ＺＳＤ一２００（２５０）液压加载钻机设备先进，其施工工艺　在施工领域属于领先工艺，能处理传统工艺所不能处理　的各种复杂地质条件下的疑难问题，对本工程的顺利施　工起了非常关键的作用。　３．１．２钻杆的改装（孔内导向装置）　由于重力的作用，钻孔时钻头有一种始终垂直向下　的倾向，若不采取一定的措施以限制，所成的孔轴线会　成为抛物线。必将影响桩的质量，甚至会出现无法钻进　的局面。为了保证钻头钻至钢管桩尖后不发生超出规范　及设计要求的偏心及倾斜，在钻杆底部分别加了两个如　图２示的防挂导向装置，该导向装置大小各一，大一点　《交通工程建设》２０１１年第４期　的布置在稍高处，使其在终孔时也不入岩，始终位于钢　管内；小一点的布置在下部，位于钻头与配重块之间。　壤形垫块　通过以上改进，确保了直径ｌｍ斜桩的顺利施工。　其工程质量符合设计和规范要求。　手　一　ｊｊ　滚轮　ｌ　钻杆、　｜　｛　枫　钟耔　导抵　０　滚轮　重　冀　钻杆Ｉ　营　钻头　１　，　“　囊　ｉ　Ｉｌ　图２斜桩钻杆的改造　３．２操作平台施工　３．２．１平台搭设　钻孔平台利用已施沉好的钢护桩作为支撑，上加焊　钢牛腿做支撑。施工作业平台主要放置嵌岩施工用的主　机、空压机及钻杆。考虑到施工的安全性，钻机摆放时，　应将钻机的重心尽量摆放在排架中心线上；在钻机工作　时将会产生较大的抖动，要密切关注平台的稳定性。　嵌岩钻机安装在斜桩桩顶，因其重量较大（约１４ｔ），　在嵌岩机钻进过程中，由于扭矩及钻头向下施加的钻力　都普遍较大，嵌岩机振动历害，为防止斜桩偏位及保证　嵌岩机稳定，采用２个１０ｔ手拉葫芦成八字型将嵌岩机　栓在中间排的直桩上，从而保证嵌岩机成孔的稳定性。　嵌岩施工平台应力求易装、易拆，平台主要由『２５ａ　槽钢和５ｃｍ木板组成，平台放置在钢牛腿上。钢牛腿焊　接在钢管桩上。钢牛腿为厚度２０ｍｍ的钢板加工而成，　成三角形，两个直角边的长度均为３０ｃｍ。每根桩在码头　的纵向对称焊接两个钢牛腿。横向用ｆ２５ａ槽钢围囹，围　囹支撑在钢牛腿上，跨度大于４米的区段应采用短槽钢　加强，之间采用直径ｌ６的螺杆对拉。纵向按间隔＜８０ｃｍ　铺设［２５ａ槽钢，为使槽钢整体受荷，横向用［１０槽钢焊联。　纵向槽钢上面铺设５ｃｍ厚木板作为施工面。为安全起见．　在平台周边用Ｏ６０钢管焊接成１．１ｍ高护拦。平台详见　图３。　３．２．２平台验算　钻机自重为１４ｔ，上层槽钢和木板等重为８．５ｔ。　经查表，单根［２５ａ的力学性能参数如下：　Ｉ＝３３６０ｃｍ　．Ｗ：２７０ｃｍ３Ｅ：２．０６×１０１１Ｐａ。　．（１）验算上层槽钢　Ｉ　ｉ　ｆ钢牛腿　钢牛腿　待定　牛腿采用厚２０ｒａｍ钢，钢板长度大于　３００ｍｍ，双面焊接，焊缝焊脚不小于　１０ｍｍ，先焊接二道劲板后上面用钢板连　接成整体。如沉桩偏位过大则另行讨论　图３平台断面示意图　＜交通工程建设》２０１１年第４期　均布荷载　ｑｌ＝１４ｘ７．３５／（１４ｘ７．３５）＝１０（ｋｎ／ｍ）　ｑ２＝ｑｌ／（７．３５／０．８）＝１（ｋｎ／ｍ）　当钻机就位后，计算时最不利荷载为跨中。　Ｍ跨中＝ｑ１２／８＝ｌｘ７２／８＝６．１２５（ｋｎ．Ｉｌ１）　６　ｍａｘ＝－Ｍ跨￣／Ｗ＝２２．７ＭＰａ【６】＝１７０ＭＰａ，满足　要求。　挠度：ｆ＝５ｑ］４／（３８４ＥＩ）＝４．５ｍｍ≤【ｆ］＝７／２５０＝２８ｍｍ，　满足要求。　（２）验算夹桩槽钢　均布荷载　ｑ１＝２２．５／７．３５＝３０．６（ｋｎ／ｍ）　Ｌ　ｑ２＝ｑｌ／（３０．６／４）＝（７．６５ｋｎ／ｍ）　ｉ　’　’’　’　Ｌｌ＝１　８　５　Ｌ２＝４　５　Ａ　ＭＡ　ｑｌ１２／２＝１３．０９（ｋｎ．ｉｎ）　Ｍ跨中＝（１１２２／８＝１９．３６（ｋｎ．Ｉｎ）　ＭＢ＝ｑ１３２／２＝３．８２５（ｋｎ．Ｉｎ）　则Ｍｍａｘ＝Ｍ跨中＝１９．３６（ｋｎ．Ｉｌ１）　６　ｍａｘ＝Ｍ跨￣／ｗ＝１９．３６／２７０＝７１．７ＭＰａ￣【６】＝１７０　ＭＰａ。满足要求　挠度：ｆ＝５ｑｌ４／（３８４ＥＩ）＝５．９≤［ｆｌ＝４．５／２５０＝１８ｍｍ，满　足要求　３．３成孔　钻进时采用清水泵吸反循环钻进，配用（Ｉａ１５０ｍｍ法　兰式钻杆，法兰连接处采用０型密封圈密封，在钻杆中　间每隔５．０　ｍ加上扶正器，每根桩总共加３～４个扶正器，　防止钻孔倾斜面下垂而影响钻进效率，保证钻孔斜度与　钢管桩外孔径斜度一致。在土中钻进时应采用快速低压　钻进，转速控制在２５～４２转份，钻压不大于１５ＫＮ，泵　量在１２０～１４０ｍ３／ｈ。　在砂、卵石夹层中钻进时采用刮刀钻头，钻压应稍　增加，关键要加大泵量，达到１７０ｍ＂／ｈ以上，使颗粒较　大的砂卵石悬浮起来。　在岩层中钻进时，必须换用滚刀牙轮钻头，并加大　钻压。减低钻速，采用适中的泵量。施工中采用的钻速　为ｌ２～２３钻／分，钻压２０ＫＮ，泵量１６０～１８０ｍ３／ｈ。　钻孔时，可根据钻机的抖动情况及循环水的颜色来　判定土层情况，比如：钻进过程中钻机平稳，循环水位　黄褐色的泥浆水，可判定钻头仍在土层中；当钻机出现　轻微的抖动，循环水带有灰绿色，泥浆变稀，则说明钻　头已进入砂卵石层；钻机抖动较大，循环水为灰黄、灰　白色．则钻头肯定已进入风化岩层。　为确保主动钻杆与被动钻杆始终处于一轴线，应不　断调整导向器的位置，具体操作时主要是操纵副卷扬机，　调整导向钢丝绳的松紧度。　３．４中风化岩面判定　嵌岩桩施工的过程中，岩面判定最为重要，直接影　响到桩基质量，本工程岩面由地质工代判定。地质专业　工程师对岩面的专业判定取代了传统由施工单位非专业　判定，确保了嵌岩桩关键数据的精确性，保证了嵌岩桩　质量。　由于该区域地质情况复杂，原地质报告不能充分反　应岩面的起伏变化。经各方（业主、质检站、设计、监　理、施工）联合会议决定进行补充勘探和验证性勘探，　从而有效指导了岩面的判断，确保岩面判断的精确性。　嵌岩桩成孔：嵌岩深度（包括成孔直径和垂直度）　满足设计要求后，报请现场监理工程师审核批准。由嵌　岩桩钻机施工工人提出申请。项目部技术人员会同监理，　进行现场测量。并使用探孔器进行孔的检查，进行终孔　确定。　３．６清孔　采用二次清孔，第一次清孔采用气举反循环工艺清　孔。第二次清孔利用导管正循环清孔。斜桩清孔，要将　导管进行处理，制作一个导向包，保证导管清孔和灌注　混凝土时导管居中，同时防止刮到钢筋笼。　导向包的制作：在清孔或者灌注混凝土安放导管时，　加工制作一节６ｍ的导管作为底管，在５ｍ的位置加工制　作导向包，导向包是由若干小的菱形块钢板组装而成，　内部焊有钢筋撑，防止导向包变形，导向包的外径为　¨　＿二＝　７００ｍｍ，加工制作示意图如４。　０　舫　钢　。６ｇ　、　笼　Ｌ／　！　　一导　向　电　：，／／　一　导　导向包内撑钢筋　管　图４导管导向包制作示意图（单位：ｍｍ）　３．６砼浇筑　斜桩嵌岩砼浇筑与直桩灌注水下砼方法基本相同，　但由于本工程斜率大，在浇筑过程中需严格按以下几点　进行控制：　３．６．１砼浇筑用的导管在使用之前，按照实际使用节　数和长度进行试拼，并进行压水试验，试验压力不应小　于工作压力的１．５倍。导管安放见３．４节。　３．６．２严格控制砼的配合比。控制好砼的初凝时间，　确保在运输过程中及浇前混凝土具有良好的和易性和较　大的塌落度。　３．６．３施工前，在导管口上加设一个初灌贮料斗，砼　装满贮料斗后。放松隔水栓塞和泵车输送砼同时进行，　Ｂ　《交通工程建设》２０１１年第４期　２７　使初灌贮料内砼下完前，泵管砼已连续供应下料，等导　管已埋入砼土内１米以上时即可把初灌贮料斗卸走，使　５结束语　由于项目工期紧。任务重，前期工作与实际工程建　设同步进行。施工风险大且对现场的整体协调性要求高，　为对工程质量负责，在施工过程中，我们克服了边勘探、　设计边施工的困难，对主要技术问题、质量、安全关键　点采取了相应的措施并加以控制，通过自行加工的成套　施工设备，并在施工过程中不断进行改进，取得了良好　的成果。　５．１通过对ＺＳＤ一２５０型回旋钻机的底盘和钻杆的改　造，使其可以顺利的完成斜率为５：１且进入中风化花岗　岩１．５米～３米的嵌岩桩施工，保证了桩基的入岩深度。　５．２通过在导管上安装导向定位装置，保证了斜桩水　下砼施工的下常进行，经超声波检测，桩身完整性良好，　砼强度达到设计要求。　导管与泵管直接连接下料，保证浇筑的连续性。首灌料　必须待料斗灌满砼后再打开塞子，靠砼的自重和向下的　冲力将孔内的泥浆翻出，避免导管堵塞。　３．６．４提升拆除导管前。应仔细测定导管内外混凝土　面的标高，计算出导管埋入内实际长度，再拨动卸除导　管，导管埋入砼内的长度要始终保持不小于２米且不得　大于６米，以确保桩身砼的完整性。　４施工阶段问题处理　在沉桩和嵌岩中，现场发现设计图示中风化岩面与　实际状况有较大出入，一度造成打桩控制标准执行和嵌　岩终孔判定的困难。后经监理和质监方的建议，由设计　院进行补充勘探，完成后，对本工程的地质认识达到了　应有深度，使后续设计合理，施工正常。　在施工过程中出现了钢护筒桩尖变形而无法满足设　计嵌岩（着岩）要求，经各方计论，逐桩研究，并采取　了补勘验证措施后，分别采取了反复冲孔冲开变形钢桩　尖继续钻进、采用筒式钻头割除变形桩尖继续钻进、采　用６００ｍｍ小钻头钻进、补勘确认着岩后终孔等措施分别　处理。最终处理结果均得到了设计方的认可。　参考文献：　【１】ＪＴＪ２４８—２００１港ｉ：ｌ－ｃ程灌注桩设计与施工规程　［２】ＪＴＪ２５４—９８港口工程桩基规范　【３】ＪＴＪ２５４—９８港口工程桩基规范（局部修订）　（上接第３２页）　ｌ６号墩承台及板式墩身顶（具体位置位于板式墩身　的实心体部位）各支立一根钢管，承台上钢管轴力７１ｔ，　墩身顶钢管轴力４０ｔ。　３结束语　根据模拟计算结果以及工程实际证明，该施工方法　切实可行，可为今后类似工程提供依据。　参考文献：　［１】许锐．预应力箱梁施工控制及问题分析．山西建筑２００９　１２　【２】崔红琴．铁路客运专线双线整孔简支箱梁施工方案优选与实施　中南大学硕士论文．２００７．１１