嵌岩斜桩施工技术的应用.doc

嵌岩斜桩施工技术的应用尹 建，詹欣淦（中港四航局第二工程公司，广东 广州 510330）摘 要：本文主要介绍小虎石化码头二期主体码头工程嵌岩桩施工质量控制、常见故障的解决方法。关键词：嵌岩桩；斜桩嵌岩；钢管桩沉桩Application of Inclined Rock Embedded Pile TechnologyYIN Jian，ZHAN Xin-gan(The Second Construction Company of the Fourth Harbor Engineering Bureau, Guangzhou 510330， China)Abstract:This paper mainly introduces thequality control and solution for frequent met problems for rock embedded piles. Key words:rock embedded pile; inclined rock embedded pile;steel pile driving 1 工程概况 小虎石化码头二期主体码头由3个3000吨级泊位、1个5000吨级泊位、1个20000吨级泊位、2个50000吨级泊位组成，码头全长815m，引桥长212m。码头采用高桩预应力梁板结构及高桩墩台式结构，桩基采用钢管桩和灌注桩，码头面板采用预应力钢筋混凝土空心板结构，墩台及横梁采用现浇钢筋混凝土结构。 本工程桩基主要采用钢管桩(桩径为1000mm及800mm)，有直桩、斜桩（斜率3：1及4：1），设计极限承载力5000kN。沉桩采用D100锤或能量相当锤。沉桩标准由贯入度控制，标高校核。对承载力及水平力满足不了要求的几个墩台设计了嵌岩桩,嵌岩数量总计25根，嵌岩深度分为3m、5m、7m，芯柱采用C40不收缩混凝土，要求30%进行超声波检测，3%进行钻芯检测。收稿日期:2006-11-20作者简介：尹建(1979-)，男，助理工程师，从事港航工程施工技术管理工作。2 施工工艺 嵌岩桩施工工艺主要包括施工平台搭设、嵌岩成孔、混凝土浇注几个工序。2.1 施工钻机选择 本工程斜桩嵌岩采用B5、B6型德国产钻机，该钻机具有以下特点： (1)顶置式：即钻机安装在钢管桩桩顶，钻机重量全部由钢管桩承担，B5钻机通过液压系统抱紧钢管桩，钢管桩桩顶高出施工平台1.5m（B6钻机搁置在牛腿上，钢管桩桩顶高出牛腿0.6m）。 (2)钻机具有较大扭矩，B6扭矩为95kN.m。 (3)能向钻头施加压力，B6压力达到800kN。2.2 施工平台搭设 施工作业平台主要放置嵌岩施工用的主机、空压机及钻杆。嵌岩钻机安装在斜桩桩顶，因其重量大（B6为21t、B5为19t），为防止斜桩倾斜及下沉，在桩之间加焊斜撑，并将钻机用2个10t手拉葫芦在直桩上拉成八字形，从而保证钻机成孔时候的稳定性。2.2.1 桩身侧阻力计算： 侧阻力计算主要复核钢管桩能否承受嵌岩机重量及振动荷载，确定钢管桩在施工过程中桩身是否会出现下沉。对于桩径大于600mm钢管桩，港口工程施工规范尚未给出垂直承载力的计算公式。按建筑桩基技术规范(JGJ94-94)中的规定，以3号靠船墩03、04号桩为例，计算钢管桩理论摩阻力Qd=1177.5kN。嵌岩桩及桩身自重为450kN。因此桩身承载力远远大于所受承载力要求，桩身稳定性可靠，在施工过程中不会下沉。另通过钢管桩承载力及水平力计算可将部分灌注桩更改为钢管桩及在承载力及水平力满足要求情况下取消嵌岩桩以缩短工期。2.2.2 平台主梁、次梁及支顶 平台上主要放置空压机及主机，重量分别为6t及10t。根据平台跨度，主梁选用I22工字钢，次梁选用14槽钢。由于桩身斜率为3：1，为此嵌岩机施加给钢管桩水平力=2810sin(为斜角)。经计算采用2根14槽钢作成方囱来支顶钢管桩的水平力，确保稳定性。2.2.3 平台搭设其它注意事项 (1)桩身稳定：对于部分桩因入土浅，侧摩阻力达不到承载嵌岩机的重量，即在嵌岩过程中桩身可能会下沉的桩，在平台搭设时应保持嵌岩桩的独立性，避免桩身下沉导致整个平台的塌陷。可采用以下方法解决： 不以嵌岩桩作为平台支撑桩（适用于桩位间距较小的桩）； 对于桩位之间间距较大，必须以嵌岩桩作为支撑桩的，可采用活动支撑系统，活动支撑系统在本工程得以运用，取得良好的效果。活动支撑系统示意图如图1所示。图1 活动支撑系统示意图 (2)嵌岩机的稳定:嵌岩机在钻进过程中,由于扭矩及钻头向下施加的钻力都普遍较大,嵌岩机振动厉害,为防止斜桩偏位及保证嵌岩机稳定,采用2个10t葫芦成八字形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(见图2)。 (3)其它:嵌岩施工平台力求易装、易拆，在钻机成孔过程中，钻杆拼接是采用安置在嵌岩钻机上的卷扬机吊起钻杆进行的，为此平台搭设必须确保钻杆的放置位置，沿桩倾斜方向有2.5m3.5m（长宽）的平台。图2 稳定嵌岩机示意2.3 嵌岩成孔 钻杆直径较大，中空，用法兰盘联结，每一节钻杆上都有导向稳定器，保证当钻头超过桩尖后可按照斜桩的斜率向前钻进。钻头为耐磨硬质合金契齿或珠齿滚刀型钻头。清水孔，不用泥浆护壁，气举反渣循环排渣，配26m空压机，边钻进边排渣。钻进速度较快，在硬质基岩中钻进速度可达到4050cm/h，一般一根嵌岩桩24h可完成作业。2.4 嵌岩成孔常见故障及处理方法2.4.1 钢管桩卷边 由于钻孔数量不足,地质情况复杂,钢管桩在沉桩过程中难以把握进入理想岩层。根据设计要求，嵌岩桩贯入度控制在5mm/击，在现场操作过程中不可避免地出现钢管桩卷边现象。根据水下探摸，钢管桩卷边大致有以下几种：内卷；翻卷；凹卷；凹凸卷。钢管桩卷边种类图如图3所示。图3 钢管桩卷边种类图 处理方法如下： （1）小虎石化码头在施工过程中出现了以上几种卷边情况,对于各种卷边范围小(一般在卷边30cm内)可直接用契齿滚刀型钻头磨削,钻进速度慢,为减小钻机震动幅度,相应放慢钻进速度。（2）当以上几种卷边情况卷边大于30cm时，为减少钻头磨损及缩短工期，一般采用潜水员进行水下切割处理，小虎石化码头卷边的钢管桩总共有5根进行了水下切割处理，并得以顺利施工。因钢管桩施工桩尖进入强风化岩，水下切割前潜水员需将桩内强风化岩人工凿除后方能进行切割作业，因此工作量较大，一般卷边5060cm水下切割时间为10d左右。 （3）当卷边大于80cm，水下切割时间过长（主要是清除桩内强风化岩），且整块切割后，容易发生塌孔，不宜采用水下切割，另桩径小于1m的钢管桩不宜进行水下切割工作。遇此情况应与设计单位沟通，进行补桩或重新进行受力计算，确保施工工期。 管桩制作过程中，在桩尖30cm范围内加18mm钢板加强，但在实际施工过程中，还是不可避免的出现钢管桩卷边现象。我们分析可能是设计控制贯入度过小引起的。广州南沙珠江电厂的沉桩经验，桩尖持力层在风化岩控制贯入度10mm/击即可判断已达到风化岩表层。因此，对于嵌岩桩的沉桩贯入度控制标准可以适当放宽，可以控制在10mm/击左右，这样可以避免出现钢管桩卷边现象，提高施工进度。2.4.2 塌孔及串孔 钢管桩嵌岩斜率为31，且为清水孔钻进，在强风化岩层容易发生塌孔及串孔，小虎石化码头嵌岩桩施工中未遇到塌孔现象，主要是岩质为砂质岩，裂隙发育不完全，但出现两根桩尖相近桩出现串孔现象，采用在两根桩内灌注混凝土，混凝土面高于桩尖1m左右，3d后重新钻进的方法，串孔现象得以解决。 钢管桩卷边进行水下切割后继续钻进十分容易塌孔，主要是砂砾涌进桩内，难以清渣，一般也采用灌注混凝土后再钻进的方法，该方法处理塌孔及串孔安全可靠，简单方便，较为常用。2.5 混凝土浇筑2.5.1 导管加工 导管系统主要配置浇注导管及在气举反循环用导管，气举反循环用导管主要用于在混凝土浇注过程中出现断桩、塌孔时清孔。 导管加工主要注意以下事项： 由于桩身斜率大，混凝土浇注导管需要有足够强度；法兰接口螺栓具有足够强度，并采用软性橡胶垫片，确保导管的密封性能，并要求做气密试验；导管应在一定间距内加焊鼓型导向板，法兰接口处同样需要设置导向板。导管加工数量应根据实际最长嵌岩桩计算，并设计不同长度的管节，以便不同桩长的嵌岩桩施工。2.5.2 混凝土浇筑 斜桩嵌岩混凝土浇注与直桩灌注水下混凝土方法基本相同，但由于本工程斜率大，在浇注混凝土过程中必须注意以下事项： (1)混凝土性能：混凝土和易性好，不离析，塌落度大（180220mm）。混凝土初凝时间控制在45h，安排气温较低时段浇筑，确保在运输过程中及浇筑前混凝土具有良好的和易性及较大的塌落度。 (2)混凝土浇筑前测量沉渣厚度，由于嵌岩钻孔采用清水孔，一般沉渣厚度能满足规范要求，在不能满足情况下，在浇筑前可采用高压风管冲开沉渣。 (3)浇筑前，应采用混凝土袋堵塞导管口，混凝土袋在导管口以下30cm左右。 (4)浇筑时，料斗内必须有一次埋管2m以上混凝土，导管距离孔底3040cm，斗满时可剪球浇筑。 (5)浇注过程中无法测量桩内混凝土标高及埋管深度，只能按理论方量及导管内混凝土面标高进行判断，且在施工过程中注意观察桩内溢水情况，根据经验判断桩浇注情况。 (6)为保证桩浇注顺利，采用潜水泵将桩内水位控制在低于外部水位10m左右（不宜过大，过大容易造成塌孔）。 (7)浇筑完成后及时清理料斗及导管，并做好浇筑记录。2.5.3 混凝土浇筑过程中常见问题处理方法 (1)堵管 堵管原因有多种，主要是混凝土泌水严重、塌落度损失大、导管漏水及导管内形成气囊。导管漏水应停止浇注，等已浇注混凝土终凝后进行气举反循环清除表面砂浆及松散混凝土，再进行二次浇注；导管内形成气囊主要是浇注过程中速度快，且对准导管口下料导致排气不及，形成气囊后，采用通气管插入导管内排气，且在浇注过程中混凝土应沿着斗壁流入。 (2)塌孔、断桩 在施工过程中出现塌孔及由于拔管太快出现断桩时，应立即停止施工，安装反循环导管进行气举反循环将已浇注混凝土清出，并吊起钢筋笼，测量桩内标高，如高出原桩底标高，需要重新钻进后进行浇注。3 结语 小虎石化码头工程嵌岩桩斜率大，给施工带来极大难度。本工程成套浇注设备自行加工，在施工过程中不断进行改进，根据超声波检测及钻芯检测结果，桩身完整性良好，混凝土强度达到要求，说明本工程嵌岩桩的施工是成功的。为避免钢管桩出现卷边现象，建议对嵌岩桩，在保证斜桩稳定的前提下，可适当放宽沉桩贯入度控制标准，提高施工效率。桩内锚锭施工技术尹 建 叶 强（中港四航局第二工程公司，广东 广州 510330）摘 要：本文介绍了锚锭桩在小虎岛石化码头工程中的应用情况。针对锚锭桩成孔孔、清孔、浇筑等方面,叙述了施工工艺要点；结合本工程实践对在施工过程中出现的问题事故进行原因分析，并介绍了处理办法。关键词：锚锭桩；灌浆；抗拔试验Anchoring Technology Inside PileYIN Jian，YE Qiang(The Second Construction Company of the Fourth Harbor Engineering Bureau, Guangzhou 510330， China)Abstract:This paper presents the application of anchored piles in Xiaohu Petrochemical Terminal. It recounts the technical requirements of hole making, hole cleaning and concrete casting. It analyzes the cause of problems and proposes solutions.Key words:anchored pile； mortar casting； puling test1 工程概况 小虎岛石化码头二期主体码头工程，为了靠船墩、系缆墩的抗台风，设计了预制型锚杆嵌岩桩(锚碇桩)。当台风来临时，上部结构受上拔力，通过高强锚杆传到岩层，锚杆下端伸入基岩(中风化层或微风化岩)57m，上端伸入桩芯混凝土7.5m，这样大大提高了基桩的抗拔力。墩式油码头，对基桩的压桩承载力要求往往不大；而拉桩承载力要求高，此时选择预制型锚杆嵌岩桩往往是一种很好的解决方法。 小虎岛石化码头二期主体结构共有30根钢管桩需要桩内锚锭施工。其钢管桩桩径为1000，桩斜率为31，桩顶标高为+4.5m，桩尖标高为-24-33.5m不等，锚固长度为5m、7m两种。锚杆结构示意图如图1所示。收稿日期：2006-12-07作者简介：尹建(1979-)，男，助理工程师，从事港航工程施工技术管理工作。图1 锚锭桩结构示意图2 机械选择 实践证明，正常情况下XY-2型钻机能满足施工技术及进度要求，对个别难度较大的孔可采用XU600型也够了。钻机的主要技术经济性能参数见表1。泥浆循环护壁主要采用BW-250型泥浆泵。在本工程施工中主要选取XY-2型钻机。表1 钻机主要技术性能表型 号XY-2XY-4XU600-3基本参数钻进深度/m320800600钻杆直径/mm605050钻机外廓尺寸/mm21509001690264011101750264011501810钻机重量/kg95015002100回转器通孔直径/mm766868转速/(rmin-1)正转651172（8档）1011191（8档）1651096（6档）反转51；24282；251122给进行程/mm600600500立轴最大起重/加压/kN60/4580/6080/60卷扬机单绳提升速度(m/s)/(ms-1)0. 5121.941. （4档）单绳提升能力/N30000动力功率/kW223030转速/(rmin-1)1500150015003 施工方法3.1 桩内锚锭施工流程 桩内锚锭施工工艺流程图如图2所示。3.2 主要施工方法3.2.1 清土塞 按要求将土塞清至硬土层，采用900笼式合金钻头钻进，根据不同的地层选择不同钻速和钻压。桩内土渣采用气举反循环冲洗。气举反循环冲洗方法：用短127套管作冲洗导管，127套管每节长4m左右，丝扣连接，桩口以上用较短127套管调节深度，直下到孔底。空压机方量为3m3。冲洗时不断用两台大功率抽水机往钢管桩内加清水，直至洗出的水为清水且没有砂砾及杂物，即为清土塞完成。3.2.2 安放外套管 为方便钻进及锚杆的安装施工，需要在桩内空孔部分下套管作为导向管。本工程采用260mm外套管，每节36m,用法兰盘连接，每个接头均上4mm厚的胶垫止水。为使套管尽量与钢管桩同心，套管安装时用定位环导向，通常每根桩下23副定位环，如果空桩太深，则应根据实际情况增加定位环导向。为使套管密封，套管下端要插入土层中，若插不进，可用钻杆配合钻具击进。若仍不进，则先在套管中钻进12m，再冲击打入。若套管下端漏水，则不断跟进外套管，适当时可浇灌水泥进行止水。3.2.3 钻进成孔 由于有较厚的松散覆盖层及强风化岩，在钻进的过程中可用泥浆护壁，同时跟进外套管，直至套管进入强风化岩75mm。强风化岩及以上地层用合金钻头钻进，中风化岩以下用钢砂钻头钻进，进入岩层后孔壁稳定，无须护壁，钻至设计标高终孔。图2 桩内锚锭施工工艺流程图3.2.4 清孔 终孔后用泥浆正循环洗孔，中细碎渣通过泥浆泵的循环浆液冲洗至泥浆池过滤，较粗的渣用捞渣钻具捞取，直至返浆无渣，捞渣钻具桶内干净，孔底沉渣符合技术要求，最后冲洗清水，把孔内的泥浆全部置换掉。3.2.5 锚杆安放 锚杆为天津市天铁轧二制钢有限公司产品，定长11.8m。用套管锚杆连接器连接，锚杆之间用定位板固定。每隔2m设置一块定位板，定位板用8mm厚