复杂地质条件下钢管嵌岩桩的施工技术

第19卷 第6期 中 国 水 运 Vol.19 No.6 2019年 6月 China Water Transport June 2019 复杂地质条件下钢管嵌岩桩的施工技术 高红成，范小培 （中交二航局第三工程有限公司，江苏 镇江 212021） 摘 要：通过对已施工的多个工程项目施工经验和改进措施的总结，对复杂地质条件下类似的钢管嵌岩桩施工提供经验借鉴。 关键词：复杂地质；钢管嵌岩桩；施工技术 中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）06-0229-02 一、引言 在长江等内河码头项目中，码头设计通常采用高桩梁板结构。尤其在长江中上游水域，覆盖层较薄，码头桩基结构大部分为钢管嵌岩桩结构。因此嵌岩桩在水上桩基工程中应用非常广，但遇到的不利工况也最多，给工程施工带来了很大的潜在风险。本文从目前常遇到的水上嵌岩桩的不利的复杂地质条件出发，借鉴多个工程中不利地质条件下水上嵌岩桩的施工经验，对复杂地质条件下水上嵌岩桩施工进行深入的研究，为以后复杂工况下嵌岩桩的施工提供理论指导和施工经验，降低了施工风险和施工成本，提高经济效益。 二、复杂工况下钢管嵌岩桩的施工技术 1．存在抛石等复杂地质条件下钢管嵌岩桩的施工 在码头施工中，常遇到施工区域有大量块石，对沉桩施工造成很大困难。在桩沉桩前，必须进行探挖，将施工区域表层的大块石、树根等障碍物清除，方可进行沉桩施工，一般探挖深度为2m左右。施工时，可以根据地勘报告，选择跳位探挖、重点区域挖除、拉网式挖除等方式。 2．在斜坡上沉桩偏位质量控制 钢管桩沉桩如果偏位过大，给上部结构施工带来很大困难，也会使结构受到有害的偏心力。通常采用打桩船水上GPS定位，陆上全站仪（经纬仪）校核的方式进行定位。但在坡度较大的斜坡上打桩时，由于岸坡坡度较大，在沉桩过程中，桩身两侧土压力差较大，加之岸坡有不稳定的趋势，随着桩身的深入，钢管桩有岸坡趋势方向上的偏位。根据以往项目施工经验，首桩选择抵抗偏位方向5~10cm进行偏离桩位下桩，再根据首桩偏位情况及岸坡坡度情况，后续桩施工时，采取恰当的预先抵消偏位的距离，进行偏离桩位下桩，并采取并采取削坡和分区跳打桩的方法，防止岸坡滑动。如图1。 3．沉桩过程中遇到孤石等复杂工况下的施工技术措施 在有些复杂地层中，有时在覆盖层内有俘虏石，且体积较大，埋设较深，探挖时无法发现或挖除。在沉桩施工时，桩尖遇到孤石时，如果不采取有效措施，常造成钢管桩超大偏位，钢管桩桩尖卷边，甚至造成改桩位等问题，既影响沉桩质量，对后续钻孔及上部结构施工也会造成很大麻烦。 收稿日期：2019-04-05 作者简介：高红成（1983-），男，中交二航局第三工程有限公司 中级工程师。 图1 偏位下桩施工示意图 图2 桩尖加强示意图 4．对钢管桩卷边的预防控制及处理措施 （1）钢管桩卷边的预防控制 在钢管桩施工中，由于岩层起伏较大，溶洞、裂隙等复杂地质的存在，根据经验公式等确定的控制贯入度与实际工况偏差较大，或试桩时确定的贯入度不合理等原因，造钢管桩桩尖发生较大变形，后续钻孔施工时，出现卡钻，甚至无法正常钻进等问题，给工程工期及成本造成很大的风险。 根据地质工况，提前做好预防控制措施尤为必要。本文根据以往施工项目经验，主要措施如下 ①对钢管桩桩尖进行刚度加强。我公司在理文码头项目时，考虑到该项目地质条件复杂，为了防止钢管桩桩尖遇岩变形，施工时除对桩尖增加50cm高、厚16mm的加强箍外，还在桩尖外围增设8道加劲板，加劲板高度60cm，宽度10cm，厚度2cm。如图2所示。由于在钢管桩桩尖进行加设肋板，大大加强了钢管桩桩尖刚度，在施工过程中基本 在钢管桩沉桩施工时，如果出现沉桩发生偏位，并且随着锤击的深入，偏位不断加大，在未超规范允许范围内时，应立即停止沉桩。当沉入深度较浅时，根据摩擦力的计算，可以采用振动锤将钢管桩拔出后，根据偏位情况，采取恰当的偏离桩位下桩，进行重新沉桩。当钢管桩沉入较深，无法拔出时，首先应立即停止沉桩。记录桩尖位置，入土深度等施工资料。在后续桩基施工时，利用锚桩在该桩位搭设独立平台，割除上部多余桩长，对钢管桩进行定位固定后，采用冲击钻钻孔、钢管桩接长跟进的方法施工。既保证了钢管桩偏位满足规范要求，又避免了钢护筒卷边处理等施工难题。 230 中 国 水 运 第19卷 上没有出现钢护筒卷边现象发生，取得了较好的效果。 ②沉桩过程要做好标高、锤击数及贯入度的测定。施工过程中，根据试桩情况合理确定停锤贯入度标准，并根据已沉桩情况，做好原始记录并进行汇总分析，如有必要，对贯入度进行合理调整。 ③在沉桩过程中，加强对沉桩贯入度的观测。在正常沉桩时，贯入度会逐渐减小，当贯入度出现有突然变大现象发生，此时，桩尖发生卷边的风险很大，应立即停锤查明原因，并在后期附近桩沉桩时，进行合理控制。 （2）对钢管桩卷边的处理措施 ①回填大块石，利用冲击钻钻头的冲塞作用，将桩尖卷边位置冲塞扩大，以便后续钻孔桩施工钻头顺利通过该卷边区域，正常钻进成孔。 ②若已卷边的钢管桩冲击钻机钻孔施工时，卡钻头等现象不明显，可采用小冲程施工，迫使钢板发生疲劳破坏，然后再将钢板利用淘渣筒或充电磁铁取出，以保证正常钻进。 ③利用潜水员对卷边部位进行水下割除。 ④在茅迪码头施工中，我们采用长筒钻头对钢管桩桩尖卷边进行处理，取得了较好的效果。长筒钻钻头形式如长筒，一般长3~4m。该钻头处理钢管桩卷边施工，有以下几个优势：a、由于长筒钻头的处理桩卷边时，其剪切作用较强，施工效率高。b、由于钻头较长，且外壁光滑，处理卷边部位时，不容易出现卡锤等现象。c、由于钻头较长，在嵌岩钻石施工时，锤头上部在钢管桩内，桩顶不容易被已处理不规则的卷边处钢板卡住，减少了钻进风险。 5．在裸岩或覆盖层较薄的复杂地质条件下的施工措施 ①当桩基数量较多时，可采用抛袋装砂方式进行稳桩。 在已施工完成的江煤码头项目中，由于地层为裸岩，经过项目部方案探讨，最终采用抛砂方案进行施工。通过水深、水流、桩径、桩距等参数，计算出稳桩最少抛砂高度，项目最终确定抛砂高度4m。在沉桩过程中，当排架桩基施工完成后，采用夹桩方式，纵横向与已沉桩位相连接固定，以保证钢管桩的稳定。 ②当桩基数量较少时，可采用搭设独立平台，栽桩的方式进行施工。 以锚桩为基础搭设冲孔平台，先将桩机就位对中，对桩位进行预冲孔，在冲孔的同时注意测量成孔深度，当孔深达到1.5~2m时停止预冲。提出冲锤，将护筒放入预冲孔内，钢管桩倚靠平台来稳定，且不承受平台等施工荷载，然后钻机继续冲孔，随着冲孔的跟进，将护筒接长二次跟进，直至无法跟进后，继续钻孔，最终成孔。此种施工方式成本低，平台可二次利用，但施工较为复杂，施工工期较长。 6．多层溶洞地质条件下的钻孔施工措施 在熔岩较发育的地区，有多层溶洞出现，目前对多层溶洞的施工处理方案的研究不是很多，在已施工的理文码头中，遇到了多层溶洞的地质情况。项目部采用多套筒的施工方案处理多层溶洞，节约了措施钢材和溶洞桩浇筑时的混凝土用量，保证了桩基施工质量，提高了施工效率。 ①对于较大溶洞和多层溶洞间距相差不大的，可采用一次到位的钢套筒套进方式。用内护筒穿过溶洞的方法进行施工，护筒长度L=h+2m（h为多层溶洞高）。以Φ900mm钢管桩内嵌直径为Φ800mm灰岩的嵌岩桩为例，冲击钻先用Φ800mm钻头冲至接近溶洞顶面时，将Φ800mm的钢套筒套入孔内，换Φ750mm钻头低冲程击穿溶洞。然后用32#工字钢和δ20mm钢板焊接成砧板，将砧板放置在套筒上，利用Φ750mm钻头低冲程锤击砧板使钢套筒沉入溶洞底部，取出砧板，在回填粘土块石，封住溶洞底部，冲击成孔。在制作钢套筒时，为避免锤击时钢套筒变形，钢套筒顶部和底部50cm范围内焊接δ16mm钢板作为加劲抱箍。 ②对于多层溶洞间距相差较大的可采用多层内套护筒套进方式。 第一层钢护筒套进并穿过第一层溶洞后，根据第二层溶洞的孔深和第一层护筒脚的深度，计算出第二层所需护筒长度，其护筒长度为第一层护筒脚至第二层溶洞底深加2m。采用钢丝绳将第二层护筒慢放入孔。具体施工过程如下： 以Φ1000mm钢管桩内嵌直径为Φ800mm灰岩的嵌岩桩遇到双层溶洞为例，首先选用Φ950mm钻头进行钻进，穿过第一层溶洞顶板后，放入Φ900mm钢套筒，然后利用Φ850mm钻头冲击钻进，钢护筒跟进，直至穿过第一层溶洞。继续钻进，穿过第二层溶洞顶板后，放入Φ800mm钢套筒，改用Φ750mm冲击钻头，直至成孔。为保证钢套筒搭接段的密封性，采用在钢套筒顶口以下30cm处利用Φ32钢筋焊接2道钢筋箍圈，箍圈以下1.5m范围内包裹麻袋片，利用钢套筒在其上一级套筒内下方时麻袋片的堆朔和麻袋片的吸附泥浆的作用，来减小套筒交接处漏浆的影响。见图3。 图3 多次沉入钢套筒处理溶洞示意图 三、结语 在高桩码头结构中，钢管嵌岩桩基础结构应用广泛。在施工中，常遇到复杂地质条件，给施工带来很大的难度。本文通过对多个码头钢管嵌岩桩施工技术经验和改进措施的总结，提高因地质等复杂工况下出现多种突发情况时的应对效率，减少资源和工期浪费，提高施工效率，为同类水工结构的施工提供了借鉴经验。 参考文献 [1] 港口工程嵌岩桩设计与施工规程，JTJ285-2000[S]. [2] 水运工程质量检验标准，JTJ257-2008[S].