水上芯柱鋼管樁在中密卵石層中施工的重難點分析

楊曉杉+胡恒

摘 要：碼頭建設中復合型樁基較為多見，但多為鋼管樁沉入基巖面，再由樁內從基巖面向下進行芯柱鉆孔樁，取得良好的樁基承載力和水平抗力，但在中密卵石層中芯柱鉆孔樁并不多見，而且在技術和工藝上存在幾個重難點，因此需要對此進行探討。文章以宜昌港枝江港區姚家港綜合碼頭工程為例，首先分析了卵石層芯柱鋼管樁施工技術重難點，然后針對卷邊變形、漏漿和塌孔等問題采取相對應的方案和措施，從而確保了工程施工的安全性和質量。

關鍵詞：卵石層 芯柱鋼管樁 鉆孔樁

1.工程概況

宜昌港枝江港區姚家港綜合碼頭工程位于湖北省宜昌市枝江姚家港鎮，建設3000噸級泊位4個，碼頭結構為高樁梁板式。碼頭平臺長410m，寬25m，共31榀排架，排架間距7m，共分3段，變形縫為20mm，邊橫梁懸臂1.5m，排架基礎采用芯柱鋼管樁復合樁型，每榀排架6根芯柱鋼管樁，全部為直樁，鋼管樁為Φ1000mm，鉆孔樁芯柱為Φ800mm。上部結構采用現澆橫梁節點澆筑預制縱梁系，面層采用預制疊合板，板厚250mm，現澆面層250～300mm。排架前沿設Φ800鋼靠船構件兼作下層系纜平臺的基礎，根據水位差的要求，設三層系纜平臺。工程設五座固定引橋，采用Φ1000mm鉆孔灌注樁，樁基上現澆地梁，其上現澆立柱、聯系梁，預制安裝空心板，現澆面層。水工建筑物安全等級為Ⅱ級。工程地質情況及主要力學參數見表1所示。

其中，設計選?、呱奥咽ㄖ忻?密實）為本工程持力層，該層以砂和卵石為主，中密-密實狀態，卵石含量45～70%，直徑一般5～10cm，卵石成分主要為白云巖、大者大于17cm，成分由變質巖、花崗巖、白云巖等組成，且分選性和磨圓度較好，該層未穿透至基巖。

2.樁芯鋼管樁施工重難點

根據設計以及試樁資料，本工程未穿透至基巖的砂卵石層⑦為工程樁基礎持力層，因工程為水上施工工程，鋼管樁沉樁完畢后還要作為后續芯柱鉆孔樁施工平臺的樁基基礎，這就需要鋼管樁在砂卵石層中要沉入4.5m以上，從而保證樁身有足夠的側阻力（根據試樁資料，其余地層樁身側阻力非常低，只有砂卵石層可以提供足夠的側阻力，樁基端承力較小，同時考慮芯柱鉆孔樁施工過程中可能的擴孔，端承力不計入樁基承載力）來支撐鉆孔平臺的使用和施工荷載，但一般在卵石層中，鋼管樁沉樁通常還未沉入本工程設計所要求的卵石層4.5m，鋼管樁的樁尖就會因反復的大能量錘擊在卵石層中發生卷邊和變形，導致無法順利沉樁至設計標高，對芯柱鉆孔樁的施工也會造成很大麻煩，這就是本工程的重難點之一：如何使鋼管樁順利沉入所需的設計標高，又確保鋼管樁樁尖不至卷邊變形。另外，在芯柱鉆孔樁鉆進至鋼管樁樁尖標高以下后，又可能面臨著密實度不理想的中密卵石層，透水性好，并有著一定的松散度，卵石和卵石之間的砂縫隙較大，在鉆頭的作用下易產生一定的液化和移動，很可能產生漏漿和擴孔甚至塌孔的問題，這是本工程樁基施工的另外兩個重難點。

3.施工方案和解決措施

3.1鋼管樁樁尖發生的卷邊變形問題

因本工程鋼管樁須沉入卵石層至少6m，但鋼管樁具有一定的柔性，在沉樁過程中反復的大能量錘擊，鋼管樁尖和卵石層中的卵石不停的沖擊、擠壓和摩擦，易使得鋼管樁樁尖產生卷邊變形，甚至可能撕裂，這對后續樁芯鉆孔樁的施工將帶來極不利的影響。

對于鋼管樁在卵石層中的沉樁，項目借鑒了公司在附近區域已完工工程施工總結中的成功經驗，采取鋼管樁樁端外加強的方式，鋼管樁的壁厚由18mm在樁端3m處改變為外加強壁厚25mm，結合試樁過程中的具體數據及周邊類似地質工程的沉樁經驗所確定的合理貫入度5mm/擊，根據地勘圖紙對地層標高的準確把握，采用打樁船重錘輕打的方式進行鋼管樁沉樁施工的控制。經后期芯柱鉆孔樁工序施工的論證，以上幾個措施相結合，既達到合理的樁尖標高，同時又避免了樁尖卷邊變形的問題，為碼頭由樁基施工轉上部結構施工奠定了良好的基礎。

3.2芯柱施工過程中漏漿問題

因本工程卵石層卵石含量下限僅為45%，其余空間均為泥沙所填滿，整體性相較其他碼頭樁基工程的巖基類嵌巖樁地質就鉆孔樁的護壁提出了更高的要求。在施工過程中，鉆孔樁孔內泥漿很可能沿穩定性較差的卵石之間的縫隙流失，形成漏漿的現象，這一點在初期芯柱鉆孔樁鉆進過程中確實時有發生。經討論和總結后采取如下解決方法使該問題得到較好的改善和解決：施工過程中發現，在芯柱施工至剛出鋼管樁樁尖時，發生漏漿的現象最為嚴重，經過經驗總結發現，若卵石之間的縫隙被泥漿等粘性填充物填滿，漏漿的情況就會改善很多，所以在施工過程中，項目部針對芯柱施工，準備了比普通鉆孔樁泥漿需求量多出3倍的優質泥漿。而在芯柱施工至快出鋼管樁樁尖時，先暫時提高泥漿濃度，保證孔內有高濃度的泥漿填充卵石縫隙，同時降低鉆進進尺效率，提高孔內護壁形成的效能，待孔內泥漿濃度穩定后，再增加適當提升進尺速率。若漏漿現象更加嚴重，除了及時補充泥漿以外，還采用適量的水泥粉、優質膨潤土和黏土進行緊急封堵，此方法效果較好，見效也較快，施工如圖1、圖2所示。

3.3樁芯鉆孔樁塌孔的問題

在施工過程中，因卵石層的不均勻性和不穩定性，除了漏漿，還發生了塌孔的現象，嚴重時還容易造成已沉樁完畢的鋼管樁向下“溜樁”。針對此問題，施工中發現孔內泥漿濃度和孔內水壓力對塌孔是最大的兩個影響因素，適當提高水頭以及泥漿性能，基本可以避免塌孔現象的發生。施工過程中要保持孔內水頭始終高于地下水位3m以上，鉆進過程中始終保證足夠的高質量泥漿，定時對水頭進行監測，避免因漏漿導致水頭突然下降最終發生塌孔。優質的泥漿可使護壁更加牢靠，在孔壁形成粘結性好、滲透性差的泥漿皮，這層皮既可防止漏漿，也可大大降低塌孔的可能性。

此外，在卵石層進尺過程中，若有鉆機停機時間長、泥漿配置和循環不合理、清孔后砼澆筑等待時間長等，也容易造成塌孔的現象，所以在鉆孔前還需對鉆機、鉆頭的進行及時維護和保養，鉆孔中準備足夠的泥漿材料和場地，成孔后提前合理安排鋼筋和砼澆筑工序的銜接。

4.結束語

綜上所述，在卵石層進行芯柱鉆孔樁施工的工程很少，但經過項目前期對芯柱施工的總結和經驗借鑒，項目部當時在鋼管樁、芯柱鉆孔樁工序的施工非常順利，鋼管樁樁尖也因為合理的控制方法，沒有發生卷邊變形的情況，對芯柱鉆孔樁采取了合理的措施后，工效也得到了保證，后經超聲波檢測，所有芯柱鉆孔樁全部為一類樁，為項目也創造了較好的經濟收益。當然，即使同類型的地質條件，遇到的問題和合適的解決方法也不盡相同，甚至可能存在較大的差異，這就要求相關人員要合理借鑒、總結，找尋出最適合該工程的方法和措施，逐步積累和完善同類型工程的施工方法和工藝。

參考文獻：

[1]陳俊.高樁碼頭芯柱嵌巖樁的施工技術研究[J].四川建材，2017（01）：133-134.