高樁碼頭鋼管斜樁施工關鍵技術研究

章 嘯

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

東莞市虎門宏業貨柜碼頭項目為典型的高樁梁板式結構，碼頭岸線長360m，寬35m，有5000t級集裝箱泊位2個、1000t級件雜貨泊位1個，由A、B、C三座引橋連接陸域。碼頭樁基工程由PHC1200管樁（直樁）及φ1000鋼管樁（斜樁）組成，其中PHC1200管樁共210根，φ1000鋼管樁共168根。引橋樁基采用PHC800管樁及φ800灌注樁，其中PHC800管樁共173根，φ800灌注樁共37根。碼頭沉樁入中風化粉砂巖0.5m左右（部分樁基入強風化粉砂巖1.5m以上）后均需嵌巖施工。168根φ1000鋼管樁嵌巖斜樁施工，鋼管樁采用Q345鋼管螺旋焊接制管，外徑1.00m，內徑0.964m。斜度為4.5∶1，角度為20°，樁長為24～29m。嵌巖深度要求進入中風化粉砂巖5～7m。碼頭位于東莞市虎門鎮沙角管理區西北側，該處屬珠江口（虎門）東岸，太平水道南出口左岸，其右岸原系一片灘涂地，工程靠近沙角炮臺遺址，并受港澳客運專線航道的影響。工程地質條件復雜，巖面起伏較大、覆蓋層較薄。

樁基的施工困難主要包括以下兩方面:

a.斜樁沉樁定位。碼頭部分共有斜樁168根，斜度為4.5∶1，扭角為20°。最近的排架中心距離為6m，經過模擬復核，斜樁與直樁在交叉位置最近的距離僅有38cm，因此，對水上沉樁的精度要求很高，而且受外側主航道船只的影響，沉樁施工精度控制非常困難。如果精度把握不好將導致碰樁或者偏位，留下質量隱患且不利于日后的嵌巖施工和上部結構施工。

b.斜樁嵌巖施工。斜樁嵌巖施工難點為:普通直樁沖錘無法施工，需采用回旋鉆孔工藝或者改善沖擊成孔工藝；如果采用沖擊成孔，需考慮沖錘如何設計才能滿足沖擊力和防止偏位等方面的要求；由于樁是傾斜的，需考慮鋼筋籠及導管應保證下方順暢且居中；普通測錘加吊繩的方法無法測量混凝土埋管深度，必須采用新方法。

2 斜樁沉樁定位方法

a.本碼頭項目共有斜樁168根，直徑1000mm，壁厚18mm，斜度為4.5∶1，扭角為20°，樁長最長29m。斜樁的定位主要考慮樁的中心坐標、傾斜度、水平扭角三個控制因素。樁的中心坐標采用2臺全站儀前方交會法控制，交會角的范圍要求不小于60°且不大于120°。貫入度則采用水準儀進行讀數。測量設備見圖1。

b.進行打樁前在斜樁排架延長線上放樣出花桿1、花桿2，兩根花桿連成參照線進行整體線型控制。打樁船完成初步定位后，先通過打樁船上樁架測傾儀將樁架調至4.5∶1的斜度，再使用人工量角器復核樁的傾斜度，直至樁船調整樁架滿足設計斜度為止［1］。扭角直接通過船上的羅盤確定方位，由于船體的相對位置不變，可通過全站儀對船尾固定點進行角度復核。斜度儀及羅盤見圖2。

圖1 測量設備

圖2 打樁船斜度儀及羅盤

c.完成傾斜度和扭角的調整后采用全站儀精確定位樁中心點，見圖3，用已知控制點坐標、設計樁中心坐標和樁半徑推算出儀器1和儀器2至樁設計標高位置切邊的方位角α1、α2。將儀器1調整至設計高程面，同時將方位角調整為α1，儀器1保證豎角和方位角不變的同時指揮樁船通過收放錨纜調整樁位。樁面對儀器1方向側邊與儀器1方位角α1視線十字絲中心位置重合，保持船體及樁架端穩定不動。同時將儀器2調整至設計高程面并將方位角調整為α2，以校核儀器1的定位位置。當斜度、扭角、平面位置全部滿足要求時開始壓樁，然后復測完成沉樁施工。

3 斜樁嵌巖成孔方法

圖3 測量定位方法示意

采用沖擊式鉆機成孔的施工方法，見圖4。考慮圓筒錘重量分布均勻，有圓筒作為導向，剛度及精確度有保證，對垂直方向的控制要求相對較低。同重量相比錐形錘擊打力較小，但圓筒本身起到配重的作用，從而加大沖錘的質量［2-3］。為保證成孔質量，決定采用圓筒錘，錘總重6t，見圖5。筒錘可分為導向筒與錘頭兩部分。導向筒根據嵌巖斜樁嵌巖深度，采用鋼板卷形分節加工焊接長11m、φ929的鋼圓導向筒，筒壁內厚為18mm；圓筒外表面縱向每間隔250mm，呈螺旋狀通長焊接φ18螺紋鋼，以起到輔助沖擊錘沖擊時使樁錘旋轉，減小導向筒與鋼管之間的摩擦力和避免出現梅花孔的作用。為防止樁錘偏位及卡錘，圓筒必須有足夠的長度作為導向，經對斜樁最不利狀態偏位的模擬（見圖6），導向長度應不小于3m，并且圓筒直徑需達到910mm以上，根據最大嵌巖長度7m設計樁錘總長為11m，可滿足要求。制好導向筒后，在導向筒錘頭一端焊接厚度25mm、高度150mm的加強鋼環，上4條厚度35mm、高度250mm的鉆牙基座，在每條基座對稱焊接4個厚度為100mm的由耐磨合金鋼制成的鉆牙，設基座中心1個，每個沖錘上設有17個耐磨金鉆牙，鉆牙可根據使用情況進行更換。

圖4 斜樁沖樁施工

圖5 斜樁沖錘加工成品

圖6 斜樁樁錘偏位模擬（單位:mm）

4 斜樁澆筑方法

a.斜樁鋼筋籠在下放的過程中是傾斜的，傳統的水泥砂漿保護層墊塊容易被壓碎，不能滿足要求［4］。鋼筋籠保護層采用“半橄欖形”的φ10圓鋼焊接于主筋上作為保護層，保護層每2m沿四周設置4個，以滿足剛度要求，見圖7。

圖7 鋼筋籠下方施工

b.對于斜樁，由于混凝土導管的自重，在灌注混凝土的過程中導管的下放和上提不順暢，而且很容易掛住鋼筋籠，甚至出現導管沿著鋼管下方下降的情況，因此對于斜樁的澆筑通常需另外設計混凝土導管導向器，導向器必須具有足夠的強度，導向器的尺寸形狀及材質都應滿足施工需要，同時也要方便施工操作。混凝土澆筑采用直徑250mm的導管，在導管中部的四周用鋼板制成橄欖狀的凸起導正器，導向器采用12mm厚鋼板與導管焊接成中間大、向兩端逐漸收口的氣包形，在澆筑下孔時放置在中間位置，見圖8。

圖8 灌注導管加工成品

c.斜樁灌注混凝土時，由于導管是傾斜的，安裝漏斗時漏斗也是傾斜的，當混凝土灌注時漏斗加入混凝土后，在重力作用下可能造成導管彎曲或接頭螺紋折斷，故灌注時采用樁機的主卷筒吊鉤懸吊已分節安裝好的導管及漏斗，混凝土則利用岸設的混凝土泵送到漏斗上。

d.由于樁是傾斜的，用測錘測量導管埋管深度的方法是不可行的，針對此問題，經過多次試驗，最后發現用PVC管測量的手感最好，并且能精確測量到混凝土面的標高以折算埋管深度。為增加手感和防止PVC管卡住鋼筋籠，將PVC管的底端加粗并且打磨光滑，見圖9。

圖9 澆筑埋管深度測量

e.采用圓筒式沖錘嵌巖施工過程中，常由于巖面傾斜過大、樁尖卷邊、沖程過大、形成梅花孔等原因造成卡錘，不同的原因處理方法也各不相同。卡錘是導致灌注樁工期滯后的主要原因，直接影響到整個碼頭的工期，因此應當提前預見可能出現的卡錘原因，提出有針對性的解決方案。對因塌孔造成的卡錘，先弄清楚塌孔位置然后向上輕提，如果解決不了，則在孔內插入導管松動沖錘四周的巖渣后再進行提升。對梅花孔卡錘，先在孔內對梅花孔部分用塊石進行回填后反復低錘密沖修孔，然后由工人下到孔內進行卡錘處理。對由于輕微的樁尖變形卷邊而造成的卡錘，在孔內放入質地堅硬的巖石后再進行多次沖擊處理。對由于嚴重的樁尖變形卷邊而造成的卡錘，先把孔內泥水抽干，然后工人進入孔內，對卷曲的樁頭進行割除處理；如果人員進入孔內不安全，則可采用沖錘把變形卷邊沖碎后用磁鐵把碎片吸出來。施工過程中，就位樁機時應保證其不因施工出現沉陷、位移與傾斜，沖擊成孔應采取小沖程施工。

5 結 語

通過對斜樁沉樁定位、成孔、斜樁澆筑方法等幾個關鍵技術的研究，成功地解決了碼頭斜樁施工的重點難點問題，形成了諸如斜樁沉樁定位、鉆孔設備選擇、鉆頭制作、斜樁澆筑方法的改良和圓筒錘卡錘研究等一系列成果，填補了公司關于碼頭斜樁施工的空白；優化了工藝的同時也節省了成本，選擇沖孔樁機節省了斜樁回旋鉆機的購置成本，同時減少了平臺的用鋼量；沖錘的合理設計加工提高了沖樁的整體效率，節省了工期成本，整套斜樁施工技術的優化節省成本約400萬元；對今后同類項目的建設具有借鑒意義。