海上打入式鋼管嵌巖樁卷邊及處理措施探究

楊春玲 天津中北港灣工程建設(shè)監(jiān)理有限公司

倪萍 天津銘睿管理咨詢有限公司

馬宏梅 天津天保人力資源股份有限公司

1.工程地質(zhì)

1.1 根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，擬建場(chǎng)地主要地層

（1）海積堆積：淤泥①，層厚0.5～6.4.2m。為場(chǎng)區(qū)主要地層之一；粉細(xì)砂②，層厚1.2～6.0 m，為場(chǎng)區(qū)主要地層之一；泥質(zhì)中粗砂②-1，層厚2.4m；粉質(zhì)粘土③，層厚2.8m～17.25m；中粗砂④，局部含少量淤泥，層厚4.5～11.8m；泥質(zhì)中細(xì)砂④-1，層厚0.9～4.9m；粉質(zhì)粘土⑤，最大揭示層厚8.2m；淤泥⑥，層厚3.8m；泥質(zhì)中粗砂⑦，以粗砂為主，層厚3.1m。

（2）燕山期花崗巖：按風(fēng)化程度分為：全風(fēng)化花崗巖⑧，母巖結(jié)構(gòu)尚存，長(zhǎng)石大部風(fēng)化成高嶺土，層厚3.1m；散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑨，原狀樣具有花崗結(jié)構(gòu)，巖芯片呈砂土狀，最大揭示厚度19.9m，層頂高程-18.05～-44.45m；碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖⑨-1，巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖芯呈碎裂狀，揭示厚度為2.6m，層頂高程-33.55m；弱風(fēng)化花崗巖⑩，巖石新鮮，堅(jiān)硬，巖芯多呈短柱狀，最大揭示厚度為3.5m，層頂高程-32.27～-42.35m。

1.2 按巖性及風(fēng)化程度分述其特性

全風(fēng)化花崗巖：灰黃色，原巖結(jié)構(gòu)尚可見，礦物基本風(fēng)化成土狀，手捏易碎，遇水軟化崩解；散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰黃色，原巖結(jié)構(gòu)可見，礦物大多風(fēng)化成砂土狀；碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：灰黃色，原巖結(jié)構(gòu)可見，巖芯主要呈碎塊狀，手掰易碎，遇水易軟化；弱風(fēng)化花崗巖：灰白色，巖芯多呈長(zhǎng)柱狀，局部為短柱狀，錘擊易碎，裂隙較發(fā)育，個(gè)別鉆孔裂隙不發(fā)育。

2.設(shè)計(jì)要求及施工工藝

2.1 設(shè)計(jì)要求

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)多采用高樁承臺(tái)鋼管樁嵌巖基礎(chǔ)，嵌巖鋼管樁（護(hù)筒）采用6根直徑1900 mm、壁厚28mm、樁端2m加強(qiáng)段壁厚為40mm、斜率為6:1的鋼管樁以圓形布置。樁尖標(biāo)高需進(jìn)入散體狀強(qiáng)風(fēng)化巖層不少于8-10m，嵌巖鉆進(jìn)弱風(fēng)化花崗巖層不少于5.1m（嵌巖灌注樁樁孔直徑1700mm）。停錘標(biāo)準(zhǔn)定為：貫入度不大于3mm。對(duì)于極少數(shù)超淺覆蓋層地質(zhì)采用重力式基礎(chǔ)或植入式鋼管樁基礎(chǔ)。

表1 55號(hào)機(jī)位沉樁記錄及高應(yīng)變初打檢測(cè)結(jié)果

2.2 施工工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)可打性分析，現(xiàn)場(chǎng)采用帶樁架的專用打樁船及IHC公司的S-800大型液壓錘實(shí)施沉樁施工。

3.沉樁卷邊分析

復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致的卷邊風(fēng)險(xiǎn)的存在給設(shè)計(jì)和施工增加了很大難度。對(duì)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，若發(fā)生卷邊后沉樁無(wú)法繼續(xù)，必然導(dǎo)致樁頂標(biāo)高超高較多而割樁較長(zhǎng)，造成鋼材浪費(fèi)，且原定的樁身防腐長(zhǎng)度因入土深度變化導(dǎo)致沉樁后樁身防腐位置是個(gè)變量，割樁后樁頂段入混凝土承臺(tái)部分需打磨去防腐層，而水下區(qū)防腐原定長(zhǎng)度不夠，無(wú)法提前準(zhǔn)確預(yù)判入土深度給設(shè)計(jì)對(duì)樁長(zhǎng)優(yōu)化及防腐長(zhǎng)度的確定帶來(lái)相當(dāng)大的困難。對(duì)施工來(lái)說(shuō)，后續(xù)樁頂段去除防腐層與卷邊處理亦相當(dāng)困難，對(duì)工期、費(fèi)用影響較大。

樁在不同種類的地層中對(duì)卷邊起主導(dǎo)作用的為：散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層、碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層、夾層與孤石。

散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖最顯著的特征為巖層較厚、連續(xù)分布并且強(qiáng)度極不均勻，標(biāo)貫擊數(shù)的變化范圍為50～750，標(biāo)貫擊數(shù)過(guò)大時(shí)容易導(dǎo)致卷邊的發(fā)生；碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖呈灰白色，原巖結(jié)構(gòu)可見，主要礦物為石英、長(zhǎng)石、云母，巖芯主要呈碎塊狀，層位起伏變化較大，巖石基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類，力學(xué)性質(zhì)好錘擊難以進(jìn)入，由于其層面起伏變化大的特征，鋼管樁樁尖較容易誤入，加上其強(qiáng)度絕對(duì)值較高，一旦樁尖誤入即發(fā)生卷邊；孤石基本質(zhì)量等級(jí)以Ⅱ類為主，錘擊反彈且斜樁樁端為單點(diǎn)受力易造成卷邊發(fā)生。

根據(jù)沉樁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合地勘圖統(tǒng)計(jì)分析，卷邊發(fā)生時(shí)通常有以下幾個(gè)方面風(fēng)險(xiǎn)存在：

（1）散體狀強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)遇到連續(xù)標(biāo)貫大于200的區(qū)域或巖層標(biāo)貫值突變大的區(qū)域；

（2）當(dāng)貫入度小于5mm時(shí)仍提高錘擊能量繼續(xù)錘擊時(shí)且錘擊能量己超過(guò)500KJ；

（3）當(dāng)樁身應(yīng)力通過(guò)全程高應(yīng)變檢測(cè)顯示己超過(guò)220MPa或樁身應(yīng)力發(fā)生突變時(shí)；

（4）高應(yīng)變檢測(cè)顯示樁端靜土阻力值達(dá)超25000KN時(shí)。

以55號(hào)機(jī)位沉樁示例卷邊發(fā)生原因：發(fā)生卷邊的55-1、55-2、55-6三根鋼管樁均處于標(biāo)貫大于200的區(qū)域或巖層標(biāo)貫值突變大的區(qū)域，錘擊能量最高達(dá)560KJ，高應(yīng)變顯示樁端靜土阻力最大為26986KN，最終貫入度己低于4mm/擊。見表1。

4.防卷邊控制措施

4.1 沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

通過(guò)以上卷邊原因分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況研判，鋼管樁沉樁停錘以貫入度控制為主，最大錘擊能量宜控制在550KJ以內(nèi)，錘擊能量每級(jí)加載后，如果貫入度比較上一級(jí)錘擊能量對(duì)應(yīng)的貫入度有增大，則保持正常錘擊沉樁直至貫入度再次降低到5mm/擊時(shí)，繼續(xù)逐級(jí)加載錘擊能量進(jìn)行鋼管樁沉樁；如果貫入度比較上一級(jí)錘擊能量對(duì)應(yīng)的貫入度沒(méi)有增大甚至更低，分以下兩種情況制定沉樁停錘控制標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）如果貫入度還有5mm/擊或6mm/擊，繼續(xù)錘擊直至貫入度降低到最后3陣4mm/擊或3mm/擊，則可以停錘。

（2）如果貫入度只有4mm/擊或3mm/擊，則通過(guò)2陣錘擊驗(yàn)證一下貫入度，如果還是4mm/擊或3mm/擊，則可以停錘。

4.2 增設(shè)樁外破土環(huán)

變更樁端2m加強(qiáng)段40mm壁厚的鋼板，由內(nèi)側(cè)變徑對(duì)接焊為外側(cè)變徑焊接，起到沉樁時(shí)樁端的破土作用，可在同等錘擊能量和貫入度標(biāo)準(zhǔn)下有效增加樁尖入土深度，盡量達(dá)到防卷邊的貫入度標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)標(biāo)高雙控要求的統(tǒng)一。

4.3 特殊情況停錘標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)遇到標(biāo)貫大于200的區(qū)域沉樁時(shí)貫入度己達(dá)到5mm/擊或高應(yīng)變檢測(cè)顯示樁身應(yīng)力超200MPa，樁端靜土阻力值達(dá)超25000KN時(shí)及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)確認(rèn)停錘。

4.4 控制樁尖標(biāo)高入土深度

一樁一議，根據(jù)散體狀強(qiáng)風(fēng)化層厚度與設(shè)計(jì)最終嵌巖孔底標(biāo)高計(jì)算的樁尖入土深度，即使進(jìn)入散體狀強(qiáng)風(fēng)化巖層未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度，當(dāng)貫入度減至5mm/擊時(shí)為防止卷邊只需出護(hù)筒嵌巖段長(zhǎng)度12-15m可停錘。極端情況遇沉樁困難，標(biāo)高超高過(guò)多，無(wú)法實(shí)現(xiàn)嵌巖長(zhǎng)度保證時(shí)，可通過(guò)后注漿工藝在樁端與樁側(cè)注漿法達(dá)到設(shè)計(jì)承載力和抗拔力要求。

5.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋼管樁在沉樁嵌巖樁尖產(chǎn)生卷邊原因的分析，制定有效的防卷邊措施，可有效控制工程中沉樁嵌巖卷邊的發(fā)生。根據(jù)工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)，卷邊發(fā)生率從開始的8.33%降低到1.09%，切實(shí)提高了后續(xù)的施工工效、節(jié)約了施工成本，減少了卷邊處理可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)對(duì)卷邊后處理措施進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為卷邊發(fā)生后快速處理提供了解決方案。本文提出的防卷邊控制標(biāo)準(zhǔn)也為樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)的相對(duì)優(yōu)化提供了切實(shí)的參考依據(jù)。