港口高樁碼頭工程嵌巖樁施工技術研究

姚國強、張建平

（江西省路港檢測中心有限公司，江西南昌330200）

0 引言

在吞吐量不斷提升的經濟背景下，高樁碼頭因優越的結構和功能優勢，得到越來越廣泛的應用。在應用需求的推動下，高樁碼頭的建設施工技術水平也在大步提高。高樁碼頭工程的核心施工技術難點之一，就是嵌巖樁施工技術。嵌巖樁是基樁穿透蓋覆層、樁底直接嵌入基巖、樁體全部或部分埋在巖石中的樁型。嵌巖樁借助強大的嵌巖力，可以提供較好的抗震、抗風能力，維護高層建筑和高層結構的安全性，并且具有施工方法多、地質適應性強等優點。嵌巖樁的質量十分關鍵，在碼頭工程中甚至直接關系到整個碼頭工程的質量。基于工程實例，就高樁碼頭工程的嵌巖樁施工技術展開分析、探討，為同類工程提供借鑒，助力建設安全、牢固的水工嵌巖樁工程。

1 嵌巖樁的特征表現

隨著城市化規模的不斷擴大和發展，城市的各項基礎設施也要不斷地跟進，提升基礎設施的質量，加強基礎設施的建設。對于城市地區的港口工程建設工作而言，應當注重工程建設的質量，為城市地區的居民出行提供安全保障。如果能利用嵌樁巖進行港口工程的建設，那么能大大提高港口工程建設的質量。利用該結構能夠幫助提供支撐，但同時也會造成被嵌入部分的混凝土形變，長此以往會導致嵌巖樁周圍的摩擦力不斷增加。

2 嵌巖樁的載荷傳遞特征

利用這一技術進行港口工程的建設工作時，應當加強對于技術手段的管理，保證技術手段符合工程施工的標準。利用嵌巖樁施工技術進行港口工程的施工作業可以調節樁體結構的摩擦力，從而增強結構的穩定性。通過該施工技術，可以增強樁兩端的摩擦力。樁的上部結構和下部結構都會出現相應的位移，當受到的壓力到達一定數值之后，摩擦力的數值將會達到頂峰，從而產生向下的作用力，這就是嵌巖樁的壓力分解過程。

3 工程概況

案例為集裝箱碼頭，高樁寬平臺結構，10 萬噸級，總長700.0m，航道平均寬度為56.0m，前碼頭沿泥面設計標高-17.6m。工程包括兩個5 萬噸級的梁板式高樁碼頭。項目設計中，Φ1200 與Φ2200 鋼管主骨嵌巖樁共有282 根，全部為直樁，主要分布在前平臺、后平臺與碼頭樁基中。嵌巖樁混凝土分別為C35 和C40。

工程應用嵌巖樁測量步驟如下：按設計需求隨機選取5 根嵌巖樁，進行鉆孔取芯實驗。使用超聲波對每根嵌巖樁進行混凝土完整性檢測，再抽樣選取3 根開展鉆孔取芯實驗。對超聲波質量有問題的樁再次進行鉆孔取芯實驗。

4 嵌巖樁施工技術要點

4.1 搭設施工平臺

嵌巖樁施工平臺的搭建原則為：安全、牢固并符合施工需求，平臺搭、拆盡可能簡單，且搭建材料可回收利用。不同工程區域的嵌巖樁施工操作平臺略有不同。Φ1200 鋼管樁主骨嵌巖樁的施工操作平臺，在鋼管樁上焊接牛腿，在牛腿的上、下層分別安置HM400 型鋼，在型鋼上鋪置鋼網并配置Φ50 鋼管欄桿。Φ2200 鋼套管嵌巖樁施工平臺，主要選用貝雷架平臺組合鋼牛腿樣式，其上鋪置網格板和單層H40 型鋼，在平臺周圍安裝安全網和Φ50 鋼管欄桿。

4.2 測量與放樣

施工之前，在每個鋼套筒的頂部復制預先約定的標高，并用油漆標記出各標高控制點，以控制樁頂標高、鋼筋籠頂部標高和樁的孔深。鉆機就位之后，在最近控制點設置全站儀，使用坐標數據法測量出準確的放樁中心。而后移動鉆機，使放樁中心重合于成孔中心。鉆孔前應再次檢查標高，以保證其準確。

4.3 機鉆與成孔

4.3.1 鉆機就位

鉆機由陸運或海運運到施工平臺，由吊車或起重船吊至平臺工位。在鉆機就位之后，應保持鉆機垂直。檢驗放樁中心是否重合于孔位中心位置。鉆機平臺需保持水平，底座保持穩固，鉆孔時不得移位。

4.3.2 鉆位清理

在開鉆之前，樁位很可能堆放著袋裝礫石或大塊石頭工料，必須將這些雜物清理干凈后，方可啟動抓沖成孔作業。

4.3.3 嵌巖鉆孔初始面與終孔的確定

（1）確定嵌巖鉆孔初始面。案例工程以樁位地質等風化層界面作為校核依據，通過渣樣對比，區分強風化層與中風化層界面。嵌巖初始面的標高判別方法見表1。

表1 區分強風化層與中風化層界面的渣樣參考狀態

因為不同鉆機的鉆孔排渣時間不同，所以對渣樣劑量的判別也不同。當沖擊鉆泥漿反循環排渣，存在中等風化層大于70%的渣樣時，視為中等風化層；當采用氣舉反循環與泵吸的方式排渣時，中等風化層劑量一定要達到100%，這時鉆孔標高就是初始面標高。

（2）確定終孔

經專業人員現場檢測，依據最終孔深和嵌巖初始面，明確孔底標高與嵌巖深度（包括孔徑和垂直度），各項數據符合設計需求后，現場報監理工程師審查批準。

（3）成孔故障的防預與排除

成孔故障多為卡鉆、滲漏或孔壁塌陷。一般來說，故障的出現主要是由于日常裝備的維護和管理出現失誤、施工時沒有適時消除故障苗頭導致的。所以，為預防故障，應加強對操作人員和鉆機隊伍的管理，進行嚴格的入場裝備檢查確認、裝備維修和保養。在施工過程中，工作人員要認真操作、觀察，因為大部分故障在發生前均可能出現警示信號，因而不能盲目操作。特別要注意的是，杜絕對速率的追求，避免裝備帶病運行。一點出現掉鉆、斷桿等故障，可使用專用的夾具器材。如有需要，潛水員可潛水協助，加裝鋼絲纜繩起吊排除故障，故障排除方案應在當天制定完成，不影響整體施工進度[1]。

4.4 清孔

采用二次清孔的方式，終孔后第1 次清孔，鋼筋籠下放后二次清孔。沉渣厚度應符合設計需求，禁止用超鉆替代沉渣。對于選用沖擊鉆泥漿護壁（筑墻）技術的成孔樁位，其清孔標準明確的同時，還應滿足泥漿攜渣能力的檢測和各種（主要）泥漿指數的要求。

4.5 制作、安裝鋼筋籠

先在施工現場進行鋼筋籠分節制備加工，先將混凝土保護塊做成圓形，串在鋼筋籠捆筋內，用來控制主筋的凈保護層。再將鋼筋籠用運輸船運至鉆機平臺邊，浮吊到平臺上，使用履帶式起重機協助現場開展立式接拼，且接拼過程符合設計規范。

鋼筋籠在制備、裝配時需注意：

4.5.1 鋼筋籠制備胎座前，應提前拉直主筋。

4.5.2 短節運輸平板應配有固定裝置和支座，避免翻落、形變。

4.5.3 鋼筋籠裝配接頭應符合規范和設計要求，并保證成型后的鋼筋籠整體垂直。

4.5.4 鋼筋籠的接拼，應符合設計規范中關于同一斷面鋼筋接頭的數量、長度和錯位規格要求。

4.5.5 鋼筋籠的保護墊塊應預先用混凝土制成圓餅形狀，尺寸按設計要求執行，每2m 位置交叉配置墊塊。

4.5.6 鋼筋籠制備、裝配完成后，應報送質量檢驗評定表。電焊工一定要持證上崗。按設計要求開展接頭拉力取樣實驗。

4.6 澆筑混凝土

混凝土澆筑工藝，包括混凝土供應裝備和混凝土澆筑工藝流程。混凝土的供應裝備中，需配備兩艘或一艘可開展雙泵水上作業的攪拌船。混凝土澆筑時，由布料臂將混凝土運至澆筑處。當需要在船上添加混凝土時，應將混凝土船拖到公司的材料供應站上料碼頭進行補貨。此外，如果能使用陸上混凝土澆筑，則應盡量使用陸上泵進行混凝土澆筑[2]。

混凝土澆筑施工流程為：混凝土船拋錨就位；平臺上的鉆機已經位移，但是泥漿仍在正循環過程中；準備好混凝土儲料斗、澆筑架，φ0.3m/φ0.25m 導管；混凝土船進行實驗性伸臂操作。此時混凝土澆筑準備工作完成（泥漿正循環過程停止，再次測量孔底沉渣厚度）；澆筑到指定標高位置（嵌巖灌注樁需要一定量的混凝土翻漿）。

混凝土澆筑質量控制，主要是指嚴格按照設計要求，對各類材料進行質量檢驗，項目部門應設立專門檢測人員，做好等級配合比實驗與試壓工作。在施工過程中，應保證混凝土的供應質量，嚴格按照規范進行相關操作。

嵌巖樁混凝土澆筑前，需經項目部、技術部批準，報監理審批后，方可下達混凝土澆筑指令。同時，填寫混凝土澆筑作業《嵌巖樁混凝土澆筑檢查記錄表》《嵌巖樁混凝土澆筑原始記錄》。根據需求，嵌巖樁混凝土澆筑完成的28 天后，應開展樁體質量檢測，主要是對樁身混凝土進行超聲波測量[3]。

5 港口高樁碼頭工程嵌巖樁技術應用要點

為了深入分析該技術在實踐中的應用，將結合某一工程施工的實際情況展開分析和探討。某一橋梁工程的結構分為上下兩個部分，上部結構為預應力T梁，下部結構則有承臺和方形墩結構兩種，其中包括57 個橋墩。應用該技術在該橋梁工程施工中的技術要點分析如下：

5.1 對于成孔設備的選取

設備的科學技術水平和質量同技術應用的效果之間有著十分緊密的聯系。技術應用的過程中，首先應選擇符合工程需求的成孔設備。在選擇設備的過程中，應以成孔的方向為選擇設備的主要依據。根據固定的方式不同，可以選擇樁成孔設備或平臺成孔設備。施工過程中，還應考慮選擇何種排渣設備，可以根據施工現場的實際情況選擇循環排渣成孔設備或反循環排渣成孔設備。經過綜合對比和分析在該工程建設的過程中，如果應用平臺式氣帶反循環排渣成孔設備，不僅能夠保證施工現場的施工效果，而且有利于排渣，此外，還能夠降低對于工作人員的專業素質水平的要求。該設備的應用對于工作人員的綜合素質水平要求不高，操作較為簡便。同時，應用該設備展開橋梁工程的施工作業所需要投入的成本能夠控制在合理范圍內。但是應用該設備展開橋梁工程的施工作業也存在一些缺點。舉例說明，應用該技術設備可能造成孔隙率的增加，同時對于斜率的要求較高。如果斜率低于5.1。那么就需要利用新型成孔設備儀器進行鉆孔操作，而這種儀器屬于國外進口需要投入大量的成本，同時需要重新采購。因此，利用該技術在進行橋梁工程施工的過程中，應根據施工現場的實際環境確定選擇何種機械設備，同時還應當保證機械設備的質量，對機械設備進行檢驗。此外，還應當確定樁體長度，在此基礎上確定貫入樁的長度。

5.2 樁基施工和檢測作業

利用該技術施工前，需要對施工現場進行全面勘察。在此過程中，需要確定當地未來一段時間的天氣狀況，同時還要確定當地的自然地理環境條件。根據當地的天氣條件，確定未來一段時間內的工作規劃。根據當地的自然地理環境條件，確定如何進行樁基施工。在這一過程中需要控制好水滲漏的情況，防止由于水滲漏導致樁基的質量受到影響。

5.3 確定鋼管樁嵌巖位置的方式

利用該技術在施工之前應當明確其各項參數，尤其是長度。進行嵌巖樁的施工作業需要將其前端嵌入巖體內，而巖體又受到風化影響。此時，選擇程度適中的巖石結構進行操作十分重要。有理論研究表明，在中等風化程度的巖層內進行施工作業能夠保證施工的效果。如果能計算好嵌入的長度，同時選擇中等程度的巖石進行操作，那么就能夠保證最終的工程質量。但是，在進行判斷的過程中，容易受到各種各樣因素的影響，因此增加了技術應用的難度。同時，在進行嵌入操作時，需要應用各種各樣的儀器設備。例如，鉆孔方式動態性檢驗設備，還需要考慮嵌入長度如何控制的問題。這對工作人員的技術水平提出了更高的要求。

6 預防和處理港口高樁碼頭工程嵌巖樁事故的相關策略

6.1 橋梁施工期間的漏漿以及坍孔現象

為了保證最終的橋梁施工質量，應當做好各項質量管理工作，減少事故的發生。對于施工期間所產生的漏漿和塌孔現象，針對前者，首先分析產生問題的原因，主要是孔壁的地層孔隙較大，使得相對位置的透水性無法得到控制。解決這一問題可以提高孔壁的穩定性；對于后者而言，需要保證護筒的深度。保證回填土的密實性，能夠減少漏漿事件的發生。

6.2 公路橋梁施工卡錘問題的解決方式

橋梁工程施工過程中，在沖孔施工環節，容易出現卡錘的情況。如果出現這種情況將拖延工程施工的效率，因此應提出解決思路對其進行規制。如果能夠在施工之前做好檢查工作，檢驗鉆錘的直徑，保證鉆錘的直徑同施工的實際情況相符合，就能減少卡錘事件的發生。如果發生卡錘情況就需要及時處理，開展補焊相關工作。判斷情況是否嚴重，從而選擇應當使用起重機進行操作，還是應當對錘體周圍的巖層進行爆破處理。

6.3 橋梁施工中的梅花孔解決方式

橋梁工程施工的過程中，由于泥漿的黏稠程度較高，會導致梅花孔的情況出現。解決這一問題，可以根據巖層的堅硬程度選擇泥漿的沖程。如果能夠增加鉆錘地旋轉時間，那么就能夠幫助清除施工現場的雜質，減少梅花孔現象的出現。

6.4 橋梁施工爆破挖孔問題

橋梁工程施工的過程中需要進行爆破操作。為了保證爆破的效果，應嚴格要求爆破方案以及爆破方案的執行過程。制定爆破方案的工作人員應當具備豐富的工作經驗和專業的理論知識。在執行爆破方案的設計方面，應確定好火藥放射的位置，同時計算好孔距。在制定工作方案的基礎上，保障工作人員的工作安全和工作效果十分重要。

7 結語

針對港口高樁碼頭工程的嵌巖樁施工技術進行了分析、研究，圍繞施工操作平臺、測量放樣、鉆機就位、成孔、清孔、鋼筋籠的制作與安裝、混凝土澆筑等主要工作進行了詳解，梳理、探討了高樁碼頭的嵌巖樁施工技術要點，制定了合理的施工解決措施，為水工碼頭工程同類樁型的施工提供了借鑒。