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贺家树 （中交第二航务工程局有限公司深圳分公司，广东深圳518067） 摘要：钻孔植入桩是一种浅覆盖层状态下高桩码头桩基施工技术。在浅覆盖层状态下，采用传统的打桩船水上沉桩工艺，桩尖受到基岩的阻力，很难达到设计要求底标高。而采用钻孔植入桩的施工工艺，则能有效解决上述难题。文章分析了钻孔植入桩的原理，从施工平台搭设、钻进成孔、钢管桩植入、混凝土浇筑等几个方面，论述了在覆盖层较浅的情况下高桩码头钻孔植入桩基础的施工，并对提高钻孔植入桩的施工质量提出了相应的办法。通过钻孔植入桩施工技术在在建项目中的应用，说明其在浅覆盖层状态下，代替传统的打桩船沉桩工艺是可行的，可为类似工程的施工提供参考。 关键词：钻孔植入桩；施工技术；高桩码头；应用 1 背景案例安徽铜陵某化工园专用码头位于长江铜陵段成德洲右叉右岸，在铜陵长江大桥下游约14 km处，共3个泊位。设计规模为3 000吨级，码头泊位总长为503 m，为高桩梁板结构[1]。 由于长江在该段覆盖层较浅（微风化岩面上的覆盖层厚度多数区域不超过3.0 m），若按照常规方法采用打桩船水上沉桩工艺[2]，则钢管桩很难达到设计要求的桩底标高，桩基稳定性将会受到影响。根据施工现场实际情况，经过多种方案的比选以及业主、设计单位的认可，最终选择了钻孔植入钢管桩的施工工艺。 2 钻孔植入桩原理本工程钻孔植入钢管桩的施工原理为：施工前先在桩位处钻孔至设计桩底标高，再将桩底开孔的钢管桩植入，之后用导管法灌注水下混凝土，根据连通器的原理，钢管桩外侧与岩体之间的空间会被同步上升的混凝土充满。待混凝土达到设计强度后，钢管桩便会与桩基外侧的岩体形成一个有效整体，从而使得钢管桩桩基稳固，受力满足设计的要求，见图1。  图1 钻孔植入桩示意图 3 工艺实施步骤3.1 水上浮平台拼装、定位 由于码头所在区域覆盖层较浅，因此无法在施工水域搭设固定平台施工桩基，经研究采用了浮平台进行施工。 单个浮平台由2艘400 t方驳组合而成，方驳间用贝雷片连成整体，贝雷架上铺设I25a工字钢与[14连接槽钢制作的钢平台，钢平台上铺设50 mm厚木板形成钻机工作的浮平台。为保证浮平台的相对平稳，每个平台上的各钻机应尽量对称施工。 浮平台顺江定位，沿岸上每隔40 m设1个地笼，共8个地笼，作为浮平台内八字锚使用。外八锚及上下游临水锚采用2 000 kg铸铁锚水上抛设[3]，浮平台的移动利用锚缆的收放实现，见图2。平台的定位利用岸上的全站仪进行。 3.2 钢护筒制作及沉放  图2 浮平台平面布置示意图 钢护筒壁厚18 mm，内径较钻孔孔径大300 mm[4]，下端外壁设0.50 m长加强箍。钢护筒长度为18.5 m，入土（卵石层）深度约3.5 m，水位按最高+8.0 m计（5月份），另制数根2 m长度的钢护筒备用。根据现时水位现场接长或截断钢护筒，钢护筒顶标高控制在浮平台顶标高附近。 单根钢护筒最大重量为18 t，采用250 t浮吊起吊就位，DZ150型振动锤沉放。 3.3 钻机钻进成孔 通过对施工区域地质条件分析，场地地层有卵石层并含漂石，且桩孔需入微风化砂岩，采用回旋钻机难以施工，因此本工程采用冲击成孔施工方法。为确保植入桩的植入效果，冲击成孔的孔径要较钢管桩的外径大400 mm。 3.4 钢管桩植入及混凝土浇筑 当钻孔至设计标高后，移走钻机，用250 t起重船将钢管桩吊入孔内。为保证浇筑时混凝土能将钢管桩外壁与孔壁的间隙填满，钢管桩底部需开槽口。钢管桩植入后，应加以固定，防止偏位。完成上述工作后，在钢管桩内接导管浇筑水下混凝土。 3.5 钢护筒拔除 钢管桩内混凝土浇筑结束，外翻混凝土达到设计要求后（根据桩基所处位置的不同，设计对本项目混凝土外翻高度要求为3.5 m、4.0 m及4.5 m），即可拔出钢护筒。钢护筒采用250 t起重船吊振动锤振动拔出。 3.6 浮平台移位 浮平台内所有钢护筒拔出后，对钢管桩超出水面阻碍浮平台移动的部分予以截除。截除时应注意钢管桩截除高度不得处在同一水平面上，相邻桩基顶部保持1 m左右的高差。截除部分的钢管桩按编号另行存放，待浮平台整体移出桩位时再将钢管桩及混凝土接长至设计标高。 上述工作完成后，调整锚缆，将浮平台移至下一个作业区，按照同样的工艺进行钢管桩植入施工。 3.7 钢管桩接长 用250 t起重船起吊被截除的原桩头，人工焊接接长。为确保钢管桩质量，在焊接完成的钢管桩焊缝外侧再加焊一道高0.15 m、厚12 mm的钢管桩包箍。 4 确保钢管桩植入质量的方法钢管桩的植入质量主要体现在钢管桩植入精度以及外翻混凝土质量和高度两个方面。施工过程中采取了如下措施： 4.1 钢管桩的植入精度控制 采用250 t起重船将钢管桩垂直吊入孔内，吊入时应控制钢管桩的位置大致在孔中心的位置，防止钢管植入碰到孔壁，造成孔壁塌落形成沉渣。 为保证钢管桩外翻混凝土质量能较好的满足设计要求，植入钢管桩的外壁与孔壁及之间的间隙应均匀，满足200 mm左右，并且不能小于120 mm，否则会造成混凝土外翻困难，达不到设计要求的高度。 为确保钢管桩植入的精度满足设计要求，在钢管桩植入前在其下部入土部分外壁上焊接由φ25钢筋制作的导向装置，以控制钢管桩与孔壁之间的间隙，导向装置每隔1.5～2.0 m设置一道。 4.2 钢管桩外翻混凝土质量和高度的控制 本工程水下混凝土灌注[5]质量控制与一般灌注桩水下混凝土灌注控制存在着一定的差异：既要保证一般水下灌注桩混凝土的各项质量要求和灌注的连续性，又要保证在植入钢管桩外翻混凝土高度和质量满足设计要求，且能否满足此项要求是确定该工程植入桩施工成败的关键。 为保证灌注时混凝土能翻入钢管桩外壁与孔壁的间隙，根据连通器原理，在钢管桩底部需开设“∩”形槽口，将由导管送入钢管桩内的混凝土外翻至钢管桩外壁与孔壁的间隙。理论上混凝土外翻高度应和钢管桩内混凝土高度一致，但由于混凝土与孔壁的摩擦力等不可见因素影响，且缺少类似工程实施经验，很难通过计算确定钢管桩的开孔数量、面积及高度。为保证外翻混凝土达到设计要求，施工现场所采取控制的主要措施是： 1）确保混凝土的和易性、流动性良好，减小混凝土与孔壁的摩擦力 选用品质稳定的缓凝型外加剂，保证初凝时间不小于8 h（单根桩混凝土灌注总时间约3 h），本工程外加剂选用ZX-SPIV高效缓凝型减水剂。石子选用5～25 mm粒径，砂子选用中粗砂。石子应严格控制级配，不符合要求的可通过筛分处理，直到满足施工要求，砂子应严格控制其含泥量。混凝土坍落度的控制尤为关键，坍落度偏大，将会导致局部离析，强度偏低，本次施工的坍落度严格控制在18～22 cm。 混凝土导管的技术要求：本次施工采用φ273 mm×8 mm导管，并用快速工具式接头连接，内设一道O形橡胶密封止水圈。水下混凝土浇筑前严格按要求做水密封性承压试验，确保导管的强度、刚度和密封性。在施工中每节导管间连接要专人控制，确保其密封性良好。 以上措施从施工实际效果看，整个施工期间混凝土塌落度稳定、和易性良好，无离析现象，未出现过因混凝土性能而堵管的现象；混凝土下料导管水密性能良好，无透水现象。为保证植入式钢管桩外翻混凝土的高度和质量满足设计要求奠定了良好的基础。 2）钢管桩底部的开孔数量、大小和高度 对于钢管桩底部的开孔数量、大小和高度，开孔过小无疑将影响混凝土的外翻能力，开孔过大又会影响钢管桩的自身强度。经多次技术论证，并结合相关经验初步确定开孔高度为0.6 m，开孔断面大小为钢管桩断面周长的45%左右。另外为保证开孔处钢管桩的刚度，防止起吊过程中造成变形，钢管桩开孔底端应留0.10 m长度。 从首根钢管植入桩外翻混凝土的情况来看，混凝土沿钢管桩四周外翻均匀，说明钢管桩开孔断面比例及排列较为适合，但混凝土外翻高度略为不足，仅4 m左右。为解决混凝土外翻高度不足的问题，之后将开孔高度增加到1 m，并在施工过程中采取了以下措施： 为增大钢管桩内外的压力差，尽量延长首次提升混凝土导管的时间，使导管外翻混凝土的下口长时间处于钢管桩开孔附近。此处混凝土因此获得了一定的动能支持，为钢管桩内混凝土的顺利外翻制造有利的条件。 实践证明，在混凝土导管首次拔管之前，钢管桩内外混凝土面几乎同时上升，内外混凝土面的高差也很小。随着混凝土导管的提升，钢管桩外翻混凝土面的上升速度也很快减小，当混凝土导管下口提至离钢管开孔3 m以上时，钢管桩外翻混凝土面的上升也几乎完全停止。但长时间不提升导管将使导管内外压差减小，导管内混凝土不能顺利下洩，也容易造成埋管现象。施工时应注意控制在保证钢管桩外翻混凝土高度的同时不能使导管在通中埋置过深，必要时可抖动混凝土导管，使导管内混凝土能够顺利下泄。 施工中对钢管桩开孔高度和首次提升导管前导管在混凝土中的埋深对混凝土外翻高度影响程度进行了比较，见表1。 钢管桩开孔高度首次提升导管前导管埋深4.06.08.0 表1 不同钢管桩开孔高度及导管埋深对混凝土外翻高度影响  0.63.8～4.54.2～5.54.5～6.0 0.74.0～5.04.5～6.05.0～6.5 0.84.0～5.54.5～6.05.0～6.5 1.04.5～5.54.5～6.05.0～6.5 通过对以上影响因素的分析对比，可以看出钢管桩开孔高度不是影响混凝土外翻高度的主要因素。但高度小于一定的数值对混凝土外翻高度还是有较大的影响。为了尽量减小对钢管桩自身削弱，并满足一定的开孔高度，将钢管桩开孔高度定在0.7 m，效果较好。 3）增大钢管桩内外压力差 由表1可以看出影响混凝土外翻最终高度的主要因素是首次提升导管前导管在钢管桩内混凝土中的埋深，即钢管桩内外混凝土面的高差。因此，增大钢管桩内外混凝土面的高差（即压力差），能有效增加混凝土外翻高度。但导管埋深过大不利于混凝土的顺利灌注，为此施工中采用了以下办法来增大钢管桩内外压力差：在钢护筒长江水面以上0.4 m高度位置以及钢管桩长江水面以上0.5 m高度位置侧壁上分别开1个200 mm×200 mm的小孔（灌注结束后应及时补孔），灌注过程中孔内泥浆通过小孔流出，减小了钢管桩内外泥浆面高度，增大了钢管桩内导管混凝土面与钢管桩内外混凝土面的压差，见图3。  图3 植入钢管桩及钢护筒开孔示意图 通过对钢管桩和钢护筒开孔与否与首次提拔导管前导管在混凝土中的埋深对钢管桩混凝土外翻高度影响对比，可以看出开孔的钢管桩混凝土外翻高度较不开孔的钢管桩总体要高，钢管桩混凝土外翻高度见表2。 开孔情况首次提升导管前导管埋深4.06.08.0 表2 不同开孔条件及导管埋深对混凝土外翻高度影响  开孔5.0～6.05.5～7.06.0～8.0不开孔4.0～5.04.5～6.05.0～6.5 通过上述分析，施工中采用了在钢管桩与钢护筒上开设200 mm×200 mm的小方孔，并使首次提升导管前导管的埋深控制在6.0 m左右的方法作为最终的施工工艺。从实际效果看，能较好地满足设计要求。 4.3 外翻混凝土高度不足的处理 为确保钢管桩外翻混凝土的高度不小于设计要求的高度，在桩基混凝土灌注过程中，不断用重锤测量外翻混凝土面上升高度。因摩擦力的原因，外翻混凝土在导管初次拔管后一段时间就会停止上升。根据对现场桩基施工情况的分析，这时的外翻混凝土高度就是最终的混凝土外翻高度。 施工过程中，共有2根桩外翻混凝土在导管初次拔管后停止上升，达不到设计要求。为保证桩基质量，施工中采取的补救措施是立即停止混凝土的灌注工作，在混凝土初凝前用250 t浮吊将钢管桩拔出。然后重新钻孔、植入钢管桩、灌注混凝土，直至混凝土外翻高度满足要求。 5 效果检测桩基施工过程中，业主委托了专业检测机构对已完工的部分单桩进行了垂直、水平承载力检测和钢管植入桩外翻混凝土取芯。检测结论为：钢管桩垂直，水平承载力满足设计要求；外翻混凝土完整性良好，强度大于设计强度[6]，混凝土外翻高度与施工中重锤实测的结果基本一致。 6 结语钻孔植入钢管桩的施工工艺在安徽铜陵某化工园专用码头的应用，有效解决了覆盖层较浅时高桩码头桩基施工的难题，并取得了良好的效果，为同类工程的施工积累了较为成功的经验。 参考文献： [1]邱驹.港工建筑物[M].天津：天津大学出版社，2002. QIU Ju.Port engineering building[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002. [2]交通部第一航务工程局.港口工程施工手册[M].北京：人民交通出版社，1994. The First Harbour Engineering Bureau,The Ministry of Communications.Handbook for harbour engineering construction[M].Beijing: China Communications Press,1994. [3]周福田，张贤明.水运工程施工[M].北京：人民交通出版社，2004. ZHOU Fu-tian,ZHANG Xian-ming.Water transport engineering construction[M].Beijing:China Communications Press,2004. [4]JTG/T F50—2011，公路桥涵施工技术规范[S]. JTG/T F50—2011,Technical specification for construction of highway bridge and culvert[S]. [5]JGJ 55—2011，普通混凝土配合比设计规程[S]. JGJ 55—2011,Specification for mix proportion design of ordinary concrete[S]. [6]JTS 257—2008，水运工程质量检验标准[S]. JTS 257—2008,Standard for quality inspection of port and waterway engineering construction[S]. Application of drilling implantation pile construction technology in high pile wharf HE Jia-shu Abstract：Drilling implantation pile is a kind of pile foundation construction technology of high pile wharf under the state of shallow cover layer.In the condition of the shallow cover layer,if using the traditional piling ship hammer pile technology on the water,the pile tip is subjected to the resistance by bedrock,it is difficult to meet the design bottom elevation.But using the drilling implantation pile technology,it can effectively solve the above problem.We analyzed the principle of drilling implantation pile from several aspects such as construction platform build-up,drilling hole,steel pipe pile implantation,and concrete pouring,discussed the high pile wharf construction of drilling implantation pile under the shallow cover layer conditions,and put forward the corresponding solutions about how to improve the construction quality of drilling implantation pile.Through the application of drilling implantation pile construction technology inprojects under construction,it is proved that it is feasible to replace the traditional piling ship hammer pile technology in shallow cover layer,which can provide a guideline for similar engineering constructions. Key words：drilling implantation pile；construction technology；high pile wharf；application 中图分类号：U656.113 文献标志码：B 文章编号：2095-7874（2017）07-0085-05 doi：10.7640/zggwjs201707020 收稿日期：2016-11-12 |
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