浅谈某化工码头海上钢管嵌岩桩斜桩施工技术

浅谈某化工码头海上钢管嵌岩桩斜桩施工技术

朱锦辉

浙江港湾工程项目管理有限公司温州市325002

摘要：结合温州市某化工码头工程钢管嵌岩桩斜桩施工的工程实例，针对钢管嵌岩桩斜桩施工过程中容易发生的质量问题，提出相应的处理措施，以积累沿海码头工程桩基施工经验，来确保桩基施工质量。

关键词：码头工程；嵌岩桩；斜桩；处理措施

一、工程概况

温州市某化工码头工程总长340m，码头由1个工作平台、4个系缆墩及1个引桥组成。其中工作平台长195m，宽20m，引桥1座，长78.798m，宽11m。工作平台、引桥为高桩板梁式结构，上部结构采用现浇横梁、叠合边纵梁、叠合面板结构。4座系缆墩均为高桩墩式结构，平面尺寸均为12m直径圆形。墩与墩之间、墩与工作平台之间采用人行钢便桥联系，码头通过引桥与后方陆域联系。根据设计图纸，本码头工程的码头、引桥及系缆墩嵌岩灌注桩和锚岩桩基共有146根。统计见下表：

二、工程地质和水文潮汐

（一）工程地质

该工程地质钻孔资料表明，场区勘探深度以浅岩土层共可划分为7个工程地质层，12个亚层。场区岩土层变化较大，上覆第四系松散层②层、④层及⑥层土性质相对较好，但因处山前地带，上述土层分布不稳定，且埋藏浅，难以作上部荷载较大的建（构）筑物的桩基持力层使用；另外，场区局部地段海底中风化基岩裸露，且大多埋深较浅，一般在10m以内，⑦3层中风化花岗斑岩：浅紫红色，斑状结构，块状构造，岩芯呈短柱状、碎块状，以短柱状为主，柱长一般5~15cm，裂隙发育，面上铁锰质渲染较强，岩石属硬质岩。该层岩性性质好，埋藏较浅，为场区较为理想的桩基持力层。

（二）水文潮汐

该工程海域潮汐属非正规半日潮，潮差大，落潮历时略大于涨潮历时，潮汐作用明显。观测到最大潮差近5m。潮流为半日潮流类型，以往复流为特征，涨潮流向西或向南，落潮流向东或向北，涨潮流速大于落潮流速。区域内地表水主要为海水。

三、桩基施工平台搭设

桩基施工平台采用φ820钢管桩、φ630钢管桩打入强风化岩层作为基础，上设H70型钢和通道平台钢管桩连接，H70型钢上面间隔0.8m铺设I28a工字钢，斜桩桩位附近工字钢间距加密为0.4m，面上铺设10mm厚钢板。钢管间以I28a工字钢双拼作为平联，再以两根[20a槽钢作为剪刀撑。钢管内嵌入单根H70型钢作为平台结构主梁，主梁上设8榀贝雷。贝雷片上间距按60cm布置I28a分配梁，分配梁设[20槽钢间隔3cm平放作为面板。两侧设护栏，护栏以1.2m[10槽钢间隔3m布置作为立柱，立柱割两个圆孔，孔中穿镀锌钢管作横档。

四、钢管桩沉桩

（一）振动锤沉钢管桩施工

1、振动锤沉钢套管施工流程

测量桩位固定导向架吊桩就位振动锤沉设钢套管观测沉桩进尺停锤准备沉设下一根钢套管

2、设备选型配套：DZ150A型双颊振动锤；80t履带吊车。

DZ150A型振动锤技术参数

3、施工过程

桩位测量：利用全站仪测定桩位，平台上设置导向装置精确定位。

吊管就位：钢套管船运至桩位附近，80t履带吊通过钢平台到达桩位附近起吊，将钢套管放入导向架内。履带吊主钩起吊振动锤，用锤底下的液压尖嘴钳夹紧钢管管壁，准备沉设钢套管。

沉设钢套管：钢套管就位后，启动振动锤开始沉设钢套管，直至钢套管打至中风化持力层，钢套管不再下沉为止。如果在后续成孔施工中发现钢套管未到达中风化岩层持力层（根据冲孔取岩样判定），则采取钢套管跟进的方法，使钢套管到达中风化岩面。

钢套管稳定处理：本工程地质情况复杂，覆盖层极少，特别是码头平台16#～21#排架之间岩基裸露。码头平台、2#~4#系缆墩及引桥部分先搭设施工钢平台，再进行钢套管沉设，利用钢平台焊接井字架夹牢钢套管。

（二）打桩船沉钢管桩施工

1、本工程1#系缆墩8根Φ1500mm锚岩钢管桩和4#系缆墩7根Φ1800mm钢套管需打桩船进行沉桩，桩长最长达54m，最大直径为1.8m，最大斜度为3：1，“浙桩8号”打桩船完全能够满足本工程沉桩施工要求，故本工程沉桩选用“浙桩8号”打桩船。打桩船性能详见下表：

2、前（或后）倾桩架（打俯桩时前倾，打仰桩时后倾），将管桩调整至设计斜率。依据打桩船“海上打桩GPS定位系统”显示打桩船的姿态及管桩空间位置的图形和数据，通过锚机精确调整船位、利用打桩架液压系统调整桩架的向前或向后的倾角，使桩到达设计位置。慢慢放开上吊点主吊钩，打开抱桩器，使管桩在重力的作用下自动插桩。测量人员复核管桩位置，符合要求后，进行下一步工序。

3、解除上吊点，桩锤沿桩架下滑，压锤稳桩，打开离合器，启动起落架，锤击沉桩。开锤前检查桩向、桩锤、替打在同一轴线上，防止产生偏心锤击。在沉桩过程中全程连续对沉桩进行观测，如果出现贯入度异常、桩身突然下降、过大倾斜、移位等现象，立即停止沉桩，及时向监理工程师和设计单位汇报。沉桩过程中施工员及测量人员认真及时做好沉桩记录。

4、沉桩停锤控制标准：以贯入度控制为主，标高作为校核。嵌岩、锚岩桩钢套管：以钢套管沉桩至中风化岩顶面，并以钢套管不卷边为原则。沉桩过程中制定合适的沉桩速率，防止水下岸坡失稳，并加强观测，如出现异常情况时，及时与设计单位联系。

5、1#和4#系缆墩部分覆盖层较厚，每完成一根钢套管沉设后，与相邻钢套管之间利用28#双拼工字钢分别在标高分别在+3m和+1.5m位置进行连接，形成整体，确保桩基稳定。

（三）钢管桩分节跟进沉桩

本工程2#、3#系缆墩区域存在大量抛石，该区域钢套管采用冲击钻机冲击成孔分节跟进的方法进行沉桩，钢套管外面需套一个钢护筒（比钢套管直径大20cm，壁厚8mm），钢护筒需跟至岩层顶面。2#、3#系缆墩所需沉设第一节钢套管长度为20m，剩余分节长度为6m，全部在厂家加工成型。

1、设备选择：根据设计要求结合工程实际情况进行设备选配，该工程采用了下列设备：DZ150A型双颊振动锤；80t履带吊车；JKL-8冲击钻机。

2、施工过程

2.1测量定位：利用全站仪测定桩位，平台上设置导向装置精确定位。

2.2沉设第一节钢套管：80t履带吊起吊第一节钢套管放入定位架内，履带吊起吊DZ150A振动锤夹住钢套管顶部起吊振动锤进行沉设，直至钢套管不再下沉为止。

2.3冲击成孔钢套管跟进：利用80t履带吊将冲击钻机安放到施工平台上，开始冲击成孔。冲孔深度达到第二节长度时，开始焊接第二节钢套管。焊接应该保证钢套管的整体垂直度，焊缝做好防腐处理。继续锤压沉钢套管，然后继续锤击冲进与第三节套管长度相应的深度后，再焊接第三节钢套管，继续锤压钢套管至设计标高。

五、斜桩钻机设备选择、钻头的设计及制作、浇筑混凝土导向装置制作

（一）冲击钻机技术参数

（二）冲击钻机钻头的设计和制作

Φ1500斜桩钻头长度8000mm，Φ1800斜桩钻头长度8800mm，均为筒柱状，冲击成孔时，用钢套管作导向，保证钻头始终有部分在钢套管内。Φ1800斜桩钻头根据嵌岩斜桩的深度，采用钢板卷形分节加工焊接形成圆形导向筒，长8.8m，直径Φ1600mm，上节8m长，壁厚14mm，下面一节长0.8m，Φ1600mm，壁厚40mm；圆筒外表面纵向间隔250mm，呈螺旋状通长焊接Φ14mm螺纹钢，以起到辅助冲击锤冲击时桩锤旋转，减小导向筒与钢套管之间的摩擦力和增大桩锤重量的作用。

制作好导向筒后，在钢管上呈放射形中心对称地焊上5条厚度68mm，高300mm的钻牙基座，在每条基座上对称焊接2个厚度为100mm耐磨合金钢制成的钻牙，钻牙可根据使用情况进行更换；导向筒锤尾一端焊接上供连接冲孔桩机缆绳的吊座及吊环。

Φ1800mm斜桩锤头制作

（三）斜桩灌注桩混凝土浇筑导向装置制作

斜桩灌注桩浇筑与直桩灌注桩浇筑主要不同是其导管需要导向装置，导向装置由4个2cm厚的弧形钢板对称设置在导管四周，φ32mm钢管加强连接。

每根斜桩浇筑时，共设置两个导向装置。分别设置导管顶部及底部的第二节导管的中间部分。每节导管3m长，直径300mm，导向装置长2m。

六、嵌岩灌注桩施工工艺流程

（一）嵌岩灌注桩施工工艺流程

施工准备→嵌岩钻孔工作平台搭设→钻机安装→清除桩内泥渣→嵌岩钻进（填写钻孔记录）→第一次清孔→验孔→下钢筋笼和导管（钢筋笼制作质检和导管水密性试验）→第二次清孔→浇注水下混凝土（砼计量控制）→终孔移机。

（二）施工设备选择

根据本工程的地质特性和工程进度的要求，施工设备选择选用8台JKL-8/JKL-10型冲击钻机进行嵌岩灌注桩的施工；每台钻机工作时，配置1台22KW的泥浆泵换浆，10m3空压机进行气举反循环清渣。配置80T、60T履带吊各一台配合起吊钻头、钢筋笼、钻机就位等辅助作业。

（三）嵌岩和钻进

采用冲击钻进，所需泥浆在专门的造浆设备和泥浆池里进行造浆排渣。钻进过程提升锤头时要平稳，避免冲撞钢套管；钻孔过程中要连续操作，详细、真实、准确地填写钻孔原始记录；钻进过程中要随时检查岩样。

根据不同的土层设置不同的冲击行程，在土层中成孔时采用高频率、短冲程冲击，冲击行程为0.6~0.8m/击；在岩石中成孔时采用低频率、高行程冲击，冲击行程为1.0~1.2m/击。

施工过程及终孔后采用淘渣筒掏渣法进行初步清孔，待较大颗粒沉渣清理完毕后，利用气举反循环法进行第一次清孔，清理孔内沉渣，保证清孔后沉渣厚度满足规范要求，在混凝土导管下好后，再进行第二次清孔。

（四）嵌岩起始岩面确认及终孔判断

嵌岩起始岩面的确认采用渣样对比法。

由于采用淘渣筒排渣，其渣样中中风化层含量必须在70%及以上，此时钻孔标高为嵌岩起始面标高。嵌入中风化层长度达到设计要求，即可终孔。

（五）钢筋笼制安

本工程钢筋笼主筋规格较大、数量较多，为保证钢筋接头质量和减少钢筋连接时间，每节之间的钢筋采用滚轧直螺纹套管工艺连接，同一断面接头数量不大于50%。钢筋笼外圈每隔2m设置3个混凝土保护层垫块，垫块以滚轮形式设置在钢筋笼箍筋上，除保证钢筋笼居中并垂直外，同时起到嵌岩斜桩钢筋笼下放的导向作用。下笼时由人工辅助对准孔位，保持钢筋笼垂直。下放时小心轻放，避免钢筋笼碰撞护筒壁。当钢筋笼下降到顶部吊点附近的加劲箍接近孔口时，用工字钢穿过加劲箍的下方，将钢筋笼临时支撑于孔口。此时吊装第二节钢筋笼，使上下两节钢筋笼位于同一竖直线上，进行连接。对接时要衔接迅速，减少作业时间，连接完成后，稍提钢筋笼，抽去临时支托，将钢筋笼徐徐下降，如此循环，使全部钢筋笼降至设计标高为止。

钢筋笼安放就位后，采用6根Ф25mm钢筋将钢筋笼均匀分布焊接在钢管桩顶端，防止灌注混凝土时钢筋笼上浮。

（六）检测管安放

钢筋笼安放过程中同步安放超声波检测管。超声波检测管采用定型产品，其连接方式为预留丝口+外接套筒的形式，对接丝口位置进行焊接补缝。检测管底部套封闭堵头，顶端采用旋紧螺丝盖，用以防止泥浆或混凝土等异物进入管内。3根检测管按设计要求均匀布置在钢筋笼内侧，每间隔2m用16号铁丝将检测管绑扎固定在钢筋笼主筋上，在安放过程中及时向检测管内灌注淡水，防止检测管在浮力作用下上浮。

（七）混凝土浇筑

混凝土导管安放及二次清孔：混凝土导管采用加重型无缝钢管，导管规格为Ф300mm、δ10mm，每根长度3000mm。安放导管前需进行导管连接部位的水密性试验（P≥0.75MPa），保证混凝土在下料过程中不产生渗漏或离析。导管全部安放后，采用气举反循环或泵吸反循环进行二次清孔，当沉渣厚度小于50mm、泥浆含砂率≤4%、泥浆密度达到1.05～1.1kg/m3时，拆除排渣系统，立即进行混凝土灌注。斜桩砼面的测量：采用圆形钢筋空心球做测锤，便于测锤在钢护筒内下滑，同时其比重接近灌注的砼，测锤不会埋入砼内，能比较准确测量出砼顶面高程。

（八）施工注意事项

1、管桩底端反卷：直桩嵌岩过程中如发现钢套管底部卷边，则采用重型冲击锤反复冲击卷边部位，通过冲击使卷边的钢板断裂，再用磁铁吸捞出钢板块。

2、卡锤事故的预防与处理：桩机就位固定好，施工过程中不得发生倾斜、位移和沉陷；冲孔时，放置套筒，并在其上设置导向扶正器，以保证冲锤中心线与孔的轴线一致。冲击成孔时，采用小冲程开孔，使初成孔垂直和圆顺，起导向作用，以防成孔弯曲导致的卡锤。若发生卡锤现象不宜强提，需轻提，采用冲、吸等方法将锤周围松动后再提出。

（九）施工中涉及的主要问题及解决情况

1、本工程地质情况复杂，主要体现在覆盖层较薄，且存在较大的陡坡。施工过程中存在下列问题：钢套管在冲孔过程中易出现偏位、斜度变大或变小现象；16~21#排架岩基裸露且陡坡较大，给桩基成孔带来较大影响。

解决方法：利用钢平台钢管焊接工字钢形成上下双层井字架进行稳桩，并在钢平台下层井字架位置设I28a双拼工字钢进行加固；或用钢丝绳沿桩基倾斜方向拉住固定。

2、对导管漏水问题及时采取应对措施：更换导管加大导管壁厚，加长导管连接丝口的长度，采用内外双层密封圈，并在施工过程中做到每浇筑1根桩就更换一次密封圈。在后续的桩基施工过程中，再也没有发生过导管漏水现象。

七、桩基检测和验收

本工程共计检测146根桩。1#系缆墩锚岩桩8根检测抗拔力满足设计要求。2#-4#系缆墩和码头、引桥平台灌注桩声波透射法桩基检测138根，除3根桩为Ⅱ类桩外，其它135根桩全部为Ⅰ类桩。灌注桩钻孔取芯检测2根，检验结果显示混凝土芯样连续、完整、胶结较好，桩底无沉渣，砼平均抗压强度达到设计要求。经实测，桩位偏移、斜度、扭角等符合设计及水运工程质量检验标准的要求。

八、结束语

在码头施工过程中，要对码头的施工条件进行充分考虑，提高码头的施工质量。

参考文献：

［1］《宁波光明码头钢管嵌岩桩施工技术浅析》《中国水运：下半月》2013年第10期281-282页；

［2］JTJ285-2000.港口工程嵌岩桩设计与施工规程[S]；

［3］JTS167-4-2012.港口工程桩基规范[S]。

作者简介：朱锦辉（1980-），湖南双峰人，交通部监理工程师，从事港口及航道工程施工监理工作。