大连北良石化码头钢桩锚杆嵌岩施工总结

冯华志

摘要：文章介绍了海上锚岩桩整套施工工艺，提出了锚岩平台选择的要点，改进了上部锚固砼的施工工艺，可为同类施工提供参考。

关键词：锚岩桩施工平台微膨胀砼

中图分类号： U656.1文献标识码： A 文章编号：

1. 引言

嵌岩桩是将桩端直接嵌入基岩中，它可以大大提高桩基的水平力、力矩等，特别是锚杆嵌岩桩，能显著提高桩基的上拔力。随着工程向外海岩层延伸及设计荷载的加大，越来越多的工程将采用嵌岩桩。

2. 工程概况

大连北良石化成品油装卸码头位于大连北良园区，该工程共包括4个万吨级泊位，码头由2个操作平台、9个系缆墩、5个引桥墩组成，呈一字型布置。码头结构采用高桩墩台结构，基础采用φ1m、φ1.2m两种直径的钢管桩共439根，桩长为35～40m不等，其持力层为中（微）风化板岩层。

码头结构中1.20米直径钢管桩单桩轴向向下作用效应设计值为7000KN,单桩轴向向上作用效应设计值为2700KN； 1.00米直径钢管桩单桩轴向向下作用效应设计值为5000KN。

场地上部有较厚的淤泥层、淤泥质粉质粘土层，强度低，呈流塑-软塑状，故不利于抵御水平力作用。板岩成份较复杂，见有钙质板岩、泥质板岩，局部夹有粉砂岩、砂砾岩，风化程度不均匀，基岩风化面变化较大。设计根据详勘地质资料，在码头桩基中设锚杆嵌岩桩73根，其中φ1200mm钢桩锚杆嵌岩桩为48根，φ1000mm钢桩锚杆嵌岩桩为25根，全部为斜桩（斜率4：1或5：1）。锚杆嵌岩桩主要集中在各个系缆墩内。

锚杆嵌岩桩结构形式：锚孔直径为400mm，锚杆束由8根（φ1000mm钢桩）、10根（φ1200mm钢桩）φ40mm螺纹钢筋组成，锚杆长约6～9m，锚岩深度为进入微风化岩3m（3.5m），具体结构型式见下图：

3.工程设备情况简介

3.1施工设备的选择

由于嵌岩桩全为斜桩，所以适宜采取回转钻进法成孔。工程所用主要设备如下：

①钻机：GY-2A型工程钻机

钻机主要指标：转速：65～152rad/m;反转转速：54～127rad/m；钻机质量：700kg；旋转角度0～360度；加压力25KN；卷扬机提升力：25KN。

钻头：由42mm厚的45号钢制成，钻头外径为320mm。

套管：每节长4m，外径为377mm，钢板厚度4mm。

钻杆：每节长4～5m，直径60mm。

灌浆管：每节长6m，直径38.1mm。

②循环泵：502B4544喷灌自吸泵，③挤压泵UBJ1.8挤压式灰浆泵，④净浆搅拌机，⑤空气压缩机，⑥气割设备，⑦电焊设备，⑧潜水泵，⑨发电机。

4. 施工工序

施工工艺流程：

搭设施工平台→挖孔→钻机就位→成锚岩孔→清孔→下锚杆束→灌注水泥净浆→清孔→浇注上部锚固砼

搭设施工平台

施工平台是提供给锚岩作业及灌浆的一个操作平台,它必须具有一定的强度、刚度，并保证稳定性，具有足够的作业空间（最少为5m2）。平台搭设时，钢桩最好比平台面高出10cm左右，以便加固钻机和避免水、渣回流进桩内。

在此工程中，考虑了两种平台搭设方案进行比选。其一，用型钢、螺栓吊底形成作业平台；其二，浇注系缆墩（桩帽）的第一步砼（1m高），至桩项，用它当作操作平台，它们的优、缺点如下：

型钢平台：

优点：①施工不受其它工序影响（只要沉桩保证速度）；②施工平台的大小易控制；③平台易清理；

缺点：①需型钢量大，施工费用高；②对后序工序工期有较大影响；

砼平台：

优点：①不需平台材料，大大节约成本；②施工平台的强度、刚度和稳定性非常好；③对后序工序工期影响小；

缺点：①施工受第一步砼强度控制；②第二步砼浇注前,需冲洗平台及调整钢筋等工作;

经过前两个平台的对比,我们发现,砼平台能够大大的节约成本,且通过合理的施工组织,完全可以解决各工序的冲突,所以在后序的嵌岩施工中,我们采用的都是砼平台。

4.2 挖孔

挖孔我们采取人工挖掘的方法,先用潜水泵抽净桩内水,再人工下桩内清除淤泥，至岩层后用风镐挖掘至桩底。每根钢桩内人工清理完毕约需工时3～4天。

4.3钻机就位

钻机定位要准确、水平、垂直、稳固。通过方驳吊机组将钻机吊到桩顶平台上，通过微调定位。定位时，为了保证钢桩中心线，钻杆中心线重合，我们采用钢套管外加导向扶正器（每10米1个导向扶正器，具体见照片）。另外，三角架（与钻机组成整体）顶点最好也在钢桩中心线上，以利于起吊，下放钻杆、套管、锚杆束等。

4.4 成锚岩孔

采取回转钻进法。将钢砂撒在硬质合金钢钻头下，开启钻机，由钻杆向钻头施加扭力及加压力，通过钻头下的钢砂研磨岩石钻进，随钻进至不同地层，自钻芯内进行取样分析（微风化岩心见照片）。钻进效率为2～3天钻至设计深度。

在成孔过程中，我们应控制以下几个问题：

岩面开孔时，应减压钻进，避免产生斜孔、弯孔和扩孔现象。

停止钻孔作业时，严禁钻头留在孔内，以防发生坍孔卡钻等故障。

4.5 清孔

成孔实测达到设计深度后方可进行清孔。因钻头是从中风化面开钻，而基岩大部分都为板岩，工程中采取了清水气举反循环法清除钢桩内岩渣。清孔应满足下列要求：

在清孔排渣时，应保持孔内水头，防止坍孔；

不得用加深孔底深度的方法代替清孔；

清孔方法又名捞渣法。即先用3m3空压机通过输气管，向套管内输气，利用气压将套管内岩渣气举到一定高度，输气保持5～10分钟后停止，岩渣在自身重力的作用下慢慢落入捞渣筒内，然后提起捞渣筒倒渣。如此反复直到沉渣厚度不于50mm后停止。

4.6下锚杆束

锚杆制作，锚杆束由长6～9m，8或10根φ40螺纹钢筋组成。锚杆束采取箍筋（φ20圆钢）定位，箍筋外加“小耳朵筋”，以确保锚杆位置和保护层厚度。

具体形式见下图：

锚杆束安装，锚杆就位的步骤：第一步，将捞渣筒提起，检查沉渣是否低于50mm，如不低于则需继续捞渣，直至小于沉渣厚度小于50mm，才进行下一步。如沉渣低于50mm，则可直接进行下一步；第二步，固定好灌浆管，在锚杆束底部（距锚杆底约40cm）焊一根钢筋，将灌浆管的第一节固定在其上；第三步，下放锚杆束，钻机的卷扬机将锚杆束吊进钢套管，注意加接灌浆管；第四步，下放锚杆束到孔底，通过灌浆管节数校核锚杆束是否到位。

4.7水下灌浆

水下灌浆是关系到锚固是否有效的关键，所以一定要精心操作，不可出任何差错。灌浆前，挤压泵先压水，检查灌浆管的密封性，及灰浆泵是否正常工作。还要保证发电机正常工作，以备停电时急用。

水泥净浆的标号为M40，配合比为：水泥：水：膨胀剂：减水剂=1275：533：142.0：28.3。本工程单桩净浆的设计量大约为1.1m3,考虑到施工过程中净浆的损耗,净浆配制量为设计值的1.1倍（即1.2 m3）。因此，我们选择了UBJ1.8挤压式灰浆泵。其机械性能为：出灰量（m3/h）：0.4/0.6/1.2/1.8；泵最大工作压力（Mpa）：1.5 Mpa；最大扬程（m）：30；最远水平距离（m）：100；等等。以上机械性能完全能满足工程的要求。

注浆过程中，注浆管要始终保持在注浆面下方30cm左右，随水泥浆的注入逐渐提升注浆管。

工程中对部分锚岩桩的净浆质量进行了检查，结果其质量较好，表面平整，浇注高度稍微偏高。

4．8上部锚固砼

原设计上步封锚混凝土为水下不分散细石混凝土。而水下不分散混凝土中需要掺加絮凝剂，经过实验室试配，混凝土坍落度很难控制，为了保证上部封锚砼质量和节约施工成本，我们与设计、监理一起研讨，最终决定，水下浇注砼变为干地施工。其步骤为：待灌浆完成24小时后，抽净水泥浆顶积水，清孔；然后将浮浆凿除掉，并清理干净；最后用导管浇注大流动性微膨胀碎石砼。

经对部分桩进行检测，发现砼没有发生离析，且与钢桩接合紧密，完全符合设计及规范要求。具体见照片（桩基P39）。

5、结束语

5．1施工组织设计时，一是要好好研究工程桩的形式和地质资料及沉桩试桩记录，以确定所选的设备。

5．2综合考虑工程各工序间的关系，合理选择混凝土平台或钢梁平台。

5．3注意对砼平台砼及外伸钢筋的保护。