海上大直径钢管斜桩全断面嵌岩施工技术应用

罗光 臧韶辉

摘要：本文主要介绍舟山外钓岛光汇油品码头二期工程海上大直径钢管斜桩全断面嵌岩施工的工艺流程、常见故障的处理方法。

关键词：嵌岩桩；钢管斜桩；全断面嵌岩

1 工程概况

舟山外钓岛光汇油品码头二期工程位于外钓岛东侧，由1个2万吨级泊位、1个10万吨级泊位、1个5万吨级泊位组成，码头全长925m，码头靠船平台采用高桩预应力梁板结构，系缆墩采用高桩墩台式结构，桩基采用Φ1200mm、Φ1800mm、Φ2400mm的钢管桩，本文主要介绍Φ1800mm的钢管斜桩（斜率8：1）全断面冲击成孔嵌岩施工技术。

设计要求Φ1800mm钢管斜桩（斜率8；1）沉桩以贯入度控制为主、标高校核，打入中风化凝灰岩面，然后在钢管桩内成Φ1650mm的孔，成孔进入中风化含角砾玻屑熔结凝灰岩，嵌入中风化岩深度不小于7m。

2 施工工艺

海上大直径钢管斜桩全断面嵌岩施工工艺主要包括：冲击锤头制作→成孔→清孔→安放钢筋笼→浇筑C35桩芯混凝土。

2.1 冲击锤头制作

本工程Φ1800mm的钢管斜桩全断面嵌岩施工冲击锤头采用现场制做（图1），设计要求桩底嵌入中风化岩层7m并考虑钢管桩内富裕长度，冲击锤头长度定为9m，在锤头钢管套筒的一端镶嵌硬质合金头，冲击锤头总重约8～9t。斜桩冲孔过程锤头是沿着钢管桩内壁底端上下滑动，所以冲孔施工时冲击锤头的钢套筒部分和锤头会对对钢管桩内壁造成小幅磨损，如图1可以在钢套筒外侧沿长度方向焊接钢筋以减少冲击锤头对钢管桩内壁的磨损。

2.2 成孔

冲孔施工开始，冲击桩机定位，使冲击锤中心对准钢管桩中心，要求偏差不大于±20mm，开始应低锤密击，锤高0.4～0.6m，并及时加片石，砂砾和粘土泥浆护壁，保持孔内泥浆面稳定，进入岩层后，应低锤冲击或间断冲击，待全断面进入岩层后，将锤提高至2～4.5m以上转入正常冲击。

冲击至岩面时，加大冲程，勤清渣。每钻进100～200mm要取一次岩样，并妥善保存，以便终孔时验证。

冲击过程中，为防止跑架，应随时校核钢丝绳是否对中桩位中心，发生偏差应立即纠正，冲击成孔施工要点

2.3 清孔

钻机冲孔达到设计标高后立即进行第一次清孔，清孔采用换浆法。将钻头提离孔底50cm～100cm，继续转动，置换泥浆，改善泥浆性能，把悬浮钻渣换出。下放钢筋笼后可根据沉渣多少进行第二次清孔，利用混凝土浇注导管作为清渣管，上接异径弯头，在导管顶部连接3PN泥浆泵（或砂石泵）采取正（反）循环抽浆换浆法清孔。

清孔后泥浆比重1.1～1.2kg/m3，含砂率4%～6%，粘度為20～22s，清完孔后检查孔径、孔深及倾斜度，符合要求后进行下道工序施工。

2.4 钢筋笼制作及安放

钢筋笼在码头后方陆域分段加工制作，其接头采用直螺纹套筒连接，有接头的受力钢筋截面面积应小于受力钢筋总截面面积的50%，且接头位置距桩尖距离不得小于6m。

因是斜桩，现场钢筋的拼接难以对中，在平台上顺桩的倾斜线方向上设置两个可调的支架，将待接钢筋笼放在支架上，调整支架高度使待接钢筋笼与已接钢筋笼处于同一中心线上。

2.5 水下浇筑桩芯混凝土

水下浇筑混凝土采用刚性导管，搅拌船用泵将C35混凝土送入导管内进行浇筑，浇筑时应注意以下几点：

（1）导管采用ф300mm无缝钢管制作的螺旋式快速接头，连接时在螺旋接头处抹满黄油并垫好止水胶圈，确保连接牢固不漏水，导管在陆上拼接，检查其轴线弯曲度应小于5cm，并进行水密、承压试验。

（2）由于是斜桩，无法测量桩内混凝土面标高，只能测量导管内混凝土面标高。通过测量导管内混凝土面标高和浇注的混凝土方量来推算桩内混凝土面标高。

（3）砼浇筑过程中专人负责填写水下砼灌注记录，全部砼浇筑完成后慢慢拔出最后导管。

3 冲孔施工常见故障的处理方法

本工程地质条件复杂，钢管斜桩直径大，嵌岩深度设计要求达7m，由于是斜向冲孔，在强风化岩层容易发生塌孔及串孔，中风化岩往往裂隙发育，也易发生坍孔。在冲击过程中还可能发生卡锤、掉锤等故障。

3.1 坍孔处理方法

（1）若在冲孔过程发生塌孔，应尽快将冲锤提出孔口，并向孔内回填粘土、块石及补充泥浆。

（2）加深施工钢护筒。

（3）再次进行冲孔，泥浆比重可适当加大。

3.2 卡锤处理方法

造成卡锤原因：当锤头不圆或偏心过大，会出现蒜头形状或梅花桩孔，换锤或焊锤后锤径增大，有探头石或其它障碍物时都可能引起卡锤。

（1）用桩机副卷扬机落钩打捞，当钩住冲锤时，桩机主、副二根钢丝绳上下抖动，并左右或前后移动桩机变换拉锤的受力角度，一松一紧可将冲锤提起。

（2）当卡锤产生后，应尽力确保桩机拉住冲锤的钢丝绳不断，然后增加另一台桩机参与作业，可由另一台桩机采用扁形冲锤在卡锤位置的四周进行冲孔，扁锤冲孔将卡住锤的岩石冲除，扁锤冲孔达到扩大孔径，原有桩机的主绳用力可将被卡的冲锤拉起。

（3）在卡锤发生后，由于原有提锤钢丝绳不一定满足拉出被卡冲锤的受力需要，可以采用增加拉锤的钢丝绳，钢丝绳可由专业潜水人员水下绑扎，然后用千斤顶（一般可用二个100吨以上）将冲锤顶起。

3.3 掉锤处理方法

桩机操作施工技术人员，应经常了解孔底、深度、钢筋绳的磨损程度、锤壁、罗杆、弹簧、锤牙是否受损或断裂，要定时检查，防止冲锤断落在孔底，同时冲锤应设有保护绳方便掉锤时打捞。万一冲锤断落孔底，要及时地进行打捞，捞锤方法通常使用一种船锚式的钢板钩，系在钢丝绳上，放入孔底进行钩捞。

4 结语

舟山外钓岛光汇油品码头二期工程钢管斜桩直径大，且要求全断面嵌岩7m，给施工带来极大困难，在施工过程中不断改进，后根据超声波检测及钻孔取芯检测结果，桩身完整，混凝土强度达到设计要求，为海上大直径钢管斜桩全断面嵌岩施工技术的应用进行了一次良好的实践验证。