海上钢管嵌岩桩斜桩施工技术

梁昆，张禹，陈冬宇

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000）

1 工程概况

西哈努克港7×135 MW机组工程通用码头（1号泊位）工程项目位于柬埔寨西哈努克市（Sihanoukville），西哈努克港以北约15 km，苏基密（Sokimex）原油码头以北4 km处海岸。

码头全长244 m，由36榀排架252根直径φ1 000，壁厚20 mm的Q345B钢管桩组成 ，桩长12～30 m不等。每榀排架间距7.2 m，由7根钢管桩组成，包括1对叉桩和5根直桩。斜桩平面扭角16°，斜度5∶1。钢管桩桩端嵌岩部分桩径0.9 m，嵌岩深度6m，桩内混凝土灌注高度9m；混凝土设计强度等级C40，保护层厚度70 mm。

2 工程地质

本工程嵌岩桩施工范围内无影响施工的地下管线，嵌岩桩成孔将穿越淤泥、粉质黏土、强风化粉砂岩，进入中风化粉砂岩。

强风化粉砂岩，区内普遍分布，厚度变化较大，岩芯砂土状，或碎块状，原岩结构较清晰，矿物风化不均匀，大部分矿物已风化成粉状，局部含碎石状残留岩块，岩芯手可折断，捏散，浸水软化，个别钻孔夹泥岩。该层共进行标贯试验19次，其击数离散性很大，均大于50击。

中风化粉砂岩，全区分布，岩芯呈饼状、短柱状，锤击声哑易断，原岩层理清晰，见顺裂隙风化现象，部分见棕色矿物渲染，未充填或半充填，岩质坚硬，金刚石钻进，局部夹有泥岩。

3 施工工艺流程及施工方法

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程为：施工准备→钢管桩打设及夹桩→平台搭设→钻机就位→钻孔→清孔→吊装钢筋笼→混凝土灌注→钻机移位。

3.2 施工方法

1） 钻机选型

在保证施工质量与进度的前提下，结合本工程实际情况，综合考虑平台搭设、吊装机械及施工成本，选用JK-8型冲击钻机。JK-8冲击式钻机底盘不需进行大的改动，采购成本相对较低，电力的需要量相对较小，采用5 t重锤施工时，对于中风化及新鲜岩层，钻进速度一般为0.2～0.4 m/h，施工作业操作较易。但是用冲击式钻机进行斜桩成孔时，需要对钻头进行改进甚至重新设计制作。

2） 施工平台搭设

本工程斜桩72根，JK-8型冲击钻钻机自重10 t，锤头自重5 t。现场施工平台以钢管桩为支撑，搭设前进行了详细的受力计算。

为防止焊接牛腿施工对钢管桩防腐涂层造成破坏，根据现场实际情况，支点采用双φ25 mm圆钢吊拉，平台主梁采用双拼35工字钢，平台次梁采用20工字钢，摆放间距为1m，钻机走管摆放处加密至0.5 m，顶面铺设3 cm木板，用φ12钢筋固定。

钢管桩斜桩存在空间扭角，导致每排钢管桩两侧都会有一根斜桩因距离过大无法吊拉拉杆，每一侧采用2根斜拉20工字钢替代拉杆，将工字钢一端焊接在主梁顶面，另一端焊接于钢管桩侧面（位于允许焊接范围之内）。

3） 冲击锤制作

采用JK-8冲击钻进行钢管嵌岩斜桩的成孔，将钻头改装成圆筒形锤头，圆筒型冲击锤锤头由2 cm厚钢板和钻齿制成，圆筒与钢管桩相互作用作为导向系统，锤长度要保证冲击时不少于1.5m的长度留设在钢管内；圆筒外侧加焊φ25 mm螺旋形钢筋，作用为：1）钻头体在上下冲击时，斜向螺旋筋沿孔壁运动会使钻头体进行小角度的旋转，有效覆盖桩孔全断面而不留盲区。2） 减少钻头体与孔壁的接触面，减少上下摩擦阻力。3）孔壁间的空隙有利于泥浆排泄上返，减小水阻，提高冲击力。4） 可隔离锤体圆筒与钢管桩的接触，避免锤体对钢管的损害，在后续锤头修补中只需更换新的螺旋筋，简便易行。

圆筒型冲击锤φ860 mm，长8 m，重量5 t，钻头底刃由8组冲击刃组成，如图1。

4） 冲击成孔

钻孔时，向护筒内注水和黏土，采用低锤密击使孔底以上1 m之内始终保持泥浆重度在15 g/cm3以上，钻孔达到一定深度后才能正常冲击。

为保证孔内水头高出水面1.5 m左右，在施工时及时补浆、抽浆，以保证孔内水压稳定。

图1 圆筒型冲击锤头Fig.1 The tubular type im pacthammer

钻孔排出的泥浆进入泥浆池，将泥浆泵入上方水力旋流除砂器，细粒岩渣分离后排入泥浆船，分离出的好泥浆补给到钻孔内形成循环。

当冲孔到达岩面时，需要监理工程师确认，并做好岩样记录。当冲孔深度达到设计要求入岩深度或桩底标高时，经监理工程师验收合格后，将钻头提出钢管桩，立即进行清孔。

5）终孔及验收清孔

清孔时将钻头提升孔底约50 cm左右，缓慢提放钻头，维持泥浆循环，将孔底沉渣清除干净。验收合格后停机，进行下一道工序施工。

6） 钢筋工程

钢筋笼在制作场地加工成型，每隔4 m设置π形定位钢筋，每截面均匀布置6根且与主筋焊接，确保钢筋的保护层厚度。钢筋笼入孔时，保持与钢管桩相同斜度，慢放入孔。入孔后应缓慢下放，不得左右旋转，严禁高提猛落和强制下放。

7） 混凝土浇筑

混凝土采用导管法灌注，现场2.0 m3强制式混凝土搅拌机搅拌，9.0 m3的混凝土罐车运至临时码头，罐车自卸至600 t方驳上13 m3灰斗内。到达现场后，采用1.5 m3反铲装灰入吊罐，100 t方驳吊机吊运吊罐下灰至导管顶部的圆形漏斗内。

浇筑水下混凝土时，利用冲击钻升降架作混凝土导管升降设备。混凝土导管为内径φ250mm、壁厚5 mm钢管，管节长度1.5～4.0 m，管与管之间用法兰连接，隔水装置采用球胆。

导管使用前应按实际节数和长度进行试拼，并进行水压试验，试验压力不应小于工作压力的1.5倍。

灌注过程中常用测深水铊对混凝土面上升高度进行探测，并伴随灌注混凝土缓慢提升导管，保证导管埋深在2～6m。

导管提升必须有专人指挥，防止钢筋笼被导管挂住一起提升。对于斜桩采用锥鼓型导向定位环将导管定位在桩内，定位环在导管上、中、下部各焊接1个。导向定位环采用3 mm厚薄钢板制作，表面必须平滑无毛刺，以免卡住钢筋笼，且直径小于钢筋笼内径10 cm。定位环设置在距导管底部不少于2 m位置，避免定位环埋入混凝土内。

灌注过程中，为防止钢筋笼上浮，采用在钢筋笼底部焊接钢筋网片，网片采用φ8钢筋焊接，间距2 cm。钢筋网片与钢筋笼主筋焊接牢固，防止在混凝土的冲击下与钢筋笼分离。

桩顶混凝土终灌标高将超出设计桩顶标高不少于0.5m。

8） 桩检测

根据设计要求，低应变检测抽查10%，高应变检测抽查5%，需做低应变的钢管嵌岩桩桩芯需灌注C20素混凝土。即桩身混凝土分3段：桩底嵌岩段为C40混凝土，桩身中部为C20素混凝土，桩头结构为C40混凝土。该部分桩采用一次到顶的浇筑方式，浇筑前为保证超灌量，钢桩顶焊接同直径钢护筒（壁厚8 mm，高度50～80 cm），桩帽施工前进行凿除。共检测26根，Ⅰ类桩率93%。

4 结语

近年来，随着技术水平的提高，国内外已生产出专业的斜孔钢管嵌岩灌注桩成孔钻机。但在柬埔寨地区，施工机械极度匮乏，新购设备费用高昂。本工程斜孔钢管嵌岩灌注桩施工工法的成功实施，解决了顶置式回转钻机或立轴式回转钻机施工较为复杂的问题，提高了施工效率，加快了施工进度，节省了施工成本。本工法施工适应性好，施工安全系数高，具有良好的经济效益和推广价值。

[1] 陈颂潮.海上嵌岩灌注桩施工技术[J].中国港湾建设，1999（5）：41-46.CHEN Song-chao.Construction technology of underwater rocksocketed case-in-situ piles[J].China Harbour Engineering,1999(5):41-46.

[2]JTJ285—2000，港口工程嵌岩桩设计与施工规程[S].JTJ285—2000,Design and construction code of rock-socketed piles forharbourengineering[S].

[3] JTJ254—1998，港口工程桩基规范[S].JTJ254—1998,Code for pile foundation ofharbourengineering[S].