复杂环境海边嵌岩桩施工问题及措施

胡 刚，刘礼军，刘学应(.浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 3005；.浙江水利水电学院 建筑工程学院，浙江 杭州 3008)

复杂环境海边嵌岩桩施工问题及措施

胡 刚1，刘礼军2，刘学应2
(1.浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310051；2.浙江水利水电学院 建筑工程学院，浙江 杭州 310018)

针对防波堤复杂环境下海边嵌岩桩施工中，场地填筑料、设备进入、泥浆池兴建及维护成本高、通长钢护筒埋设困难、灌注桩混凝土准确配料和水平及垂直运输、大坡比及大深度入岩困难等问题，有针对性地采用平板船运输石料，形成海上施工平台，搭设钢架平台，并在在施工平台上布置金属箱式泥浆池，同时安装自动计量搅拌系统和混凝土泵，使用冲锤式卷扬机和开孔技术等施工措施，有效解决了上述问题.防波堤嵌岩灌注桩成功实践，对同类海边嵌岩桩工程具有一定的研究及参考价值.

海边嵌岩桩；海上施工；施工工法；潮汐

防波堤工程原设计是预应力方桩作为防波堤空箱混凝土桩基础，由于近山坡边潮水位太浅，达不到打桩船航行水深,大型打桩船无法靠近岸坡施工桩基.设计为确保桩基承载安全性及沉降稳定性，改嵌岩桩作为海上防波堤空箱混凝土桩基础.本文主要针对特殊恶劣环境、少见及疑难课题进行施工方法论述，施工方法决定项目施工的成败[1]，常规性钢筋笼制作与安装及水下导管法混凝土浇筑，文章中不再详述.

1 工程概况

防波堤空箱混凝土工程嵌岩桩，主要位于防波堤与原岸坡连接区域，堤长80 m，宽度为10 m，长度20 m区域，桩径800 mm，横向每排四根，纵向每排四根，共16根灌注桩，设计要求全断面进入持力层深度不小于1.5 m，混凝土强度等级C25.

2 混凝土灌注桩常规工艺流程

混凝土灌注桩工艺流程：施工准备→桩位放样→埋设护筒→钻孔→终孔检查→第一次清孔→下钢筋笼及导管→第二次清孔检查沉渣和泥浆比重→灌注水下混凝土→测量混凝土面标高→混凝土浇筑结束→试块制作及施工记录

3 存在的问题及具体措施方法

3.1 材料及设备运送、形成施工场地措施方法

由于施工区处于群山海岸线，受潮汐冲刷[2]，由于山区没有现成的陆运通道，建筑材料及机械设备无法陆运到达，通过实施海上平板船运输，解决了料源及机械操作设备进入运输问题和施工平台的形成问题.

防波堤空箱混凝土施工区，处于海水冲刷区，几乎不存在施工平台；通过平板船运输，铲车卸料和挖掘机平整，顺山坡边填筑出一块宽20 m，长100 m，▽4.5高程(在最高潮水位以上)的施工大平台.规划并布置成砂石料堆放区、木工加工区、钢筋堆放及制作加工区、0.75 m3混凝土自动配料搅拌系统区、60 kW混凝土泵送系统区、发电机房等区块.现场办公室、试验室、维修场、油库视施工便利分散布置.

3.2 钢架平台设计及安装措施方法

混凝土灌注桩施工区均座落在山体与大海交接处的滩涂泥上.灌注桩机冲孔、混凝土浇筑均需要施工平台；滩涂泥无法承受大吨位的灌注桩施工机械设备,滩涂泥上填筑宕渣施工道路造价既高还得清理复原，且破坏自然景观.实施钢架施工平台，还可回收钢材,没有遗留建筑垃圾问题.[3]工程桩基位于防波堤连接段，滩面高程-0.8～2.0 m，倾斜坡度大.综合分析以上问题，实行水上搭设施工排架，作为灌注桩施工平台.

具体制作安装是钢排架宽16 m，长度15 m，钢管立柱采用φ108 mm焊接钢管，顶高程4.0 m，立柱长6.5 m，立柱平均间距2.5 m，外圈立柱加密一圈，共86根立柱分纵横向排列，相邻两根立柱间采用10#槽钢进行电焊牢固连接.平台顶面密铺工字钢及Q235—10 mm厚铁板，以供人员行走及小型机械设备通行.剪刀撑使用10#槽钢焊接连接，确保架体安全稳定.现场装配图(见图1).

图1 灌注桩钢架平台平面图

钢排架使用前必须进行安全稳定性验算.钢架荷载包括排架自重、施工人员、施工设备荷载和施工冲击力等.

通过对施工方案中钢架平台的支架横梁最大弯矩及变形进行计算、支座弯矩和跨中弯矩强度进行验算、轴心受压构件稳定的支架立柱进行验算.

钢架各受力构件均能够满足规范的安全承载力要求，可以投入实际施工中使用.

3.3 受潮水影响的灌注桩泥浆池布置及避免断桩措施方法

由于潮涨潮落施工环境，滩涂面上泥浆池兴建及维护成本势必较大，实行钻机附近填筑区上布置金属箱式泥浆池，采用大功率泥浆泵反循环法方式排渣.[4]施工中采用水下导管法浇筑，确保导管埋深在混凝土内2 m以上.临近孔内混凝土浇筑结束时，用自制式捞渣斗，捞出混凝土内石子，准确判断及确保灌注桩的混凝土超浇量不少于设计及规范要求，避免灌注桩施工中质量通病的断桩等质量缺陷事情发生.

3.4 防止混凝土灌注桩施工中受潮水冲刷影响及塌孔和漏浆措施方法

灌注桩施工受每天涨退潮冲刷影响大，可能导致塌孔和漏浆的问题，实行振动法把钢护筒全长深埋紧贴到基岩面.[5-6]

3.5 混凝土泵及自动计量搅拌系统措施方法

山坡边滩涂泥上混凝土水平及垂直运输复杂和质量标准需求混凝土配合比计量必须准确，实行安装自动计量搅拌系统和混凝土泵解决了水平及垂直运输和灌注桩混凝土准确配料问题.

3.6 混凝土灌注桩大坡比的花岗岩地质钻孔措施方法

(1)冲孔法施工工艺流程

冲击山体斜坡基岩主要施工工艺及流程是孔位初平、冲锤砸平、钢护筒就位、护筒内投填片石及黄土、钢护筒下沉、继续冲击成孔,工艺流程(见图2).[7]

图2 冲孔法施工工艺流程图

(2)桩位处初平

灌注桩施工部位的大块石及杂物应清除干净，削除表面较大块石斜坡.

(3)冲锤夯平

桩机冲锤保持垂直，轻打快提，冲锤直径选用Φ800以上，冲击时应采用0.6～1.0 m小冲程，开孔时先降低冲程，避免钢护筒偏位.

(4)钢护筒就位

钢护筒跟进安放前，应将底孔砸平，避免钢护筒安放时不能保持垂直，钢护筒随冲孔沉入.钢护筒直径为Φ900 mm，壁厚9 mm，单节为4 m和2.5 m，总焊接长度6.5 m.钢护筒采用钻机自带钢丝绳吊装、振动下沉或锤击下沉，钢护筒尽可能保持紧贴基岩面，保持钢护筒基本垂直.

(5)护筒内投片石、粘土

地基山体是斜坡，通常锤打方法，无法锤通山体斜坡段基岩.实行在钢护筒内投入少量片石和粘性黄土的特殊施工工艺.

(6)冲孔、带护筒跟进

由于地基是大坡度强风化花岗岩地质，钻机操作工下锤接近孔底时必须保持锤头铅直，采用即砸即提的点击方式开孔，此项开锤工作非常重要，开孔一偏或任由锤头滑坡，后期纠偏不易.用冲锤垂直冲孔，待全断面锤击到岩面后，钢护筒跟进，以后可以采用1～3 m大冲程锤击[8]，常规方法连续锤击，直到成孔完成.

(7)钢护筒下沉

每当冲孔进尺约50 cm左右时，钢护筒需采用锤压或振动机振动下沉跟进.应将钢护筒沉放到孔底.钢护筒下沉方法之一，在钢护筒上沿用工字钢对称焊二个十字形替打，通过卷扬机自带锤头锤打在十字形替打之上，轻锤击，冲程宜小，控制在20～40 cm以内，避免钢护筒变形.方法二是依靠振动法促使加锤重后的钢护筒下沉.钢护筒下沉仅是克服块石层对钢护筒磨擦阻力，只有冲孔时的孔径略大于钢护筒，钢护筒才能进入孔内.沉放钢护筒时注意控制倾斜度在1%内，偏移少于15 cm.由于桩长较短，钢护筒采用单节4 m或2.5 m.实际施工时，按成桩情况做加长焊接处理.

(8)冲孔及钢护筒跟进交替操作

冲击山体斜坡基岩主要施工工艺及流程是孔位初平、冲锤砸平、钢护筒就位、护筒内投填片石及黄土、钢护筒下沉、继续冲击成孔.在冲孔过程中交替实施以上步骤，直至击穿山体斜坡基岩，以期达到锤头全断面入岩目的.全断面入岩后可以加大冲程到1～3 m，连续锤击无须填片石.每进尺约50 cm用泥浆泵反循环法排除浮渣一次，直至成孔完毕.

4 灌注桩施工的质量成果

实践中通过以上几个步骤，轻松、彻底解决了大坡比及深高达1.5 m入岩问题.正确的施工措施得到良好的灌注桩质量成果.业主方委托浙江省水利水电工程质量检验站实行第三方质量检验，经基础桩反射波法动测全部16根灌注桩，报告显示“Ⅰ类桩”14根，“Ⅱ类桩”2根，每根灌注桩合格或优良以上.

5 结 语

防波堤复杂环境下海边嵌岩桩施工，通过实施海上平板船运输抛石，铲车卸料和挖掘机平整，顺山坡边形成最高潮水位以上施工平台，解决了料源及机械操作设备进入运输问题和施工平台的形成问题；通过在滩涂泥上搭设6 m高的钢架施工平台解决了滩涂泥上的入岩和混凝土浇筑机械设备的施工平台问题；通过在施工平台上布置金属箱式泥浆池，解决了潮起潮落滩涂面上泥浆池兴建及维护成本大问题；通过在钢护筒上安装振动机，把钢护筒全长深埋紧贴到基岩面，解决了可能的塌孔和漏浆问题；通过安装自动计量搅拌系统和混凝土泵解决了水平及垂直运输和灌注桩混凝土准确配料问题；选用卷扬式带冲锤机结合特殊的施工方法及技术专家指导，解决大坡比及深度高达1.5 m入岩问题.

在上述完整的、一条龙施工技术措施支持下，不仅保质、保量、保进度、保安全完成施工，还实现施工成本的有效节约.利用多种特色创新措施，形成了此项海边嵌岩桩特色施工工法.为海边嵌岩桩同类工程提供了宝贵的实践经验，具有一定的参考价值.

[1] 胡 刚，胡正芳.论施工技术措施的重要性——以洞头县环岛西片围涂工程为例[J].中国管理信息化，2016,19(2)：110-111.

[2] 樊建苗.涌潮河段的钻孔灌注桩施工[J].浙江水利水电专科学校学报,2000,12(3):17-18.

[3] 林 鹏.浅析海域斜向灌注型嵌岩桩施工技术[J].中国水运,2015,15(4):283-285.

[4] 申杰中.嵌岩桩在复杂地质条件下的应用研究重要性[D].武汉：华中科技大学,2005.

[5] 张荣柱.简易海上嵌岩桩施工平台搭设[J].技术与市场,2013,20(12):126-127.

[6] 李志生,卢彭真,曹战勇,等.陡坡上深嵌岩桩施工[J].公路交通技术,2003(5):77-78.

[7] 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.

[8] 李 勇.浅谈复杂地层中的冲孔嵌岩桩施工[J].山西建筑,2011(30):74-75.

Constructing Measures of Rock Embedded Pile in Complex Environment

HU Gang1, LIU Li-jun2, LIU Xue-ying3

(1.Zhejiang No.1 Water Conservancy and Electric Power Construction Group Co., Ltd,Hangzhou 310032, China; 2.College of Architecture Engineering, Zhejiang University of Water Resources and Electric Power, Hangzhou 310018, China)

The construction problems and countermeasures of the rock embedded piles in the complex environment are discussed in the paper. The approaches adopted solve the problems effectively, such as the shipping of cast stone plate and the formation of offshore construction platform, which solves the transportation of space filling materials and equipment; the erection of steel bracket platform to support the construction platform of mechanical equipment; the layout of metal box mud pool in the construction platform to low the construction and maintenance cost of the tide beach surface mud pool; the adaptation of the vibration motivation to solve the problem of long steel tube burying; the installation of automatic metering and mixing system of concrete pump to ensure the concrete batching accuracy of the filling pile, as well as the vertical and horizontal transportation; the choice of hammer type hoist and hole technology to meet the demands of large slope ratio and large depth into rock. The breakwater rock socketed pile is proved to be a successful practice with research and reference value for similar engineering pile embedded in the sea.

rock socketed pile; offshore construction; construction method; tide

2016-03-10

胡 刚(1973-)，男，浙江杭州人，工程师，从事水电工程施工管理工作.

TV553

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1008-536X(2016)08-0028-04