码头工程水下钻孔灌注桩履带式冲洗一体钻孔施工技术

2021-03-22刘朝谢青青

工程建设与设计 2021年3期

刘朝，谢青青

（中交四航局第一工程有限公司，广州 510000）

1 工程概况

澳门氹仔新码头主体工程扩建项目包括燃油贮存及供应系统、消防船屋2大块，其中燃油贮存及供应系统桩基础为40根φ610mm钻孔灌注桩。根据合同规定，φ610mm钻孔灌注桩要求全护筒施工，孔底要求“零沉渣”。由于桩径较小，且距离已建好北安码头一期、二期只有20m，地下有建好的地下管线和停车场，采用履带式冲洗一体钻孔机，钢护筒直径为610mm，采用环保钻头，减少对周边建筑物的扰动。

2 履带式冲洗一体钻孔施工工艺流程

履带式冲洗一体钻孔施工工艺流程为：场地平整→桩位放样→钻机就位→埋设护筒→钻进施工→钻岩至设计标高→钻机移位并进行超声波垂直度检验→清孔→安装钢筋笼→安设导管→灌注水下混凝土→边灌注混凝土边拔除护筒→CSL（超声波）桩基混凝土完整性测试→补灌CSL检测孔→破桩头→进入下一阶段施工。

3 施工技术

3.1 护筒制作及埋设

护筒的作用较为丰富，具有固定柱孔、为孔的位置提供保护等作用。护筒由10mm厚的钢板制成，施工主要使用整体筒体施工，钢护筒直径610mm，地面暴露≤0.3m。在进行钢护筒安装过程中，要重视钢护筒与柱中心的安装和处理，保证两者平面位置≤50mm，垂直方向误差≤1%。对护筒的埋设是先将钻杆套入护筒内，护筒埋设通过钻孔桩机自带重压机进行施打，先进行钻孔，护筒跟随桩基进尺随即打入。

3.2 成孔

桩施工成孔共分为土层成孔及岩层成孔2大部分。

3.2.1 土层成孔

土层成孔的原理主要是通过钻机转动、气动锤系统以及环保钻头（见图1）的冲击力来进行的，对土层或岩石石层进行削切，同时把钢套管带进基岩的顶部再进行钻进，钻进到基岩面标高以下300mm，并将钢套管带进基岩的顶部。这一步骤的主要目的是为了找平岩石面，防止在清空过程中土和基岩接口位置出现土坍塌落事故。

图1 土层钻孔机环保钻头示意图

3.2.2 岩层成孔

在完成土层成孔后，取出钻杆、气动锤系统，用潜水钻头（见图2）替换环保钻头来进行破岩钻孔，严格按照设计方案来进行施工，桩基需要嵌入三级岩或者级别更好的岩体，嵌入深度为5m。其中，承台在进行施工前，需要进行超前钻施工，掌握桩体嵌入岩质的具体情况，测量确定实际的桩长。

在桩钻孔施工结束后，借助压缩空气和清水来进行清理工作，对钻孔内的泥渣、石屑等进行首次清理。

图2 岩层钻头示意图

3.3 第一次清孔

1）当清渣和钻孔工序达到原本设计的指定基岩之后，再进行一次成孔的质量检查，检查符合要求以后马上进入清孔环节，而且清孔环节采用桩机压缩空气冲水进行，以保证清孔完成后没有沉渣。

2）对于桩的垂直偏差要求不能够超过1%。桩的直径允许偏差是：±50mm。

3）桩基清孔是施工过程中的重要环节，对于保证成桩质量是至关重要。桩基清空能够最大限度地清除沉渣，从而保证混凝土和基岩的连接质量。

4）待钻孔完成后拿出钻头，然后用清水灌满立柱孔，把钻孔机安装在管道中，一条直径长约500mm的钻杆，带着75～100mm长的水管放置在柱孔的下面，利用压缩空气来进行清孔，排出泥、石。在此过程中，将水连续注入桩孔，防止水源被切断，水压降低及泥沙进入桩孔。当桩孔被清空并且擦拭干净后，没有沉淀物，符合技术要求后，由现场的业主代表或监理工程师重新测量桩孔深度并且做出记录。

3.4 钢筋笼安装

选用A400级别的钢筋进行钢筋笼的制作，连接方式选用套筒连接，澳门规范不允许进行焊接。

钢筋笼统一在钢筋加工场分3段加工，当桩孔底沉渣清理完成，桩垂直度检测合格后，将钢筋拉至现场安装于桩基内。钢筋笼安装时首先将钢筋笼均分3点，并以钢索配合滑车固定于钢筋笼上，接着用吊车的大勾头来吊住钢筋笼的笼顶，小勾头吊住钢筋笼的笼身，缓慢平稳地向上吊，至适当高度小勾头将钢筋笼身缓慢放下，大勾头将钢筋笼往上吊，最后使得钢筋笼直竖，再通过吊车将直竖的钢筋笼放置进桩孔内。并且平稳且缓慢，避免碰撞孔壁下沉。当钢筋笼到位之后，固定钢套管的上端。

为了保证钢筋保护层与钢筋笼垂直度达到设计值，在外箍筋上设置混凝土定位环或专用塑料环，定位环在同一断面上有4～6个，高度间隔约为4m，以确保桩的钢筋有足够厚度的保护层，然后用起重机将钢筋笼沉放至柱孔底部，按照设计方案中的钢套管的高度要求来确定钢筋笼吊筋的长度，接着，用铁轨或H型钢将钢筋笼固定在搭设管上，避免在浇筑混凝土时钢筋笼位置发生变化，防止钢筋笼在自重的压力作用下发生变形，从而完成整个钢筋笼的吊装工作。在完成钢筋笼放置作业后，要再次测量钢筋笼的深度。确认钢筋放置在桩孔底部，并会同监理工程师或质检机构确认桩顶的标高。如果没有错误，再进行下一个项目。

3.5 导管安装、二次清孔

3.5.1 导管安装

钢筋笼完成后，用吊车将一组φ200mm的导管垂直放置在桩孔内，并垂直放至离开基桩底部300mm的位置。在吊导管前，应仔细检查，并且确认管道内无堵塞。吊放时注意避免碰撞钢筋笼，吊好后，在导管顶部安装混凝土漏斗。

3.5.2 第二次清孔

在进行混凝土浇筑施工前，开展二次清孔工作，利用压缩空气和清水来进行。

浇筑混凝土前，用压缩空气及清水进行二次清孔，其方法是先向桩孔内注入清水至满，然后在桩孔下放置约75～100mm的水管，通过压缩空气或者泵送来排出沉渣。此外，排出过程中，要保证清水注入桩孔的连续性，避免因为水压降低而导致泥沙流入桩孔内，保证清孔质量和沉渣厚度达标。在桩孔清理干净之后，应向现场业主代表或监理工程师展示第二次桩孔的清洁情况，并且再一次测量桩孔深度并做相应记录。

3.6 水下混凝土灌注

3.6.1 混凝土配合比基本要求

此次的桩混凝土标号是B40第3级防水混凝土，出于对水下混凝土浇筑的种种不确定因素的考虑，所以在进行混凝土配合比的设计过程中最好满足下面提到的要求，其中最大粗骨料的直径为20mm。当混凝土材料进入施工现场时，要进行物料报批手续，当材料性能符合各项要求后才可以进入施工现场。

3.6.2 混凝土浇筑

监理工程师完成二次清孔沉渣厚度检查并确定符合技术要求后，才能进行水下混凝土的浇筑。水下混凝土的浇筑施工，要严格按照规范要求来进行，保证首罐混凝土和水工混凝土的质量[1]，选择用水下浇灌的方式进行作业，并且保证导管埋入混凝土内2～6m。同时，在进行混凝土浇灌过程中，采用混凝土浇筑和钢护筒拔出协同作业的方式。此外，还要将管内余水排入蓄水坑，保证施工现场的清洁干燥。

3.6.3 混凝土灌注阶段

钻孔灌注桩混凝土采用B40第3级防水混凝土运达施工现场后，检查其坍落度，并且坍落度的要求要满足澳门规范S3级的要求。水下混凝土浇筑之前，会先将一个橡皮碗栓塞埋入料斗底部，以充当止水栓之用，以防止管内的水和混凝土混合料达不到质量要求，且在钻孔处安装盖板，避免混凝土散落。