港口高桩码头工程嵌岩桩施工技术研究

2021-06-09姚国强张建平

运输经理世界 2021年23期

姚国强、张建平

（江西省路港检测中心有限公司，江西南昌330200）

0 引言

在吞吐量不断提升的经济背景下，高桩码头因优越的结构和功能优势，得到越来越广泛的应用。在应用需求的推动下，高桩码头的建设施工技术水平也在大步提高。高桩码头工程的核心施工技术难点之一，就是嵌岩桩施工技术。嵌岩桩是基桩穿透盖覆层、桩底直接嵌入基岩、桩体全部或部分埋在岩石中的桩型。嵌岩桩借助强大的嵌岩力，可以提供较好的抗震、抗风能力，维护高层建筑和高层结构的安全性，并且具有施工方法多、地质适应性强等优点。嵌岩桩的质量十分关键，在码头工程中甚至直接关系到整个码头工程的质量。基于工程实例，就高桩码头工程的嵌岩桩施工技术展开分析、探讨，为同类工程提供借鉴，助力建设安全、牢固的水工嵌岩桩工程。

1 嵌岩桩的特征表现

随着城市化规模的不断扩大和发展，城市的各项基础设施也要不断地跟进，提升基础设施的质量，加强基础设施的建设。对于城市地区的港口工程建设工作而言，应当注重工程建设的质量，为城市地区的居民出行提供安全保障。如果能利用嵌桩岩进行港口工程的建设，那么能大大提高港口工程建设的质量。利用该结构能够帮助提供支撑，但同时也会造成被嵌入部分的混凝土形变，长此以往会导致嵌岩桩周围的摩擦力不断增加。

2 嵌岩桩的载荷传递特征

利用这一技术进行港口工程的建设工作时，应当加强对于技术手段的管理，保证技术手段符合工程施工的标准。利用嵌岩桩施工技术进行港口工程的施工作业可以调节桩体结构的摩擦力，从而增强结构的稳定性。通过该施工技术，可以增强桩两端的摩擦力。桩的上部结构和下部结构都会出现相应的位移，当受到的压力到达一定数值之后，摩擦力的数值将会达到顶峰，从而产生向下的作用力，这就是嵌岩桩的压力分解过程。

3 工程概况

案例为集装箱码头，高桩宽平台结构，10 万吨级，总长700.0m，航道平均宽度为56.0m，前码头沿泥面设计标高-17.6m。工程包括两个5 万吨级的梁板式高桩码头。项目设计中，Φ1200 与Φ2200 钢管主骨嵌岩桩共有282 根，全部为直桩，主要分布在前平台、后平台与码头桩基中。嵌岩桩混凝土分别为C35 和C40。

工程应用嵌岩桩测量步骤如下：按设计需求随机选取5 根嵌岩桩，进行钻孔取芯实验。使用超声波对每根嵌岩桩进行混凝土完整性检测，再抽样选取3 根开展钻孔取芯实验。对超声波质量有问题的桩再次进行钻孔取芯实验。

4 嵌岩桩施工技术要点

4.1 搭设施工平台

嵌岩桩施工平台的搭建原则为：安全、牢固并符合施工需求，平台搭、拆尽可能简单，且搭建材料可回收利用。不同工程区域的嵌岩桩施工操作平台略有不同。Φ1200 钢管桩主骨嵌岩桩的施工操作平台，在钢管桩上焊接牛腿，在牛腿的上、下层分别安置HM400 型钢，在型钢上铺置钢网并配置Φ50 钢管栏杆。Φ2200 钢套管嵌岩桩施工平台，主要选用贝雷架平台组合钢牛腿样式，其上铺置网格板和单层H40 型钢，在平台周围安装安全网和Φ50 钢管栏杆。

4.2 测量与放样

施工之前，在每个钢套筒的顶部复制预先约定的标高，并用油漆标记出各标高控制点，以控制桩顶标高、钢筋笼顶部标高和桩的孔深。钻机就位之后，在最近控制点设置全站仪，使用坐标数据法测量出准确的放桩中心。而后移动钻机，使放桩中心重合于成孔中心。钻孔前应再次检查标高，以保证其准确。

4.3 机钻与成孔

4.3.1 钻机就位

钻机由陆运或海运运到施工平台，由吊车或起重船吊至平台工位。在钻机就位之后，应保持钻机垂直。检验放桩中心是否重合于孔位中心位置。钻机平台需保持水平，底座保持稳固，钻孔时不得移位。

4.3.2 钻位清理

在开钻之前，桩位很可能堆放着袋装砾石或大块石头工料，必须将这些杂物清理干净后，方可启动抓冲成孔作业。

4.3.3 嵌岩钻孔初始面与终孔的确定

（1）确定嵌岩钻孔初始面。案例工程以桩位地质等风化层界面作为校核依据，通过渣样对比，区分强风化层与中风化层界面。嵌岩初始面的标高判别方法见表1。

表1 区分强风化层与中风化层界面的渣样参考状态

因为不同钻机的钻孔排渣时间不同，所以对渣样剂量的判别也不同。当冲击钻泥浆反循环排渣，存在中等风化层大于70%的渣样时，视为中等风化层；当采用气举反循环与泵吸的方式排渣时，中等风化层剂量一定要达到100%，这时钻孔标高就是初始面标高。

（2）确定终孔

经专业人员现场检测，依据最终孔深和嵌岩初始面，明确孔底标高与嵌岩深度（包括孔径和垂直度），各项数据符合设计需求后，现场报监理工程师审查批准。

（3）成孔故障的防预与排除

成孔故障多为卡钻、渗漏或孔壁塌陷。一般来说，故障的出现主要是由于日常装备的维护和管理出现失误、施工时没有适时消除故障苗头导致的。所以，为预防故障，应加强对操作人员和钻机队伍的管理，进行严格的入场装备检查确认、装备维修和保养。在施工过程中，工作人员要认真操作、观察，因为大部分故障在发生前均可能出现警示信号，因而不能盲目操作。特别要注意的是，杜绝对速率的追求，避免装备带病运行。一点出现掉钻、断杆等故障，可使用专用的夹具器材。如有需要，潜水员可潜水协助，加装钢丝缆绳起吊排除故障，故障排除方案应在当天制定完成，不影响整体施工进度[1]。

4.4 清孔

采用二次清孔的方式，终孔后第1 次清孔，钢筋笼下放后二次清孔。沉渣厚度应符合设计需求，禁止用超钻替代沉渣。对于选用冲击钻泥浆护壁（筑墙）技术的成孔桩位，其清孔标准明确的同时，还应满足泥浆携渣能力的检测和各种（主要）泥浆指数的要求。

4.5 制作、安装钢筋笼

先在施工现场进行钢筋笼分节制备加工，先将混凝土保护块做成圆形，串在钢筋笼捆筋内，用来控制主筋的净保护层。再将钢筋笼用运输船运至钻机平台边，浮吊到平台上，使用履带式起重机协助现场开展立式接拼，且接拼过程符合设计规范。

钢筋笼在制备、装配时需注意：

4.5.1 钢筋笼制备胎座前，应提前拉直主筋。

4.5.2 短节运输平板应配有固定装置和支座，避免翻落、形变。

4.5.3 钢筋笼装配接头应符合规范和设计要求，并保证成型后的钢筋笼整体垂直。

4.5.4 钢筋笼的接拼，应符合设计规范中关于同一断面钢筋接头的数量、长度和错位规格要求。

4.5.5 钢筋笼的保护垫块应预先用混凝土制成圆饼形状，尺寸按设计要求执行，每2m 位置交叉配置垫块。

4.5.6 钢筋笼制备、装配完成后，应报送质量检验评定表。电焊工一定要持证上岗。按设计要求开展接头拉力取样实验。

4.6 浇筑混凝土

混凝土浇筑工艺，包括混凝土供应装备和混凝土浇筑工艺流程。混凝土的供应装备中，需配备两艘或一艘可开展双泵水上作业的搅拌船。混凝土浇筑时，由布料臂将混凝土运至浇筑处。当需要在船上添加混凝土时，应将混凝土船拖到公司的材料供应站上料码头进行补货。此外，如果能使用陆上混凝土浇筑，则应尽量使用陆上泵进行混凝土浇筑[2]。

混凝土浇筑施工流程为：混凝土船抛锚就位；平台上的钻机已经位移，但是泥浆仍在正循环过程中；准备好混凝土储料斗、浇筑架，φ0.3m/φ0.25m 导管；混凝土船进行实验性伸臂操作。此时混凝土浇筑准备工作完成（泥浆正循环过程停止，再次测量孔底沉渣厚度）；浇筑到指定标高位置（嵌岩灌注桩需要一定量的混凝土翻浆）。

混凝土浇筑质量控制，主要是指严格按照设计要求，对各类材料进行质量检验，项目部门应设立专门检测人员，做好等级配合比实验与试压工作。在施工过程中，应保证混凝土的供应质量，严格按照规范进行相关操作。

嵌岩桩混凝土浇筑前，需经项目部、技术部批准，报监理审批后，方可下达混凝土浇筑指令。同时，填写混凝土浇筑作业《嵌岩桩混凝土浇筑检查记录表》《嵌岩桩混凝土浇筑原始记录》。根据需求，嵌岩桩混凝土浇筑完成的28 天后，应开展桩体质量检测，主要是对桩身混凝土进行超声波测量[3]。

5 港口高桩码头工程嵌岩桩技术应用要点

为了深入分析该技术在实践中的应用，将结合某一工程施工的实际情况展开分析和探讨。某一桥梁工程的结构分为上下两个部分，上部结构为预应力T梁，下部结构则有承台和方形墩结构两种，其中包括57 个桥墩。应用该技术在该桥梁工程施工中的技术要点分析如下：

5.1 对于成孔设备的选取

设备的科学技术水平和质量同技术应用的效果之间有着十分紧密的联系。技术应用的过程中，首先应选择符合工程需求的成孔设备。在选择设备的过程中，应以成孔的方向为选择设备的主要依据。根据固定的方式不同，可以选择桩成孔设备或平台成孔设备。施工过程中，还应考虑选择何种排渣设备，可以根据施工现场的实际情况选择循环排渣成孔设备或反循环排渣成孔设备。经过综合对比和分析在该工程建设的过程中，如果应用平台式气带反循环排渣成孔设备，不仅能够保证施工现场的施工效果，而且有利于排渣，此外，还能够降低对于工作人员的专业素质水平的要求。该设备的应用对于工作人员的综合素质水平要求不高，操作较为简便。同时，应用该设备展开桥梁工程的施工作业所需要投入的成本能够控制在合理范围内。但是应用该设备展开桥梁工程的施工作业也存在一些缺点。举例说明，应用该技术设备可能造成孔隙率的增加，同时对于斜率的要求较高。如果斜率低于5.1。那么就需要利用新型成孔设备仪器进行钻孔操作，而这种仪器属于国外进口需要投入大量的成本，同时需要重新采购。因此，利用该技术在进行桥梁工程施工的过程中，应根据施工现场的实际环境确定选择何种机械设备，同时还应当保证机械设备的质量，对机械设备进行检验。此外，还应当确定桩体长度，在此基础上确定贯入桩的长度。

5.2 桩基施工和检测作业

利用该技术施工前，需要对施工现场进行全面勘察。在此过程中，需要确定当地未来一段时间的天气状况，同时还要确定当地的自然地理环境条件。根据当地的天气条件，确定未来一段时间内的工作规划。根据当地的自然地理环境条件，确定如何进行桩基施工。在这一过程中需要控制好水渗漏的情况，防止由于水渗漏导致桩基的质量受到影响。

5.3 确定钢管桩嵌岩位置的方式

利用该技术在施工之前应当明确其各项参数，尤其是长度。进行嵌岩桩的施工作业需要将其前端嵌入岩体内，而岩体又受到风化影响。此时，选择程度适中的岩石结构进行操作十分重要。有理论研究表明，在中等风化程度的岩层内进行施工作业能够保证施工的效果。如果能计算好嵌入的长度，同时选择中等程度的岩石进行操作，那么就能够保证最终的工程质量。但是，在进行判断的过程中，容易受到各种各样因素的影响，因此增加了技术应用的难度。同时，在进行嵌入操作时，需要应用各种各样的仪器设备。例如，钻孔方式动态性检验设备，还需要考虑嵌入长度如何控制的问题。这对工作人员的技术水平提出了更高的要求。

6 预防和处理港口高桩码头工程嵌岩桩事故的相关策略

6.1 桥梁施工期间的漏浆以及坍孔现象

为了保证最终的桥梁施工质量，应当做好各项质量管理工作，减少事故的发生。对于施工期间所产生的漏浆和塌孔现象，针对前者，首先分析产生问题的原因，主要是孔壁的地层孔隙较大，使得相对位置的透水性无法得到控制。解决这一问题可以提高孔壁的稳定性；对于后者而言，需要保证护筒的深度。保证回填土的密实性，能够减少漏浆事件的发生。

6.2 公路桥梁施工卡锤问题的解决方式

桥梁工程施工过程中，在冲孔施工环节，容易出现卡锤的情况。如果出现这种情况将拖延工程施工的效率，因此应提出解决思路对其进行规制。如果能够在施工之前做好检查工作，检验钻锤的直径，保证钻锤的直径同施工的实际情况相符合，就能减少卡锤事件的发生。如果发生卡锤情况就需要及时处理，开展补焊相关工作。判断情况是否严重，从而选择应当使用起重机进行操作，还是应当对锤体周围的岩层进行爆破处理。