海岛水上灌注桩施工技术探讨

2023-03-04林乐亭于军山东海上建港有限公司

珠江水运 2023年3期

林乐亭于军山东海上建港有限公司

某岛交通码头工程位于地处渤海海峡,黄、渤海交界处。本工程施工地点为一座远岸孤岛，海岛地质结构复杂，自然环境恶劣，对水上灌注桩施工影响较大，如何保证钻孔平台稳定、合理安排施工工序、防止环境污染是本文研究的重点内容。

1.工程概况及施工难点

1.1 工程概况

某岛新建1000GT客货滚装泊位1个，码头长度63.09m，宽度12.5m，改造后登陆点宽15m。码头主体由灌注桩桩基和现浇墩台构成，灌注桩直径1.2m，桩长8.96～21.06m不等，共计36根；现浇墩台每段长21.0m，宽12.5m，码头前沿高程+3.6m。码头通过1：25的斜坡道连接至现有路面，坡道长度10m。码头结构断面图如图1所示。

1.2 本工程特点及难点

本工程地处黄、渤海交界线，为一座远岸孤岛，自然环境恶劣，灌注桩施工受风浪影响大。岛上缺少临时作业码头，没有淡水资源，没有临时用电接口，没有商混供应站，对灌注桩施工影响大。施工地点位于山脚，海底岩面起伏变化大，最大高差约4m，且紧邻现有防波堤内侧，海底存在抛石层和扭王字块等不利因素。因此，钢管桩入岩深度小，钻孔平台稳定性控制难度大；钻孔工艺、进尺速度或泥浆密度控制不当，极易引起漏浆、缩孔、扩孔或塌孔。本工程灌注桩为水上施工，施工地点位于沿海养殖区内，施工对环境保护要求较高。由于灌注桩施工工艺的特殊性，需要在钻孔平台上设置泥浆池、沉淀池，且钻孔平台空间小，施工机械设备多，工序复杂，环境保护难度大[1]。

2.施工总体安排

为保证各工序衔接紧密、安全有序，结合本工程特点，先进行水上钻孔平台搭设和钻孔灌注桩施工，待灌注桩混凝土强度达到设计要求且钻孔平台拆除后，再进行上部现浇墩台施工，最后进行登陆点改造。

3.工艺流程及操作要点

本工程钻孔灌注桩为水上施工，施工前需要先搭设水上钻孔平台，再进行钻孔灌注桩施工。本工程钻孔灌注桩是采用泥浆护壁，通过冲击钻机在地基土中钻进形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注水下混凝土而做成的桩，具体施工工艺流程和主要操作要点如下。

3.1 主要施工方法

3.1.1 钻孔平台搭设

钻孔平台为灌注桩施工的临时设施，为保证水上灌注桩施工安全与进度要求，需要对钻孔平台搭设进行设计，为水上灌注桩施工提供条件。

钻孔平台设计主要考虑经济性和满足桩基施工要求，平台设计尺寸为：长72m，宽12m，顶面标高+4.1m（高出设计最高水位2m），一侧端头直接搁置于岸上（下设枕木），另一端向海侧延伸。

图1 码头结构断面图

图2 钻孔平台搭设

图3 护筒沉设

图4 钻孔

图5 泥浆循环系统

钻孔平台下部采用9 排φ630mm×10mm钢管桩做基础，每排4根钢管桩，桩顶垫梁采用双I40a型工字钢，纵向分配梁采用6组贝雷梁，纵梁上铺设I25a@0.60m分配梁，桥面采用-10mm的钢板满铺。

本工程钢管桩采用振动锤沉设。由于近岸端和近防波堤侧存在倾斜岩面和抛石层且表面土层较薄，钢管桩无法穿透块石层，打设深度浅，稳定性差；项目部根据地质情况先沉设远岸端和远离防波堤侧的钢管桩，此部分钢管桩入土深度大、稳定性好；沉设完成后再沉设深度小的，最后通过型钢将已经沉设好的钢管桩纵、横焊连成框架结构，与上部结构加固成一体，同时受力，确保平台的整体稳定性。对于入土深度小的钢管桩，可在其两侧补加两根钢管桩并焊连成整体，增大受力面积，提高稳定性。垫梁、贝雷梁、分配梁等上部结构在岸上加工成型后，通过船上履带吊进行安装和加固。平台外侧设置防撞护栏及警示标志，确保施工中平台及航行船只安全（如图2所示）。

3.1.2 护筒沉设

护筒沉设对水中钻孔灌注桩的施工至关重要。针对桩位处最大水深达7m，水位波动大，且海底存在抛石层等特点，本工程部分灌注桩采用内、外双层护筒施工。内、外护筒均为钢护筒，外护筒直径φ1500mm，主要用于内护筒防护，防止泥浆外漏，底端穿过淤泥层进入粘土层不少于1m，顶端高出施工其最高水位1.5m～2m。内护筒直径φ1220mm，主要用于桩孔定位，保持孔内泥浆水位，保证不塌孔，其底端穿过粘土层进入块石层不少于1m，顶端高于钻孔平台顶面0.2m～0.3m（如图3所示）。

护筒采用振动锤沉设，先沉设外护筒，再沉设内护筒。外护筒沉设到位后与钻孔平台连接，保持稳定。内护筒先采用振动锤振动下沉，使其穿过粘土层至块石顶层后，再采用冲击钻头锤击跟进法沉设，沉入块石层不少于1m。内护筒沉设时采用导向架精确打入，内护筒沉设到位后，采取临时固定措施，防止成孔过程中发生位移[2]。

内外护筒之间填筑粘性土，经固结稳定后方可开始钻孔。冲击钻头锤击跟进法沉设实际也是钻孔的过程，冲击钻头锤击时，内护筒应随进尺随跟进，并适当增大泥浆密度，以便在孔壁上形成泥皮，有效防止漏浆和塌孔。

内护筒沉设到位后必须在护筒内抽下去1.5m高的水位差检查是否漏水，合格后才能进行下步施工。

3.1.3 钻孔

本工程钻孔采用冲击钻正循环法施工。钻孔开始时要保持钻机稳定，采用小冲程、慢速，使初开孔坚实、竖直、能起导向作用，避免碰撞护筒。钻孔作业须分班连续进行，经常对钻孔泥浆进行检测和试验。根据本工程的地质情况、钻机性能、泥浆材料等条件，经试验确定钻孔泥浆指标为：相对密度1.20～1.40，粘度22～30s，含砂率≤4%，胶体率≥95%。在钻孔过程中，维持孔内水位高出海面不小于1.5m（如图4所示）。

钻孔采用泥浆护壁。泥浆循环系统采用两个H=2m，Φ1.5m圆形钢护筒作为泥浆储浆桶和沉淀桶，吊挂于施工平台上，孔内泥浆通过泥浆管与沉淀桶、储浆桶相连，形成泥浆循环系统，以便钻渣清除、泥浆补充，同时防止泥浆外漏污染环境。施工过程中，泥浆携带钻渣由护筒预留孔中流出，经泥浆管流到沉淀桶中，钻渣沉淀析出，析出钻渣的泥浆流到储浆桶中以便循环利用，沉淀桶中钻渣通过污水泵输送至岸边沉淀池内，沉淀池内钻渣统一运到业主指定位置，以达到环境保护的要求（如图5所示）。

3.1.4 清孔

本工程灌注桩分两次清孔，第一次清孔是在钻孔达到设计标高后进行，第二次清孔是在钢筋笼和导管安放后，混凝土浇筑前进行。

本工程清孔采用正循环换浆法进行。清孔时将钻头提离孔底100～200 mm，以中速压入比重1.2～1.4的纯泥浆，把孔底沉渣和浓度较大的泥浆换出。在清孔排渣时，必须注意保持孔内水头，防止塌孔，不得用加深钻孔深度的方式代替清孔。清孔后泥浆指标为：相对密度1.10～1.20，粘度20～22s，含砂率≤4%，沉渣厚度≤300mm。泥浆相对密度采用泥浆比重计检测；泥浆含砂率采用泥浆含砂量测定仪检测；泥浆粘度采用泥浆粘度计检测。

孔底沉渣厚度采用测绳（测锤）检测，测绳采用标准水文测绳，测锤采用重锤，体积不宜太大。通常做法是将测锤绑到测绳一端，然后慢慢下放，到达孔底后慢慢用手上提下放，幅度不要大，靠经验和手感得到沉渣的大体厚度。

3.1.5 灌注水下混凝土

灌注水下混凝土是桩基工程施工的重要工序，应特别注意。本工程灌注桩混凝土由强制式搅拌机拌合，陆上装载机运输，吊车吊罐入管。灌注桩采用剪球法灌注首批水下混凝土，首批灌注混凝土的数量应能保证导管首次埋置深度不小于1.0m，经计算本工程灌注桩首批灌注混凝土最大方量为2.5方。

首批混凝土灌入孔底后，应立即测探孔内混凝土面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求，即可正常灌注。灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过程中，应经常测探井孔内混凝土面的位置，及时地调整导管埋深，导管的埋置深度宜控制在2～6m。灌注过程中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土高度，正确指挥导管的提升和拆除。为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应超灌0.5～1.0m。

3.2 桩基检测

本次钻芯法检测混凝土灌注桩完整性和强度共3根，全部为I类桩，桩长符合委托单位提供桩长数值；其中5号桩混凝土芯样试件抗压强度检测值为42.81MPa，7号桩混凝土芯样试件抗压强度检测值为42.4MPa，18号桩混凝土芯样试件抗压强度检测值为42.2MPa，满足设计要求。

4.施工总结

本工程地质复杂，部分钢管桩沉设深度较小或存在倾斜现象，无法保证其稳定性。施工中可根据地质条件先沉设深度大、稳定性好的钢管桩，再沉设深度小的，最后通过型钢将已经沉设的钢管桩纵、横焊连成框架结构，与上部结构加固成一体，同时受力，确保钻孔平台的整体稳定性[3]。对于入土深度小的钢管桩，可在其两侧补加两根钢管桩并焊连成整体，增大受力面积，提高稳定性。

对于地质结构复杂、容易漏浆且需要穿越块石层的海上灌注桩，可采用内、外双层护筒施工。护筒采用振动锤沉设，先沉设外护筒，再沉设内护筒，确保护筒底端及顶端高程符合规定要求，内、外护筒之间需填筑粘性土。

本工程灌注桩为水上施工，且位于沿海养殖区内，施工对环境保护要求较高。根据钻孔平台的现有空间，应合理设置泥浆循环系统，有效防止泥浆外漏。

泥浆循环系统采用两个H=2m，Φ1.5m圆形钢护筒作为泥浆储浆桶和沉淀桶，吊挂于施工平台上，孔内泥浆携带钻渣由护筒预留孔中流出，经泥浆管流到沉淀桶中，钻渣沉淀析出，析出钻渣的泥浆流到储浆桶中以便循环利用，沉淀桶中钻渣通过污水泵输送至岸边沉淀池内，沉淀池内钻渣统一运到业主指定位置，以达到环境保护的要求。

效果：灌注桩施工期间，未出现泥浆外漏污染环境等情况。