广西北海涠洲岛某原油码头引桥钻孔灌注桩施工技术

杨洪明，杨祝青，王现国

(1.中铁港航(广东)海洋工程有限公司，广东 广州510623;2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州510230;3.河南省地质调查院，河南 郑州450001)

广西北海涠洲岛某原油码头引桥钻孔灌注桩施工技术

杨洪明1，杨祝青2，王现国3

(1.中铁港航(广东)海洋工程有限公司，广东 广州510623;2.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州510230;3.河南省地质调查院，河南 郑州450001)

根据广西北海涠洲岛某原油码头的工程水文地质条件，采用钻孔灌注进行桩基础施工，对钻孔灌注桩的施工方法、工艺流程、钢筋笼吊放、水下浇筑等关键施工工艺和技术进行讨论，提出几种常见的质量问题及防范措施。

涠洲岛;钻孔灌注;水下浇筑;混凝土

广西北海涠洲某原油码头新建工程有30万 t接卸泊位一个、引桥2 800 m、工作船码头一座。其中引桥部分由78 m跨度钢桁架引桥和15 m跨度钢筋混凝土小排架引桥结构组成。排架总长度887.5 m，共60个排架。根据设计要求排架基础必须以中风化或微风化玄武岩为持力层，桩尖嵌入中风化岩厚度不少于3 m，嵌入微风化岩厚度不少于2.5 m。

排架基础设计为钢筋混凝土灌注桩，桩基础共计124根桩(其中42根为冲孔灌注桩，82根为钻孔灌注桩;)桩径Φ 1 500 mm，桩长22.5 m，混凝土 C40;为此，钻孔成孔施工工艺成为本工程的重点。在此本文简要介绍钻孔灌注桩施工技术，并对在施工过程中常见的问题进行了分析。

1 工程地质概况

1.1 工程水文地质条件

工程位于北部湾涠洲岛西北侧，地属亚热带海洋性气候，季风盛行，高温多雨。年均气温23.1℃。年均降水量1 379.5 mm。冬季受北风影响，风向多偏北，夏季受西南方向季风影响，风向以SW为主，每年5～11月受台风影响。工程小排架位置天然水深－2.0～0 m，一个月内有20 d每日出现一次高潮，一次低潮;7 d出现两次高潮，两次低潮。设计高潮位+4.85 m，设计低潮位+0.67 m。潮流为沿海岸线走向的往复流，落潮流速大于涨潮流速，表层流速大于底层流速;涨潮平均流速0.35 m/s左右最大流速为0.60 m/s;落潮平均流速 0.41 m/s左右，最大流速为 0.65 m/s。

1.2 工程地质条件

根据地质钻探揭示排架结构工程场区主要发育地层如下:

1)生物礁灰岩:厚度变化较大，层厚3～7.5 m不等;质软，生物结构，块状结构，主要矿物为珊瑚碎块、贝壳碎块等，充填较多中细砂;本层主要指标为单轴饱和抗压强度2.8 MPa。

2)全风化玄武岩:稍湿，可塑～硬塑，呈砂混粘土状，平均厚度 1.0 m(0.5 ～1.5 m);本层主要指标为 N=32.3 击(20～40击);

3)强风化玄武岩:坚硬土状，风化裂隙发育，手可折断，浸水崩解，平均厚度1.33 m(0.6～1.9 m)，本层主要指标为N≥50击;

4)中风化玄武岩:质硬，隐晶质结构，块状构造，主要矿物成分为辉石、长石、石英等，风化裂隙较发育，平均厚度3.98 m(1.1～6.4 m)，本层主要指标为单轴饱和抗压强度为77.0 Mpa(35.1 ～110.6 Mpa);

5)微风化玄武岩:硬质岩，隐晶质结构，块状构造，主要矿物成分为辉石、长石、石英等。平均厚度5.4 m(2.3～7.3 m)，本层主要指标为单轴饱和抗压强度为98.4 Mpa(74.4～ 120.0 Mpa);

6)中风化凝灰岩，湿，可塑，粘性一般，含少量细砂，厚度1.3 m，本层主要指标为单轴饱和抗压强度为18.7 Mpa;

7)中风化凝灰质砂岩、凝灰质角砾岩，质软，粉砂结构，主要矿物成分为石英、火山灰等，平均厚度1.37 m(0.6～2.1 m)，本层主要指标为单轴饱和抗压强度为14.4 Mpa(2.2 ～26.6 Mpa)。

2 钻孔灌注桩施工工艺

由于本工程桩尖持力层为中风化或微风化玄武岩，岩质坚硬，设计要求桩尖入土深度在中风化嵌岩层时不小于3 m，微风化嵌岩时不小于2.5 m。若采用普通钻头的回转施工工艺钻硬质岩层钻进缓慢，且容易发生断杆、掉杆以及钻头严重磨损等现象，甚至无法成孔。若采用一般重锤冲孔施工工艺，因地质条件影响，较大的冲击能对持力层基岩破坏较大，难以满足桩基整体要求。

针对中风化或微风化玄武岩岩质坚硬等地质条件的影响，拟采用高频低能的大直径回转潜孔锤，气举反循环全断面或分级造孔的施工工艺，以提高成孔效率，确保基岩持力层的完整性，满足桩基整体要求。

施工时，基岩上部土层采用回转钻机，刮刀钻头，卷扬机控制钻压，置入粘土或自然土层造浆排渣，气举反循环造孔;基岩部分采用大直径回转潜孔锤，气举反循环全断面或分级造孔。

2.1 施工工艺流程

钻孔桩机就位→桩位复核→制浆钻进(刮刀钻头)→到基岩层面→更换钻具→钻进(回转潜孔锤)→致持力层→清孔排浆→钢筋笼吊放→压注砼→成桩→清洗机具、移机。钻孔工艺见图1。

图1 钻孔工艺图

2.2 主要施工方法及技术要求

2.2.1 回转钻施工方法

钻机定位 钻机定位应调平、周正、并对中，水平尺严格校正“三点一线”，施工时立轴线与桩位中心线应重合。

钻进钻进过程中应随机多次检查钻机的垂直度及孔斜率，并依据不同地质情况及时调整钻速、钻压及泥浆性能，以防卡钻，及时做好班报表记录，有异常情况及时汇报，及时处理，直至设计标高;并由监理工程师签认。

2.2.2 回转潜孔锤施工方法

在上部土层采用回转钻机，刮刀钻头钻致基岩面后;基岩部分采用大直径回转潜孔锤，气举反循环全断面或分级造孔。其主要控制技术为:1)严格按潜孔锤施工要求进行泥浆调节，尽量采用清水施工，局部较硬基岩采用分级造孔时，应确保分级扩进孔和桩孔中心线的同线性;2)钻头和钢护筒直径偏差不得大于50 mm，应使钢护筒内土质或岩质全段面排出及扩孔孔径满足要求;3)钻至基岩面钻头更换后，应着重调节钻压及转速，采用低压，底转速控制钻进进尺的方式，以保桩底斜率和设计要求偏差不得大于50 mm;4)潜孔锤施工时，应严格控制风压、风量及油量，确保潜孔锤孔内施工效率，严防超钻现象。

2.2.3 成孔质量要求

直孔孔斜率小于1%;桩孔进入设计持力层、达到设计要求;成孔后的孔底沉渣不得大于50 mm。

2.2.4 钢筋笼吊放

在钢筋笼吊放前，应检查灌注导管(接口)密封性，确保高密封，同时检查导管内是否附有固结物，以防灌注时堵管。应严格按规范及设计要求制作，分段焊接时，其主筋焊接不小于10 d，严格控制上下对中，主筋净保护层不得低于70 mm。φ10环螺旋布设，确保保护层厚度，桩钢筋笼吊放时宜慢、稳，安装后，其中心线偏差不得大于1%，并将其固稳，确保其桩内居中，以防弯曲及灌注时上移。

2.2.5 C40不收缩混凝土施工

混凝土施工前，孔底沉渣不得大于50 mm，灌注时应均匀，连续，严格按设计要求施工，灌注过程中，严格控制浆液上升高度和整桩灌注时间，保持灌注连续性，最后一次灌注量，应加以控制(通过计算与实测相结合)勿使桩顶浆液饱满，确保桩身及桩顶质量，确保桩身砼完整连续、无“五现象”(断层、瓶颈、钢筋揭露、离析、蜂窝)、胶结好、强度均达到设计要求以上，桩顶标高符合设计要求。

2.3 施工技术质量保证措施

钻孔加冲孔灌注桩是一项质量要求高，施工工序多，必须在一个短时间内连续完成的地下隐蔽工程，特别要把好钻孔、清孔、下钢筋笼和灌注混凝土这四道工序，根据规范要求和施工经验，对桩孔质量的控制(表1)，在施工中主要采取如下措施［1－2］:

表1 桩孔质量控制表

2.3.1 垂直度控制

本工程采用潜孔锤施工时，钻压为潜孔锤自身重量，且在孔底施压，具有良好的垂直导正性，能较高的满足垂直度要求。

2.3.2 入岩深度的控制

钻孔桩的嵌岩深度是保证单桩承载力的关键，施工人员应结合施工中钻孔岩样、钻进速度等情况结合地质报告来判定检查其入岩深度是否达到设计要求。

2.3.3 孔底沉碴控制

施工时应严格清孔质量，采用反循环返渣，一般在安装钢筋笼后均能满足要求，如果沉渣厚度超过设计要求，必要时进行二次清孔，或可通过更换新鲜泥浆调节泥浆性能，使孔底沉渣小于5 cm，孔内少量钻渣受泥浆胶体悬浮作用，在一定时间内不下沉，以保证孔底干净。

2.3.4 灌注水下砼的控制

水下浇筑混凝土，是成桩质量最关键的工序，为保证灌注质量，施工时采取如下措施:1)浇筑前仔细检查施工机械设备情况，确保正常使用，预防因机械设备不正常造成的时间耽误引起事故;2)为保证桩较深孔的顺利浇筑，应加快浇筑速度;3)保障混凝土浇筑的连续不间断;4)派专人负责记录水下砼浇筑情况，量测孔内砼面位置和指导拆管。

3 结语

限于工程特殊的地理位置，在海上钻孔灌注桩施工中要严格规范钻孔桩施工工艺，尤其是对桩基沉降和桩径摩擦力影响较大的钢筋笼制作安放和水下浇筑混凝土的控制，以确保钻孔桩各个环节的施工质量。

此外，还应制定严密的试桩方案，通过对桩基础单桩静载试验和群桩持荷沉降试验研究，获取桩基的极限承载力和荷载传递规律，了解桩基沉降随荷载与时间的变化规律;通过不同地质、桩径、桩长、不同钻孔桩施工设备下的钻孔桩工艺试验，以指导并规范钻孔桩施工工艺以及桥梁各部分工程沉降差调整［3］。

［1］王亮.常德青峰煤矿四号井三水平二采区地面钻孔注浆堵水工艺［J］.地下水.2011，33(3):105－106.

［2］景列芳.钻孔灌注桩施工中的质量事故及防范措施［J］.地下水.2010，32(5):134 －135.

［3］回达鹏 武广客运专线王观坪大桥冲击钻孔施工技术［J］.西部探矿工程.2011(11):216－218.

U443.15+4

B

1004－1184(2012)04－0166－02

2012－03－13

杨洪明(1978－)，男，湖北广水人，工程师，主要从事港口与航道工程施工管理工作。