水中斜孔嵌岩桩施工技术

1、水中斜孔嵌岩桩施工技术何中华（中铁上海工程局，上海200000）摘 要：文章对水中斜孔嵌岩桩施工技术难点进行了分析，并介绍了主要施工方 法。关键词：嵌岩桩；工程施工；技术1工程概况1.11程规模及结构特点。某工程位于岸边，设计为一座长360m,宽 20m的舸装码头。码头通过一座宽10m的引桥与长江大堤连接，码头和引桥均 釆用高桩梁板式结构，码头设计停靠最大船型为5万吨级空船。码头排架间距8m,分段长度60m,各包括8棉排架及两侧各2.0m的 悬臂段。每棉排架布置6根桩，其中包括一组斜度为6:1的叉桩和4根直桩。其 中岸侧三排钢护筒壁厚δ14mm,叉桩组δ

2、12mm,最后一排& delta;10mmo码头桩基均采用φ1000mm的灌注型嵌岩桩，根据设计灌注桩施工前 先施打内径φ1000mm的钢护筒。钢护筒沉桩采用d100柴油锤二挡锤击，贯 入度控制，标高校核，终锤贯入度小于2cm；码头嵌岩灌注桩桩基持力层选择中 等风化粉砂岩，位于岩面低于-16.0m的桩，其桩底进入中分化岩层不小于3.0m, 其他地段的桩其桩底进入中风化岩层不小于5.0m,灌注桩碗强度等级c35o码头桩共288根，其中肓桩192根，斜桩96根，斜桩扭角为20° 和 25°01.2 1程地质条件。1.2.1地形

3、地貌。该工程长江水流由w向e,近岸边坡较陡，坡角30 40°左右，后为1级阶地，阶地不太发育，宽50200m,标高19.6021.30m （黄海高程）为居民区及旱地分布，阶地前缘有碗浇筑的防洪堤，堤顶宽1.2m, 标高 22.7023.60m。1.2.2地层分布。工程位置地质土层自上而下为：(1)素填土：灰、黄 褐等杂色，稍湿饱和，大空隙，由粉质粘土夹少量灰岩及砂岩块石冋填而成， 厚000520m； (2)粉砂:灰色，饱和，松散状，颗粒均匀，层厚0.002.20m；(3)粉质粘土：浅灰夹褐黄色，软塑状，干强度中等，任性中等，切面光滑， 局部夹薄层粉砂或粘土，层厚0.0028.6

4、0m； (4)细砂：灰黃色，饱和，主要成 分为石英，见少量云母，层厚3.00-7.60m； (5)角砾：灰色，饱和，成分为砂岩， 层厚o.ooto.oom； (6)粉质粘土：褐黃色，可塑状，干强度中等，底部夹少量 砂岩角砾，层厚0.0018.50m； (7)强风化粉砂岩：褐黄灰色，泥质胶结，裂隙 发育，岩质次坚固，层厚0.00-12.30m； (8)中等风化粉砂岩：灰青灰色，泥质 胶结，裂隙较发育，岩质坚固，平均值rb=35.5mpa,标准差7.43,变异系数0.209, 标准值32.8mpao属较硬岩，岩体基本质量等级为iv级，岩体完整程度为破碎。1.2.3地下水。码头底部地下水主要含水层为

5、：松散岩类孔隙水及基岩 裂隙水两种类型。2施工难点分析2.1由于该工程斜孔嵌岩桩外设δ12mm的钢护筒，护筒相对为薄 壁结构，虽然在护筒制作过程中底部增设了δ二10mm, l=350mm的加强箍， 但沉桩过程中按终锤贯入度控制，因而斜桩护筒可能会出现底口卷边情况。2.2为保证斜孔钻机施工安全，必须对码头施工钢平台进行局部加固， 以满足施工承载要求。2.3斜桩设计为6： 1斜度，在成孔过程中必须保证钻机与护筒同斜度施 工，钻进过程中严格控制钻杆的推进速度，以防卡钻和断杆。2.4该码头嵌岩深度较深(位于岩面低于-16.0m的桩，其桩底进入中分 化岩层不小于3

6、.0m,其他地段的桩其桩底进入中风化岩层不小于5.0m),必须 保证钻进过程中钻杆的压力和扭矩。2.5由于本工程前期地勘探孔分布较稀疏，且在中下游位置有破碎带， 岩质较软，判断入中风化岩面标准较困难。2.6成孔后的钢筋笼下放及咼浇筑过程不能按常规直孔方法施工。3主要施工方法3.1施工平台加固。本工程码头施工钢平台采用横向铺设i 36工字钢, 纵向25槽钢，另面层加设2cm木板底模，钻机就位钻孔过程中将产生较人的冲 击振动，为保证钻机正常工作，在钻机工作区域需进行局部加固处理。冋转钻机钻孔时，护筒的自由长度较长，而钻机因自重已在桩顶上存在一定水平 分力，在钻孔吋，钻机由产生较大的振动作用，为了保

7、证安全和不使桩产生倾倒 与变位，必须对钻机平台进行加固，加固方法：两斜桩间用16槽钢加焊两道横 撑，斜桩与同侧工字钢间用16槽钢加焊斜撑两道，前后对称布置。图1护筒加固方案3.2设备选型。满足斜孔机械成孔需要的设备主要有两种，一种为全液 压斜桩设备，但施工费用较高；另一种为对现有直孔钻机改造，但施工效率较低， 质量难以保证。另一种施工也可以采用人工挖孔方式成孔，施工质量可以保证, 但施工安全隐患较多，危险性大。借鉴相邻单位施工经验，经我部综合考虑，选用两台zsd-2000型液压 冋转钻机，同时配备两台l-11/7空压机通过气举反循环进行斜桩施工。由于该 钻机为全液压钻机，可通过液压油缸加压，使

8、轴向力通过钻具传递至孔底，钻孔 速度较快，同时具有扭矩大，可钻进基岩等优点，钻机性能参数见表1。3.3钻机特点。3.3.1钻机底座（见图2）。根据码头斜桩设计斜率，用两根25a槽钢双拼成槽钢盒做成斜率6： 1 的底座，其加工尺寸大于钻机底盘（每边略大于20cm）,然后将钻机底盘与底座 焊接形成一体，保证钻机主架在与钻机底盘垂直固定的情况下，钻机转盘面始终 与斜桩纵轴线垂直。3.3.2钻杆导向器。为保证钻进过程中钻杆定向钻进，同吋减少摩擦阻 力，钻杆需设置导向器。导向器用δ20钢板做成等边三角装置与钻杆焊接， 在三角点外侧装直径10cm滚轮，这样导向器与钢管桩内壁通过滚轮接触

9、，在钻 进过程中导向器与钢管桩内壁之间只存在相对滑动，没有相对转动，能更好地起 到导向和减少扭力的作用。本工程导向器设置情况:第一个设置在钻头以上5m, 然后每隔10m左右设置一个，直径稍小于钢护筒内径。图3冋转钻机钻杆导向器示意图3.3.3牙轮钻头（见图4）。牙轮钻头具有朝向不同方位转动凸头、凸齿 切割坚硬岩石特点，能够快速成孔。根据施工桩径及施工规范要求，本工程钻头 直径设计为900mm o3.4钻孔施工。3.4.1钻机定位。所有钻机均采用浮吊起吊方式运至钢平台上。施工过 程中，冋转钻机移动采用浮吊配合。冋转钻机定位前采用吊线的方式测出钢管桩实际的倾斜度和扭角，从而通过调整 液压杆的方式调

10、整钻杆斜率，就位时根据实测扭角调整钻机底盘方位，钻机落位 吋注意尽量使钢护筒中心与钻盘中心在同一直线上，即保证钻机扭角、倾斜度、 钻盘中心与钢护筒实际一致。342钻孔。开钻吋轻压钻进直至钻头完全进入强风化岩层，然后根据 地层的便度适当加压。在钻进过程中应密切注意钻进是否正常，如钻杆发生抖动、 进尺缓慢或没有进尺，须及吋检查钻机是否出现故障和渣样中是否含有铁屑，否 则须对钻机斜率、扭角等进行调整；同吋在钻孔过程中注意保持孔内水位，桩内 水位尽量高出江水面152.0m左右为宜。当钻进过程中遇到岩面倾斜或孤石吋, 采取低压减速钻进，以防止钻孔偏斜。当钻进速度慢吋，可采用钻头加配重或是油缸通过钻杆对钻

11、头直接施加 一定的轴心压力，钻进速度可提高。在反循环清孔过程中，要注意查看排渣岩土状况，刚进入中风化和达到设计底标 高的碎石岩样注意保留存档，对照设计施工图纸和地勘报告，确定入岩（中风化 岩面）及终孔标高。3.4.3钢筋笼制作和吊放。由于斜孔桩具有一定倾斜度，钢筋笼对中吊 放具有一定困难，必须对钢筋笼加工进行改进，具体改进措施有：（1）将加强箍 设置在主筋外侧，保证钢筋笼内侧平顺，防止下导管及导管过程中卡挂；（2）为 保证钢筋笼对中安放，必须保证钢筋笼保护块焊接牢固、均匀；（3）为保证钢筋 笼下方至孔底，将底部第一段lm范围做成喇叭形收口。在钢筋笼下方过程中，为保证钢筋笼下吊入底，顶部钢筋笼不

12、设吊耳， 用短头φ25钢筋焊接固定，保证不上浮，如图5。3.4.4清孔。根据本工程护筒沉桩及钻孔岩样情况分析，钢护筒基本进 入强风化岩。同吋，根据地勘情况分析，护筒上部有较深粘土的覆盖层，成孔质 量相对比较稳定，采用气举反循环施工满足本项目施工。在钻头钻进过程中气举将钻渣从钻杆中带出，同吋不断向孔内补充清水, 达到即钻即清的效果，成孔后孔内沉渣较少，一般成孔后再循环30分钟即能达 到清水孔效果，保证成孔质量。对于长时间放置（超过48小吋）的桩位在浇筑前必须进行清孔处理， 调运反循环设备不便，且耽误成孔。根据实际情况另加工一套清孔设备。该设备 通过放入絵导管内、导管孔顶接出水管，

13、气管接通到空压机风管上，在导管内形 成负压，将孔底内的沉渣气举孔外，该设备放置在距孔底20-40cm处。图6清孔设备示意图345轮浇筑。为保证栓导管在下放和上提过程中顺畅、不挂钢筋笼， 同时在保证桧灌注过程中不出现堵管情况，必须对桧质量和导管严格要求。（1）在导管中间增设固定式导向器，导向器采用δ12mm钢板与 导管焊接成中间大，向两端逐渐收口的气包形式，在浇筑下孔吋放置在中间位置 （16-17m左右），形式图7所示。（2）浇筑栓全部采用商品栓，80柴油泵输送， 栓塌落度控制在180220mm间，且搅拌到入孔时间必须控制在1.5小时。(3) 为保证桧导管畅通，防止下料漏水堵管，在下导管过程中应严格检查导管的密封 性，丝扌】1紧固过程中必须加设密封橡圈。(4)钻机功效分析。钻机底座调整、钻 头改