大直径砼管桩嵌岩施工
大直径砼管桩嵌岩施工【1】
【摘要】本文介绍了大直径砼管桩嵌岩施工中出现的一些问题及处理措施。
【关键词】大直径砼管桩;嵌岩;问题及处理措施
引 言
广州珠江电厂煤码头技术改造工程[1]，比较显著的一个特点是：基础为φ1200mm砼预制管桩，施打到位后进行钻孔嵌岩;其难度有三：一是三分之一为斜桩嵌岩，二是嵌岩深度达到5.5m，三是持力层为微风化岩石。
在施工期间，我们遇到了一些问题，通过努力，及时采取了相应的技术措施，确保管桩嵌岩的工程质量达到了设计要求。
现将该工程的施工工艺和遇到的问题及采取的措施写出来，和大家探讨。
1.工程概述
广州珠江电厂煤码头技术改造工程[1]，位于广州市南沙经济技术开发区坦头村珠江电厂北侧，大虎道与沙螺湾之间水域。
该水域临近入海口，受潮汐影响。
广州珠江电厂原有煤码头泊位等级为35000吨级，码头总长250.08m。
对该码头进行技术改造(加固和延长)后，泊位等级将升级为50000吨级。
主要工程量包括现有码头西段85.03m长度后方加固、现有码头延长40m，为高桩梁板式结构，桩基础为φ1200mm砼预制管桩，施打到位后进行钻孔嵌岩，嵌岩部分和顶部以下1m范围浇注砼。
码头加固段的管桩嵌岩深度不小于3.5m;码头加长段的管桩嵌岩深度不小于5.5m。
2.施工工艺流程
管桩嵌岩施工工艺流程如图所示。
管桩嵌岩工艺流程框
3.施工方法
3.1 选择钻孔机械
钻机采用自有的由GMD―15型钻机为母体改装后的GMD―15―12―X(A)型钻机。
该机是以GMD―15型钻机为母体改造而成的，GMD―15型钻机是符合我国工程施工的具体特点的一种多用途大口径轻型钻机，该钻机为液压给进、短门架导向、机械动力头式回转钻机，采用正、反循环钻进工艺，可在第四纪覆盖层(包括卵石砾石地层)及坚硬岩石层中钻进。
3.2 施工平台架设：
1)乘低潮时，在管桩上安装桩箍，作为架设工字钢的牛腿用。
桩箍用钢筋吊在桩头上，以防滑落。
码头加固段在原煤码头靠岸侧的两根桩上也安上桩箍，将施工平台与原煤码头连接，确保其稳定性。
2)利用桩箍架设25#工字钢，作为施工平台的主骨架。
根据施工要求标高，在25#工字钢上用槽钢搭设施工平台每排桩的施工平台，平台面上铺上30mm厚木板，木板与槽钢作可靠连接。
3)每个桩基施工平台间用工字钢连接在一起，形成一个整体(加固、加长段每排桩为一独立整体，靠加长段的拖轮码头为一独立整体，趸船码头为两二独立整体)。
3.3钻孔、清渣：
1)在土层和强风层采用刮刀钻头，借助钻杆自重正常钻进，进尺速度取决于钻杆重量、钻头转速和地质软硬程度。
2)本工程由于管桩已打到风化岩内，钻孔过程中不存在塌孔问题，故没有必要造浆。
施工中主要采取反循环的办法排碴清孔。
3)反循环排渣：先由泥沙泵抽取海水对反循环泵灌水排空气，然后启动反循环泵泵吸排碴。
泥浆直接排入泥驳，并由泥沙泵抽取海水补入钢护筒以保持其水位不变。
泥浆沉淀后外运到指定地点倾卸。
3.4成孔检验方法：
1)孔深检验：对每台桩机的钻杆进行编号，并对编号的钻杆建立 “资料库”(记录每条钻杆的编号及长度)钻孔的深度即是钻杆的总长度与钻头长度之和。
检测孔深只需将在孔内的钻杆编号相对应“资料库”中的钻杆编号的长度与钻头长度之和即是钻孔孔深。
2)孔径检验：为防止钻孔直径不够，施工中用φ22钢筋根据管桩内径分别制作两种直径的检孔器，长度分别为5m、4m。
通过检孔器测量孔径是否达到设计要求，同时检测孔壁是否顺直。
3)沉渣厚度检验：用细钢丝绳底部吊φ200铅球(便于滚动)做测绳，测绳测出的孔深与钻杆所测孔深的差值即是沉渣厚度。
4)斜桩倾斜度检验：孔斜度服从于钢管桩斜度，具体数值可在沉桩记录表查到。
3.5钢筋笼制安：
1)钢筋笼制作：按图纸和有关技术规范要求制作钢筋笼。
为了防止安放钢筋笼时底端插入孔壁，便于顺利沉放到位，钢筋笼底端钢筋采用了“收口”措施。
2)钢筋笼安装：钢筋笼在钢筋棚加工绑扎焊接。
安装时使钢筋笼尽量与钢护筒轴线平行，在重力作用下，钢筋笼沿钢护壁通过滚轮滑向桩底。
同时，通过附在吊钩上的测绳测量钢筋笼是否到底。
否则，重复起吊再次安放，确保钢筋笼到底。
由于砼具有粘稠性，随着砼面上升，钢筋往往也随之上升，而且本工程钢筋笼自重不大，更易上升，为防浇注砼时钢筋笼上浮施工中采用4～6节直径φ100长6m的水管套在笼顶的钢筋上“压住” 钢筋笼，浇注完成后再吊起分节折除。
3.6嵌岩砼浇筑：
1)嵌岩砼采用导管法浇注，漏斗下料。
2)嵌岩砼浇筑采用斜升导管法，导管间夹橡皮垫圈，导管使用前应进行水密、承压及接头抗拉试验。
为保证导管始终处于桩的斜向中轴线上，在导管上加设轻便型扶正器，间距6m(钢筋笼处不设置)。
3)根据剪球后第一批进入孔底混凝土的数量应能满足导管埋入混凝土中的深度不得小于1m的要求，选用或制作满足要求的料斗。
浇注首批砼时将导管距桩底30�M左右，并通过计算确保首批砼用量，浇注过程中尽可能缩短拆除导管的间隔时间，当导管内砼不满时，则徐徐地灌注，防止在导管内造成高压气囊，将密封垫圈挤出，严格控制砼的均匀性和坍落度。
考虑到海上作业困难，灌注时间较长，拟在砼中掺入FDN-440缓凝剂，以延缓其凝结时间，施工时经常计算井孔内砼面标高，及时调整导管埋深，使导管的埋深控制在2-6m之间。
灌注至设计标高后，为确保砼质量，本工程砼浇注量比设计量超灌0.5m3。
4)桩头挡板安设：用铁线将一圆形板(板的直径比桩内径小20mm)挂在桩内，板的标高比桩头砼底标高低200mm，然后浇筑100mm膨胀砼，振捣密实，形成桩头挡板。
4.施工中出现的问题
1)钻进时出现缩孔现象
该类现象在施工中发生次数最多，达到3次，其中直桩1次，斜桩2次;都是在进入中风化开始出现这类情况，其很容易导致钻头卡钻等工程事故。
2)钻进时偏斜的情况
在施工中出现2次，其中直桩1次，斜桩1次。
3)钢筋笼下不到位的情况
在施工中出现3次，都是发生在斜桩嵌岩桩。
发生部位多是在管桩桩端和岩层交界处。
5.针对以上问题的分析及处理措施
5.1.钻进时出现偏斜的成因分析及处理措施
由于底部岩层表面不平整，钻进时穿透的岩层也存在强度不一的情况，致使钻机钻进时容易出现钻偏现象。
出现该类问题主要是钻机的钻杆倾斜度在钻进时发生了变化;通过分析，采取了一下预防及处理措施：
a)钻进施工时，每日3次定时检查钻机的钻盘水平度或钻杆的倾斜度是否符合设计要求;
b)发现钻杆倾斜度不符合设计要求时，立即提出钻杆，对该时段钻进的深度抛填片时恢复至合格前的标高，再调整钻杆的倾斜度重新钻进;
5.2.钻进时出现缩孔的成因分析及处理措施
出现该类问题，主要是岩层对钻头的.磨损致使钻头的直径发生了变化。
由于该类问题很容易导致卡钻等事故发生，处理起来会对工期造成严重影响，故建议多采取预防措施，防止该类事故发生。
当时我们采取了以下措施：
a)钻进前，对钻头进行加固处理，并严格检查其直接不得低于规范[2]要求;
b)钻进时，根据设计提供的地质资料并结合现场的取样情况分析，按强风化岩层、中风化岩层、微风化岩层等不同岩层确定对钻头的抽查频率，并严格执行按时抽查的制度;发现钻头磨损的，立即进行补焊到位;
c)当钻头进入中风化岩和弱风化岩后，钻进困难，此时吊出钻杆，将刮刀钻头更换牙轮钻头在扭矩许可和机身不跳动的情况下加压钻进;先利用油压系统对钻头钻杆称重，以确定压值，试钻后若加压值太大，机身跳动，则可减少加压值，并找到最佳值，以最大钻进速度钻进。
当然若机身跳动大，则减压钻进。
d)发现钻头严重超规范要求时，对完成的孔径进行检查，发现缩孔，立即回填片石，重新钻进;
5.2.钢筋笼下不到位的的成因分析及处理措施
此类问题多是由于孔径发生了偏斜、缩进、扭曲等情况造成的，问题主要集中在管桩桩端和岩层交界处。
主要通过以下措施，解决了该类问题：
a)通过检孔器的检查，确保孔径达到设计要求;
b)管桩施打前要仔细检查其内壁情况，确保内壁不存在异物或异径的情况，如果有，立即处理至满足设计要求的内径直径;
c)钻机钻进时严格控制倾斜度不超规范[3]要求;
d)对钢筋笼进行必要的处理，制作中增设导向装置，即在钢筋笼外间隔1.5米加焊φ20圆钢作为导向轮的转轴，在φ20钢筋上套φ60�L的滚轮，每圈六个。
结 语
针对施工中出现的问题，我们及时采取了以上技术措施，确保了最终基桩的嵌岩效果，基桩检测均达到了A类桩标准。
在该工程施工中，大直径砼管桩的嵌岩是一个难点，也是出问题最多的地方，通过对这些问题的分析总结，我对该类工程的特点有了更深入的了解和把握;通过采取措施解决问题，我积累了该类工程的宝贵经验和知识，对我以后从事类似工程奠定了基础。
参考文献
[1] 广州港湾工程设计院.广州珠江电厂煤码头技术改造工程施工图，2005年08月.
[2]JTJ254�D1998 《港口工程桩基规范》.
[3]JTJ285�D2000 《港口工程嵌岩桩设计与施工技术规程》.
大直径管桩施工技术【2】
【摘 要】本文笔者根据多年工作经验介绍了大直径管桩的设计，并详细阐述了大直径管桩的施工技术，对于施工中可能存在的下沉偏差问题，给出了相应的纠偏方法。
【关键词】管桩设计;施工方法;质量控制
1、工程概况
某标段工程地理位置位于山区，地质结构情况较复杂，高架桥下部结构桩基施工范围内的地质条件为卵石、圆砾、细砂层，不利于钻机钻孔施工，故该工程采用人工挖孔进行桩基施工。
该标段90号轴设计桩长36m，91、92号轴设计桩长42m，93～96号轴设计桩长40m，97号轴设计桩长30m。
桩基开挖施工时，90号轴桩基施工自地表以下25m深处遇地下水及大块漂石，97号轴桩基施工至26m深处时，遇流沙层。
根据90号轴及97号轴桩基施工现场地质情况分析，该标段90～97号轴段实际地质情况为砂卵石及大块漂石，自地表以下26～34m深度内为流沙层，按原设计进行桩基施工无法成孔。
为保证施工安全、工程质量及进度，该标段91～96号轴下部结构选用大直径管桩基础。
2、大直径管桩设计
大直径管桩直径D=7.0m，d=6.0m，桩长14.5～16.5m。
桩身为C50混凝土现场浇筑，桩壁厚50cm，采用自平衡技术分段下沉成桩，桩身内回填砂石(见图1)。
3、主要施工方法及技术措施
3.1施工工艺流程。
打设混凝土锚桩→首节管桩基坑开挖(支护)→预埋钢刃角→第1节管桩钢筋混凝土结构→全断面除土→第1节管桩下沉→第2节管桩钢筋混凝土结构→全断面除土→第3、4节管桩钢筋混凝土结构→全断面除土→顶压下沉→封底钢筋混凝土结构→管桩内回填砂石→封顶钢筋混凝土→桩侧压浆(见图2)。
3.2锚桩施工。
依据设计图纸，每棵管桩设4棵锚桩，桩径D=0.8m，桩长8m。
测量人员采用全站仪统一测放各锚桩准确位置。
锚桩及顶压设备(见图3)。
3.3基坑支护施工。
基坑土方先采用机械开挖2m，做好坑口圈梁和已开挖段的锚喷护壁后，其余部分采用人工开挖，步距1m，每步开挖完成后马上进行锚喷护壁，每步严格检查验收，并待护壁混凝土强度达到5MPa后才可继续开挖。
3.4基坑内浇筑第1节管桩。
管桩下端设钢刃角，上端预埋拉杆连接螺母，第1节管桩浇筑完成达到下沉强度后在管内全断面除土，靠自重可完成第1阶段下沉(见图4)。
3.5浇筑第2节管桩。
下端设钢板滑动套筒与第1节管托相连接，管壁预留拉杆孔道。
接高浇筑后，安装中继间顶镐并穿入拉杆与第1节管桩连接，在第2节管桩顶部安装拉杆千斤顶，安装工作完成后开始第2阶段管内除土，当管桩不再靠自重继续下沉后开始第3阶段下沉。
3.6管桩内除土，中继间千斤顶顶压下沉。
管桩内全断面除土，在刃角下超挖，用中间的顶镐压第1节管桩下沉一个行程，随后用拉杆千斤顶压第2节管桩跟进一个行程，如此重复直至桩顶接近地面时，接第3节管桩，同时在2、3节管桩之间安装顶镐，并移装拉杆千斤顶到第3节管桩顶。
第3节管桩制作安装完成后，如上述循环顶压管桩，沉入第3节管桩，继续自平衡下沉至预计深度。
3.7扎钢筋浇筑底板混凝土。
管桩下沉达预定深度后，由刃角向下挖深1.5m，扎钢筋浇筑混凝土底板封底。
管桩封底后，桩内逐节回填砂石，并由下向上逐个拆除千斤顶，连接管壁钢筋并浇筑混凝土，封闭各千斤顶的工作位置。
3.8封闭中继间工作程序。
1)中继间压缩到收缩闭合状态，上下节管桩间距达到最小值(20cm)，环向设垫块垫实;卸落中继间千斤顶，放松拉杆，桩顶拉杆千斤顶回油卸载;2)上节管桩预埋钢板滑动套，在管桩内用贴角焊与下节管桩预埋钢板沿周圈连续焊接;3)上节管桩预埋连接钢筋，内外两层逐根与下节管桩预埋连接板焊接;4)下节管桩拉杆孔道压注水泥浆，将拉杆锚固于孔道中作为管桩结构受拉(弯)钢筋的一部分;5)在管桩内壁中继间部位支模，模板与管壁间留20cm杯口，高出中继间顶面20cm用拉杆紧固;6)浇筑无收缩混凝土至杯口顶面，加振捣使混凝土流动充满中继间。
3.9浇筑封顶混凝土后再管壁外侧压浆。
由于施工过程中桩侧摩阻力受到部分削弱，设计要求采用管壁外侧压浆的施工方法提高桩基承载力。
管桩顶承台施工完成后，实施桩侧压浆。
按附图在距管壁外0.2m处打入压浆管，压浆管深度超过管底约0.5m，桩侧注浆压力≥1.5MPa。
4、大直径管桩施工质量控制
作为首次应用大直径管桩这一新技术的工程，根据其施工特点，经过仔细分析，把控制下沉施工偏差作为质量控制要点，并在施工过程中严格控制，取得了良好的效果。
4.1下沉施工偏差控制标准。
沉井下沉应符合设计标高要求,沉井底面中心和顶面中心与其设计位置中心在平面纵横方向的偏差，均不得大于沉井高度的1/50,沉井斜度不大于1/50,矩形沉井平面扭转角偏差不得大于1°。
4.2下沉偏差原因及预防措施
4.2.1下沉偏差原因。
筑岛被水流冲坏或管桩一侧的土被水流冲空;管桩刃脚下土层软硬不均;没有对称地抽出垫木或未及时回填夯实;除土不均匀使管桩内土面高低相差过大;刃脚下掏空过多，管桩突然下沉;刃脚一角或一侧被障碍物搁住没有及时发现或处理;排水开挖时管桩内大量翻砂;土层或岩面倾斜较大，管桩沿倾斜面滑动;在软塑至流动状态的淤泥土中，管桩偏斜。
4.2.2预防措施。
事先加强对筑岛的防护，对水流冲刷的一侧可抛卵石或片石防护;随时掌握地层情况，多挖土层较硬地段，对土质较软地段应少挖，多留台阶，或适当回填和支垫;认真制订和执行抽垫操作细则，注意及时回填夯实;除土时严格控制管桩内土面高差;严格控制刃脚下除土量;及时发现和处理障碍物.
对未被障碍物搁住的地段，应适当回填或支垫;刃脚处应适当留有土台，不宜挖通，以免在刃脚下形成翻砂涌水通道，引起管桩偏斜;在倾斜面低的一侧填土档御，刃脚到达倾斜岩面后，应尽快使刃脚嵌入岩层一定深度，或对岩层钻孔以桩(柱)锚固;可采用轻型管桩，踏面宽度宜适当加宽，以免管桩下沉过快而失去控制。
4.3采用偏除土的方法进行纠偏。
1)纠正偏斜时，可在刃脚高的一侧除土，刃脚低的一侧支垫，随着管桩的下沉，倾斜即可纠正;2)纠正位移时，可先有意识地偏除土使管桩向偏移方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至管桩底面中心与设计中心位置重合(或接近)时再将其纠正。
如位移量较大，一次完不成，可反复几次进行，使其逐渐移近中心位置，最后调整到使倾斜和位移都在允许偏差范围之内为止。
参考文献
[1]张瑞平,史佰通,龚维明.自平衡试桩法在桩基工程中的应用[J].广西土木建筑.2002(02)
[2]黄强,刘银飞,黄明.自平衡试桩法在高层桩基检测中的应用[J].施工技术.2010(S1)
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