摘要：文章根据笔者多年从事港口码头施工工作经验，结合工程实例，介绍了码头工程钻孔灌注桩施工工艺，针对钻孔灌注桩在码头工程施工中容易出现的一些问题进行了分析，并提出了相应的控制措施及改进措施，实践证明，改进后的施工方法可有效节约施工成本、提高工程整体效益，可为类似工程提供参考借鉴。
关键词：码头工程；钻孔灌注桩；水下混凝土；施工工艺；施工技术
近年，随着我市建设国际航运中心的进程加快，港口工程采用新技术、新材料、新工艺、新结构日益增多。钻孔灌注桩应用于码头工程具有桩基牢固，刚性强，可以将桩基和海堤有效的结合起来，形成一个整体性的码头基础，提高整个码头的稳定性等优势，得到广泛应用和推广。但在施工过程中，受水文、地质、气候、环境以及该技术本身的复杂性和连续性的影响，稍有不慎就会出现钢筋笼浮起、坍孔等灌注施工事故，造成重大的经济损失以及恶劣的社会影响。因此，有必要对其施工技术进行深入的研究，以保障施工质量及安全。
1 工程案例
某码头长100m、宽12m，设计靠泊1000t级大型航标船；后方设引桥与陆域相连接，引桥长177m，宽6.5m。该工程码头平台及引桥采用Φ1000灌注桩、Φ800PHC管桩，管桩采取水上打桩船打入方式进行沉桩，共94根。引桥与陆域护岸相接处采用钻孔灌注桩，共4根。灌注桩工程量虽然比较少，但是施工工期紧，工序多，作业条件恶劣，需要较大的投入，在施工中，通过精心组织、精心施工，确保了工程既定目标顺利实现。
2 施工方法比选
2.1 方案1：传统的钻孔灌注桩常规施工方法
结合过往的施工经验，浅护筒钻桩的施工方法只适用于土质较好的黏土层，且要求钻孔过程中遇到的障碍层厚度较小，块石规格不大，才能容易地钻透障碍层，形成良好的护壁效果，同时一定程度上控制施工成本。但本项目地质条件较差，桩位处地质为砂层，还夹杂着陆域护岸坡脚部位的抛石，若采用浅护筒钻孔灌注桩施工方案时，钻透障碍层需消耗的时间较长，易发生塌孔、串孔、流砂现象，给后续的施工造成困难，影响钻桩的效率，故此方法在本项目中不再适用。
2.2 方案2：传统的钻孔灌注桩深护筒方案
若继续使用传统的深护筒护壁，也需要实行反复磨钻，同时也可以穿越障碍层，为了确保深护筒垂直度满足规范要求，需动用吊机配备振动锤实行护筒下沉作业，对外护筒的壁厚以大于10mm为准，同时保护护筒在承担偏大激振力之后不扭形。具体工艺步骤如下：在传统机械手振动下沉外护筒时，及时清理，下沉壁厚5mm内护筒之后正式开钻。虽然深护筒方案可以处理好与海水之间的串孔问题，护壁效果也良好，以此施工处理的内护筒在灌注桩作业后无法拨出钢护筒再次回收利用。为此该施工技术可行，但唯一的特点是相对造价成本高。深护筒方案虽能解决与海水之间的串孔问题，护壁效果也偏好，但使用此技术施工的内护筒在灌注桩施工结束后再也无力拔出再用，产生一定的钢护筒成本。因此，该方案虽技术上可施行，但费用仍偏高。
2.3 方案3：优化方案2上进行浅护筒方案分析
此方法是对方案2的改进，可达到节约成本、施工快速、优质的效果。方法如下：先用直径1200mm的大钻头引钻扩孔，边引孔边沉入钢护筒，因不采用振动锤，钢护筒壁厚只需5mm即可；钢护筒下沉至障碍层后，开始磨钻清障工作；根据障碍层所在位置，并结合地质条件，护筒底部2～4mm范围内是最容易发生坍孔的区域，为此，在钻穿障碍层后，立即向孔内按一定比例投入黄泥进行充分搅拌，同时再将石膏和膨润土按一定比例搅匀后再和黄泥搅拌，形成厚浆，对底部危险区域进行护壁处理，同时使投入的混和土体形成黏性较强的稠状物，干钻状态下充分搅匀，然后停机静置10～12h，混合土体逐渐成胶凝状态，形成护筒底2～4m至护筒顶的“硬化”柱状强化体。通过方案优化，改良了砂性地质，使护筒底与砂土间形成缓冲地带，避免了钻机钻出护筒底部后遇松软砂层而出现坍孔的风险，解除了护筒底危险区域因过度磨钻扰动土体后容易坍孔的威胁。静置完成后，再以直径970mm钻头正式钻进成孔，进行灌注桩各道工序施工。因孔内柱状强化体直径为1200mm，而灌注桩设计桩径为1000mm，正式开钻时将形成厚度为100mm类似保护层的环状外圈，再适当增加泥浆浓度，将起到十分良好的护壁效果，保证了施工质量。方案3钻孔操作示意图见图1。
图1 方案3钻孔操作示意图.png)
该方案利用扩大引孔直径后埋设护筒，为后续处理薄弱土层，所以扩孔时采用的钢护筒只要确保引孔成功即行，护筒壁厚适当减小至5mm左右，省略了吊机和振动锤等成本。后续工况过程以护筒拔出时间来把控，因扩孔后外圈100mm有隔离层的存在，可使护筒拔掉，循环采用，技术上可安排，施工也是方便容易，也可节省一定的钢护筒成本。通过方案对比以及优化，将方案3应用为本次复杂工况条件下钻孔灌注桩的施工方法。
3 施工工艺及参数的确定
3.1 钻孔工艺的确定
根据实际情况，部分桩位位于水上，为保证桩基施工的顺利进行，灌注桩施工采取搭设工作平台方法。
填土层、淤泥质黏土层、粉土层等地质条件下钻孔灌注桩施工多采用正循环回转钻进方法，但该钻孔工艺泥浆上返速度慢、排渣能力差、工效低等特点不能满足工程施工工期要求。因此，根据地质资料，我们将采取冲击钻引孔灌注桩设计，较强刚度的钢护筒，泥浆循环采用泥浆池，强制循环、速度快的反循环钻孔工艺。
3.2 钻机的选择
根据施工现场的实际反映，钻孔桩施工，我们将采用GPS－20型钻机，在土层中钻进时，采用三翼刮刀钻，钻杆采用Φ150mm长3.0m的钻杆。护筒埋设完成后，就可将钻机分件吊上平台进行组装，钻机就位前，转盘中心对准定位标志，用水平尺校对尺寸，要求天车中心、转盘中心与桩位中心（三心）成一垂线。这些工作完成后，提出开钻申请，报请监理检查。本工程成孔钻进采用正循环回转钻进方法，钻头在上部土层钻进时，选用三翼条形刮刀，机上钻杆安装导向钢丝绳，并在钻头上部带扶正器，以增加钻头在孔底回转的稳定性，使钻进平衡，孔壁完整，钻孔垂直。
3.3 钻孔关键参数与施工技术
依据钻头直径判断钻压：
P＝kqD（1）
其中：P钻头总压力（N）；q比压（N/cm）；D钻头直径（cm）；k钻头刀具遮盖系数，通常取1.2～1.5。
当中钻头比压依据土层确定，从勘察报告表明，土层无侧限抗压刚度的较大值是265N/cm2，因而，依据表1中相靠近的土层单向抗压刚度获取，比压值q取100N/cm。
表1 土层与岩层常用比压值
依据土层分析后，在钻机施工拱钻进去时，务必保持规定的钻压，以确保拱钻进去，可使侧壁土体更加紧密，有利于提升侧壁的耸立性。在此，在作业Φ1000灌注桩时，钻压得13.3kN；在作业Φ800灌注桩时，钻压得10.6kN。
3.4 具体施工方法
3.4.1 施工工艺流程
由于部分钻孔灌注桩桩位位于水上，我们将采用搭设水上工作平台，平台标高在码头面层标高以上，要满足灌注桩24H连续作业期间不受潮水影响。平台应能支承钻孔机械、护筒加压、钻孔操作、吊放钢筋笼以及灌注水下混凝土时可能产生的重量；要有足够的刚度，保持稳定。根据现场情况，由于本工程灌注桩在新建引堤上，平台打设较为困难，对此，平台采用Φ100mm钢管作为立柱，间距1.5m，在立柱位置用抓斗掏出0.5～0.8m深的桩孔将立柱放入孔内，四周用袋装砂固定，在低潮位能露出的地方采用人工三脚架，用手工葫芦进行，立柱钢管桩之间设一道剪刀撑，纵向设置一个剪刀撑，顶面横向铺设双拼［32槽钢，纵向设置Ｉ30工字钢，立柱、钢管桩与纵横梁之间用电焊连接。为方便操作，面层铺设1cm厚钢板，平台右侧设置人行通道，并设置栏杆。通道钢管纵向每三排设置剪刀撑。见图2灌注桩平台搭设，图3钻孔灌注桩施工工艺流程。
图2 灌注桩平台搭设.png)
图3 钻孔灌注桩施工工艺流程图.png)
3.4.2 关键步骤
冲击灌注桩采用YKC－30M冲孔机，配置十字型冲击钻头，冲锤重量为8.0t其它相应配置了3PN的泥浆泵、电焊机等机械设备。施工前，先立好钻架，冲击钻头对准中心，下入孔中，冲程控制1～2m。每次冲入进尺达到5～10Cm，掏渣一次，采用专用的掏渣桶，每次4～5桶，掏渣后，及时补充泥浆。由于抛填的块石比较大，在成孔过程中可能有倾斜，开始冲孔施工时，要注意钢丝绳的垂直，现场要求准备部分片石，发现有倾斜时，抛填部分片石，再进行冲孔施工。考虑到抛石层厚空隙比较大，前期在抛填部分块石的同时，向桩孔中抛填石膏或者低标号水泥，以堵塞抛石层中桩周围的透水路径。
（1）护筒制作和埋设
首先对桩位位置坡面的块石进行清理，对于低潮位露出水面的桩位，先用抓斗抓出1.0～1.5m深的孔，外护筒直径为2.0m，采用8mm的钢板卷制，用三脚架配合手动葫芦吊放入孔，外侧四周用袋装砂填实，在此基础上，进行精确放样，护筒埋设完成后，在孔内抛填部分片石，进行冲击成孔，在前期由于孔底还不是很密实，护筒可能出现下沉的现场，对此，护筒需要跟进，可采取在顶部加焊护筒接高的方法，确保孔口标高。
（2）钢筋制作和改放
选用制作钢筋笼的钢筋都必须具有钢筋质量保证书，在入库前进行质量检验合格方可使用。在钢筋制作安装方面，必须由有经验的钢筋工和持有电焊特种工操作证的人员进行加工制作，焊接时应注意应将焊接点错开，不要分布在一个平面上。加工完成后要对钢筋搭接长度、主筋箍筋间距及钢筋笼的焊接质量进行检查，合格率和检测频率需满足规范要求才可使用。本项目钻孔桩基钢筋笼分五节制作，每节长度为9m，制作前先做好定位箍，然后在钢筋笼骨架上穿入主筋，主筋间距要均匀，并与定位箍焊接牢固，然后用预先制作好的箍筋胎盘制作箍筋，并绕上主筋后电焊牢固，注意箍筋的间距需均匀。成型的钢筋笼需堆放在支垫上，支垫高度不小于30cm，堆放层数不得超过两层。钢筋笼在起吊、运输、安装过程中应采取措施防止钢筋笼变形，起吊点应设在加强箍上。钢筋笼安装前，要先设置好定位钢筋，确保下笼时的垂直度。下笼时，钢筋笼应保持垂直状态，对准桩孔位慢慢轻放，避免碰撞孔壁，下笼时若遇到阻力不可强行下放，要查明原因后再继续下笼。下放完成后，应将定位筋固定在钢护筒上，确保在灌桩时不会出现偏向。由于钢筋笼是分段制作的，所以在下笼时要对钢筋笼进行焊接，焊接过程中两节钢筋笼应保持垂直，焊接的搭接长度需满足规范要求的单面焊10D以上，焊接时主筋搭接要对称施焊，焊缝长度要满足规范要求，焊接须饱满，不出现空洞，焊接后要将焊渣敲净。
（3）清孔
清孔在灌注桩是一道重要步骤，清孔质量对确保桩身与承载力的大小有着直接性影响，依据工程实际情况，我们进行第二次清孔处理，第一次在终孔后实行，利用掏渣筒施工，对大颗粒岩土与粘土粒使用掏渣筒进行处理，且集中放置。掏渣的要求是利用渣筒无法在进行沉渣掏完为止，再启动正循环系统进行孔内部换浆，使孔底部沉渣可顺利排出桩外，第一次清孔完工后立刻实行钢筋笼安装，以防止发生坍塌与缩孔的现象。在二次清孔的时候，桩内钢筋笼安装完工后再实行，主要目的是为了处理在钢筋笼安装时孔底部会有新的沉渣，使孔渣厚度满足规范要求。清孔完工后25min内实行第一斗混凝土现浇，否则，需要重新测量沉渣以及再次清孔，清孔完工要注意确定孔壁是否稳定，以及孔内的水位要求高于孔外水位1.5m以上。
4 结束语
总之，钻孔灌注桩基属隐蔽工程，在港口工程施工中开展钻孔灌注桩施工相对来说更为复杂，影响其质量的因素较多，如不抓住重点进行有效防控，就有可能发生质量问题，甚至质量事故，对社会和施工企业本身都造成重大影响。因此，在港口工程施工中应对钻孔灌注桩技术进行合理应用，通过对钻孔灌注桩各施工阶段、各工序进行严格的技术控制，有效促进整个港口工程顺利、安全、保质、保量的按时完成。文章结合工程实例，改进了施工技术、优化了施工方案，取得了较好的施工效益，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]邵兴红，何国杰，沈涛.山西建筑，浅谈某码头钻孔灌注桩施工技术[J].2007，33（27）：103-104
[2]杨琼.码头钻孔灌注桩施工技术初探[J].城市建设理论研究：电子版，2015（25）
[3]汪健雄.浅谈高桩码头水上钻孔灌注桩施工技术[J].中国新技术新产品，2010（20）：69-69
论文作者:梁伟
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/13
标签：钻孔论文; 钢筋论文; 钻头论文; 土层论文; 码头论文; 工程论文; 方案论文; 《基层建设》2016年12期论文;