深圳市南山房地产开发有限公司 广东 深圳 518000
【摘 要】结合重力式码头使用过程中增加冲孔灌注桩进行加固的工程实际情况，对工艺流程及质量控制进行分析，以便类似的工程提供经验。
【关键词】重力式码头；冲孔灌注桩；机床冲刷；加固
一、工程概况：
某重力式码头因遭遇两次超强台风的正面袭击，导致该码头中部的靠墩出现不同程度的沉降、位移（最大沉降量50mm，最大位移量45mm），靠墩沉箱抛石基床局部掏空，沉箱之间相对错位不均匀。为保证该码头在台风季节的安全使用，业主决定对该码头进行加固。
受业主委托，设计单位提出了使用冲孔灌注桩对抛石基床进行加固的处理意见。该码头采用桩径φ2000mm的冲孔灌注桩，每个墩台（一个墩台下有两个沉箱基础）设4根桩，2个墩台共计实施8根桩。桩端进入中风化岩层不少于3m，桩头伸入现浇墩台顶板100mm，格仓底部浇注2000mm厚C30混凝土封底，再用素混凝土回填至墩台顶板底部。为确保沉箱的重量在施工期间不发生较大的变化，并且保证抛石基床的稳定，每只沉箱一次只能进行一个桩位的施工（码头面板开凿除外）。
二、工艺流程及控制要点：
总体施工工艺流程是：码头面板开凿→格仓填砂抽取→钢护筒安设→护筒封底→格仓与护筒间素混凝土灌注→安装砼打捞矛→沉箱底板穿洞→基床抛石注浆→冲击钻机造孔→安装钢筋笼→灌注混凝土→码头面板修复。具体作业方法如下：
1．码头面板（胸墙）开凿
1.1根据图纸位置及尺寸，在面板上丈量格仓位置及桩位放线，并用“十”字交叉引中心点到周边四个点，用水泥钉或膨胀螺丝定位，方便找回中心点。画出开凿范围。洞口长径方向3.2m，沿格仓斜轴方向展开，便于两套灌注管灌注混凝土。基本开口尺寸见下图：
1.2凿除胸墙混凝土，注意施工进度必须满足节点工期要求。
1.3注意事项
1.3.1码头使用的砼标号为C40，开凿混凝土时，混凝土强度高，但为保证码头整体结构的安全，不能破坏开凿区域以外混凝土。施工中首先使用地质钻沿开凿边界钻孔，使需凿除部分与其余部位分离，再如开凿平面示意图所示“十字”钻孔，使人工风镐开凿有一定自由面；另外凿下的混凝土块不得在码头面过于集中堆放，应有计划分批外运，避免产生集中荷载过大。
1.3.2掌握垂直度，经常用十字交叉中心吊垂线校对中心，防止开凿孔洞偏斜。
1.3.3工人操作时，必须佩戴安全帽、防尘口罩和防护眼镜。
1.3.4人员上下使用扶梯，混凝土渣块装入吊罐，用绞车上提要求平稳，防止砼块跌落伤人。
1.3.5深度超过1.80m，井口周围设护栏警示。
2．格仓填充物清除
格仓内空断面尺寸为3.35m×3.65m，高约为14.30m，容积约为174.85m3，8格仓总容积约为1399 m3。
2.1安装钻机，应定位对正桩孔中心，桩孔中心应在码头面板上留下“十字形”桩记，以便施工时检测、校正钻机位置。
2.2泵吸反循环捞砂，带砂的循环液回吐到泥浆池中，砂沉淀于池中，冲洗液返流回格仑。应注意预防泥砂漫出污染码头与港池。
2.3抽砂时，必须保持孔内水位满胸墙，若水位有所下降必须及时补给，保持水柱对格仓的压力稳定，从而保证相邻格仓与施工格仓之间不出现压力差较大的情况。
另外，格仓抽砂务必彻底，不应残存砼渣或石块，以保证钢护筒能顺利安装到格仓底板上。
抽砂完成后，迅速将钻机调离孔口。
2.4泥浆池中泥砂拟用挖机捞出装车外运；亦可对比选择船外运抛弃。
3．安装钢护筒
3.1护筒内应加装筒内“十字撑”，防止其变形。“十字撑”可用70角钢制作，待混凝土终凝之后取出，重复利用。
3.2钢护筒上口应高出码头面0.3m。
3.3护筒靠自重垂直落坐在格仓底部，护筒上部用角钢固定，安装过程应时刻注意钢护筒的垂直度。
4．水下灌注格仓混凝土
4.1水下灌注C30封底混凝土。对称180°安装2根灌注管，以保持灌注时混凝土面基本在同一水平面，并且不会发生钢护筒因单一方向受压而出现倾斜的情况。C30混凝土一次灌注高3m，约27m3，候凝。
4.2C15 素混凝土灌注采取分段浇注，分次灌入C15素混凝土，每次高3-4m 分3次灌完，约100m3；下部混凝土初凝后再灌上部混凝土，防止流动的混凝土对格仓侧壁和护筒的过分挤压。
5.安装打捞矛
5.1灌完最后一层C15砼候凝2天，抽干护筒内的水，人员进入钢护筒，取出“十字撑”，格仓底打洞安装捞矛。打洞采用风镐，捞矛杆与4根 φ25钢筋弯成┏形状、边长200mm，与底板上层钢筋相焊牢固。然后用水泥砂浆封闭固结，从中心向边沿有不小于15°坡度，以便钻头压砂。注意捞矛长度+底板厚度（0.60m）+钻头磨损＜钻头内孔长度。
5.2人员下入钢护筒内作业必须持续对护筒内送风，保持护筒内通风良好，联系畅通（对讲机），防止意外事故。
6．沉箱底板穿洞
6.1GPS-22型回转钻机就位，吊线校对钻盘中心与护筒中心一致，且钻盘水平。
6.2配用φ2.0m的钢粒钻头，钻头壁厚50mm，配用6mm钢粒，使用1挡(8r/min)钻进穿洞。沉箱底板厚约500mm，有两层φ20mm钢筋，间距200mm，沉箱外侧有一定预留沉降量，不完全水平，钢粒会流失，钻头不能压砂，可以采取钻头底部鑲焊合金，磨穿沉箱砼底板。
6.3打捞砼饼
砼饼估算净重约5T，但打捞砼饼时必须考虑砼饼与周边的摩擦力，故应采用10T以上的吊机进行操作，防止事故发生。
7．基床注浆
为防止抛石基床在成孔过程中出现坍塌、掉块、沉降等不稳定情况是这项工程的成败关键。打底板结束后，护筒内注水观察基床渗漏情况，计算其渗透系数。
7.1大渗漏采用膏状浆液进行注浆作业。
浆液性状：粘度50秒（中小漏失可降低粘度为40秒），密度1.50~1.60g/cm3。
浆液配比：每m3加水泥150kg，粘土180kg。（其中优质膨润土不少于80kg）。
7.2注浆方式
在钢护筒内搅拌水泥粘土浆，其作业方法是采用钻机回转，先搅拌浓泥浆，后再掺入水泥，搅拌成水泥粘土浆。
在泥浆池中储备水泥粘土浆，作为补给浆液，当桩孔中液面下降之后，不断补给进入钢护筒，并保持液面平护筒口，此时应计量护筒内液面下降速度，φ2.1m护筒，每米容量为3.46m3，则可计算渗入抛石基床浆液数量。
当出现吸浆量极少以至不吸浆时，可用冲击钻头，以0.5m的小冲程轻击基床抛石，破除基床面上积存的泥质物。帮助浆液渗透进入基床。此时浆液面仍应保持平齐护筒口，使浆液有一定水头压力。
8、冲桩作业
8.1冲孔时泥浆性能
冲孔作业泥浆粘度不低于35秒，比重不低于1.2.
8.2冲孔应急处理
冲孔时应密切注意监测孔内水位波动情况，当发现水位下降，应立即停止冲孔，灌注水泥粘土堵漏浆液，或向孔内投入粘土、水泥进行堵漏，以保持泥浆始终平齐护筒口。
8.3冲击钻头
每个桩孔开冲时应保证钻头有足够尺寸，原则上中途不应修整加大钻头，以免出现扩孔现象，预防因在基床中扩孔而影响桩孔稳定，造成塌孔。
9．清孔
清孔应采用低含砂率（＜2%）和高粘度泥浆（＞35秒）。不允许随意稀释泥浆，为控制泥浆含砂率，防止孔底沉渣，应配备水力旋流除砂器净化泥浆。
9.1当钻孔延深至设计高程时，泥浆仍维持粘度30秒以上，密度1.15-1.3g/cm3，保持除砂器常开，分离浆中砂砾。钻孔过程如发现孔壁失稳、漏泥浆等异常现象，应立刻停止钻进，投入大量粘土，人造孔壁，多填少进，保持水头高度，直至进入基岩。
9.2第一次清孔采用正循环清孔，即用4PN泵冲洗循环泥浆，上下串动钻头。除砂器连续除砂，降低泥浆含砂率。第二次用反循环清孔，即下了钢筋笼、灌注管之后，用砂石泵接灌注管反循环清孔。
9.3灌注前检测孔底沉渣符合规范要求（≤5cm）；
10．安装钢筋笼与混凝土灌注
钢筋到场后，取样做材质检测和焊接质量检测。
10.1钢筋笼制作与安装
桩基钢筋笼按设计要求制作，主筋的接口同一截面不能超过50%，接头、接口要错开。钢筋笼按设计保护层厚度每隔2.5米设一道砼垫块作主筋保护层，保护块厚度7cm。在每根桩的钢筋笼上按平面上成四边形的位置固定检测管，以便作超声波检测。检测管下部封死，上部用铁板或木塞封盖，以防落入混凝土。制作好的笼应垫平架空放置，保证主筋不因受压变形，完成清孔后，用吊机将钢筋笼运至施工孔位安装。在安装过程中，要确保钢筋笼垂直并且不变形，放笼时速度要慢，碰到异物下放受阻时应将笼提出孔外，并检查分析异物，排除障碍后方能继续放笼，最后一节笼的上端应根据护筒上的标高确定笼顶标高。
10.2混凝土灌注
在浇砼前及过程中要做好以下几项工作：第一，做好水下砼浇注质量技术交底。第二，检查清孔是否干净，沉碴是否符合施工规范要求，泥浆比重是否合适。第三，浇注前检查砼导管的密闭性，砼导管连接后用水压或气压检查是否泄漏。第四，注意进场混凝土和易性，做好每一罐车商品砼的坍落度检查，使其控制在18-22cm为宜。第五，浇砼过程有专人指挥记录。
水下砼浇注导管每节长1.5-5.0米，导管接口使用δ=5mm胶圈隔水，螺丝均匀拧紧，安放过程施工员做好详细记录，每节管应保持接口垂直，放管速度要慢，安放过程发现卡管时将管提拔一定高度后，左右旋转改变方向再往下沉放，下完最后一节管后，须进行二次清孔。检查孔底沉渣合格后，连接初灌斗，初灌斗的容量确保第一斗砼冲出导管后埋入管底0.8-1m，计算初灌量：5.5m3。
混凝土搅拌车将混凝运送至现场，直接将砼送至吊斗，采用吊机将吊斗的料转放到初灌斗内，初灌斗＋吊斗的料满足初灌量。第一斗砼进入漏斗前在导管的上口塞上一个皮球胆作隔水塞，砼坍落度18-22cm的砼自身重力将砼塞冲出导管，砼自行流入孔底，开始浇筑砼时，导管口至孔底距离为300-500mm。之后正常灌注时，罐车的溜槽直接对准小漏斗放料。孔内砼的埋管高度一般不应小于2米，不应大于6米，埋管一定高度适时拆管。拆管时应测量孔内砼面标高，然后确定拆管长度，并做好有关记录。拆除的导管用水清洗干净。砼浇至接近桩顶标高时应提前通知搅拌站最后需用砼量，以免多灌或少灌，最后的砼面标高以高出桩顶1m为宜，混凝土初凝后，及时清理凿除桩头。桩顶高程Z1类桩（1#、2#、3#、4#、5#、6#）为+1.45m(面板下5.50-1.50=4.00m)，Z2类桩（7#、8#）为+1.00m(面板下5.50-1.00=4.50m)。
10.3灌注桩质量检测根据设计要求，对灌注桩进行抽芯检测3根桩，超声波检测桩100%（每根桩内预埋4根检测管），均在候凝28天后进行检测。
为了尽快进行胸墙的修复，在浇注胸墙之前于桩顶中心到胸墙顶面垂直安放一根φ127mm×4导管，以免抽芯时破坏胸墙的钢筋，8根桩的每桩4根超声波检测管也要接到面板之上。为了方便清理桩头和胸腔修复，可以在安装胸墙下部钢筋网后加接预埋检测管，但要防止异物进入管内。
11．码头胸墙修复
11.1根据原码头胸墙竣工图对其进行修复。
11.2清凿桩头达到要求标高后，把护筒外部的沉渣清掉，在Z1类桩面板以下4.00m、Z2类桩面板以下4.50m处割断护筒。
11.3清洗胸墙（码头面板）凿除面，搭接胸墙顶部和底部钢筋网，焊缝长度平面焊10d，双面焊5d，焊缝按规范相互错开。
11.4加接超声波检测管；在要抽芯的桩（3根）中心铅直安放一根φ127套管。
11.5第一次C40混凝土浇筑深度到空腔底部，凝固后恢复空腔钢筋连接及模板内支撑；第二次浇筑C40混凝土深度到胸墙面板以下0.50m（平空腔口）。
11.6恢复胸墙面板上部钢筋网。
11.7面板浇注C40混凝土，与码头面齐平。其中桩基取芯和超声波检测必须在面板浇注前完成，预埋检测宜在胸墙内隔断后封堵，再浇注面板混凝土。
三、结束语
本工程对正在使用中的重力式码头采用灌注桩进行基床加固修复处理，作业面受码头生产的制约，施工过程始终与码头生产存在交叉作业的安全隐患，这造成了工程管理者大量的协调工作。
对码头胸墙结构开凿、沉箱底板2000mm直径的切磨并整体打捞取出、抛石基床进行冲孔桩施工都属于非常规施工，这些工序是本工程成败的关键。
工程于2010年12月8日开工，至2011年6月17日完成全部的施工内容，历时六个月左右。
施工过程系统的对码头的沉降、位移观测，观测结果表明：施工期间码头沉降、位移情况良好。工程结束时已将施工沉降观测点及观测成果全部移交给使用单位，建议使用单位安排专业人员对码头继续进行系统性的沉降、位移观测，尤其做好每次台风来临前后观测。
论文作者:沙里金
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第3期
论文发表时间:2016/8/18
标签：胸墙论文; 混凝土论文; 码头论文; 冲孔论文; 沉箱论文; 泥浆论文; 钢筋论文; 《低碳地产》2015年第3期论文;