海上嵌岩灌注桩施工技术1概况XX市XX国际集装箱码头二期工程共有3个5万吨级泊位，码头岸线长950m,为高桩梁板结构，总共1 271根桩，其中嵌岩钻孔灌注桩426根，内中嵌岩斜桩72根，嵌岩直桩354根斜桩、直桩内嵌岩锚杆有 233根，其中嵌岩桩内加嵌岩锚杆40根斜桩直径为 1 000mm，直桩前后排直径为 1 000mm，中间4 排直径为 813mm，横向6排桩，排距6m,纵向桩距前后排为3.2m，中间4排为6.4m沉桩前，桩区已 进行疏浚挖泥，将海底面上软塑层淤泥和部分淤泥质粘土挖去工程地质比较复杂，基岩中顶层为黄至黄 褐色强风化层，比较破碎，中风化层为黄褐色到灰黄色凝灰岩，节理发育，微风化及新鲜岩层为青灰到深 灰色凝灰岩据地质试验资料，岩石单轴抗压强度平均为65MPa,最大为101MPa,局部地段（I、J段）个别 桩位特别坚硬，可能达到150MPa，钻进十分缓慢由于地质条件复杂，特别是在个别特硬基岩桩位的嵌岩 施工中，在苛刻的技术要求和条件下碰到的问题也就较多，正是诸多棘手难题的挑战与攻克，使我们积累 了经验，总结这些经验就是一笔宝贵的财富下面重点介绍嵌岩灌注斜桩的施工技术2 嵌岩钻孔施工设备对于嵌岩直桩，采用冲孔法或钻孔法成孔都可以，但对于嵌岩斜桩只适宜用钻孔法成孔，然而也非一 般钻机都能适用，应采用专用钻机，目前国内尚无标准定型产品 ，但已有专门设计并少量试制，如要用 一般钻机改装来钻大直径嵌岩斜桩孔，也只宜采用动力头式钻机进行改装。
对于嵌岩斜桩钻机，目前流行 的型式是座顶式，即将钻机直接座套在斜桩顶上，再夹紧或锁定，这样容易保证钻杆与桩孔同心，不会错 位，而且多用液压传动，动力部分与主机分离，只以软油管联系，这有利于减轻主机重量，并有利于用油 缸对钻头加压，提高钻进效率另外钻机发出的扭矩一般要较大，才能有效切割和破碎岩石层国外有专 门生产嵌岩斜桩钻机的厂家，其中以德国WIRTH公司和BAUET公司较有名本工程乃使用日本IHI—L3B 型钻机和WIRTH—B6型钻机进行嵌岩斜桩的钻孔施工，前者乃70年代产品，其性能已显落后，但其整机 重量比后者轻1/3实际工程施工中却又基本使用IHI—L3B型钻机成孔，这主要是因WIRTH—B6钻机自身 重量为211,其移位受吊机起重能力所限之故钻孔清渣使用压缩空气射流反循环在嵌岩灌注直桩钻孔 施工中，同时使用国产钻机，它的清渣方式乃采用水射流反循环，配备正反循环两用射流水泵1 台，效果 不错，而且动力要省得多由于钢管桩已打入强风化岩层中，故钻孔护壁不需使用泥浆而直接用清海水， 这既可降低施工成本又省事得多对于IHI—L3B型和WIRTH—B6型钻机需配用15m3/min空压机和150mm 水泵，对国产钻机配备SPS—150两用水泵1台和100mm潜水泵2台。
在xx年xx月中旬我们又采用一般 立轴式钻机加以改装进行嵌岩斜桩钻孔试验，配用80mm泥浆泵正循环清渣，采用国产菠萝球齿滚刀式钻 头，钻架是用钢管自制的三角塔架，该机因重量轻，且非座顶式，而是放在施工平台上，前后可滑动行程 720mm，对施工平台要求不高，因其扭矩较小，钻杆直径也较小，容易发生断裂事故，但成孔钻进效率在 中微风化岩层也有0.1m/h左右，效果尚可，此不失为解决斜桩嵌岩钻孔的另一途径，此种钻机也可用于 嵌岩锚杆施工对于嵌岩钻孔施工，必须采用特种钻头，才能取得预期的效果，对于中、微风化岩层，只有用牙轮滚 刀式或菠萝球齿滚刀式钻头才能适应，同时必须施加合适的钻压，才能有较高的钻进效率，钻压的施加有 依靠本身的油缸加压，也有用配重加压者所使用的滚刀式钻头有进口的、有国产的，工程实践中证明， 两者在钻进效率及寿命上相近，但国产钻头要便宜得多在钻进效率方面，对于强风化岩层和中风化岩层， 一般是0.5〜1.0m/h,在裂隙较发育且有破碎的地层最高曾达到5m/h，而对于微风化及新鲜岩层，一般为 0.2〜0.4m/h,在个别特别硬质的岩层中也有0.1〜0.2m/h左右对于斜桩嵌岩钻孔，钻头及钻杆必须附加稳定器，才能保证钻孔的斜度，否则钻出来的孔会产生弯曲 并很容易卡钻。
嵌岩钻孔钻机性能如表 1 所示表1嵌岩桩钻机性能表型号钻孔 直 径m钻孔 深m钻头转 速 r*min-1扭矩kN*m主机 动 力kW钻岩效率m*h-1主机 重t产 地配空压 机配水泵备注IHI—L3B2.04035301400.2 〜0.414日 本15m*h-10.8MPa150mm 泵2台斜、直 桩均可WIRTH—B62.0500 〜100951400.2 〜0.521德 国15m*h-10.8MPa150mm 泵2台国产钻机1.55030 〜3518370.15 〜0.49中 国SPS—150 一台 100mm潜水泵二 台只钻直 桩国产钻机1.04018 〜21813.5300.05 〜0.23.5中 国80mm泥浆泵1台钻斜桩3 施工技术海上嵌岩灌注斜桩从xx年5月中旬开工至xx年5月上旬完成，历时一年，曾遇到许多预想不到的难题，在各方协同努力下，进行技术攻关与研究，每一项技术难题的攻克解决，都积累了宝贵的经验，当然 也有不少教训在此愿与读者共同探讨3.1海上施工平台本工程嵌岩桩及嵌岩锚杆的海上施工平台，具有易装易拆，可循环使用的特点平台是利用已打好的 钢管直桩作为支承基础，支承牛腿设计成两个半圆用螺栓连接成全圆，套搁在钢管桩的顶部，可分可合， 装拆方便。
主梁由两根槽钢背向组合而成，搁置在两边牛腿上平台板即为组合式平台板，由槽钢组成， 平台板上铺木板并码固对于嵌岩直桩如采用冲孔法施工，因冲孔机荷载大，振动剧烈，如遇挂锤、卡锤 或打空锤时，过载很大，为保平台安全，采用了在主梁两边加焊斜撑的方式解决这种海上施工平台可反 复循环使用，装拆十分简捷方便，达到以较少的材料耗费就可满足3个泊位950m长海上桩基施工的需要， 值得借鉴与推广由于斜桩钻孔时，IHI—L3B钻机和WIRTH—B6钻机是座顶式座套在斜桩顶上的，桩的自由长度一般较 长，钻机因自重已在桩顶上存在一水平分力，在钻孔时，钻机又产生较大的振动作用，为了保证安全和不 使桩产生倾倒与变位，必须对斜桩进行拉桩和夹桩，并且钻机在桩顶上就位后，还应以拉索（本工程用两个 手动葫芦）呈八字型向后拉紧定位海上施工平台和斜桩拉桩夹桩如图1 所示图1海上施工平台和斜桩拉桩夹桩图单位：mm3.2 嵌岩桩内加嵌岩锚杆的半逆作施工法本工程有部分是嵌岩桩内加嵌岩锚杆的桩，而且直桩、斜桩均有，这在国内尚属首例，其施工难度远 远超过单纯的嵌岩桩和单纯的嵌岩锚杆按设计要求，此类桩需先嵌入中微风化岩层下3m,后再加嵌岩锚 杆入微风化或新鲜岩4.5m。
其结构如图2幣仍箜〔主筋妙in*茁和OODx L时斜度1: 6^250fWf|-孔*^^7占-犠阀化忑新聲沁6=ui-.K-期淞昵土曲辛3. 2m府工平台0他<■：中 KkE.rs9 C*施讯化料足｛崔躱孔1单位：mm图2 嵌岩桩内加嵌岩锚杆此类桩如按顺法施工，即先钻嵌岩桩孔入中微风化岩层3m后终孔并清孔一次钻锚杆孔再入岩4.5m—锚 杆孔清孔一下锚杆一灌锚固浆一取出锚杆钻孔的导管一一定龄期（通常7d）后进行锚杆上拔试验，试验上拔 力3 930kN—拆除上部锚杆一再清桩孔一下钢筋笼一浇注混凝土至桩顶但这种顺法施工法实际上行不通, 问题出在上拔试验工程技术条件书规定，每根锚杆必须进行上拔力试验，这时由于桩内已掏空，上拔试 验时在3 930kN压力下必然会将钢管桩压沉而导致塌孔报废为此，经群策群力、攻关研究，采用了半逆作施工法，解决了这一难题方法如下：首先钻桩孔至要 求入中微风化岩层3m后终孔一清孔一钻机移开一下钢筋笼并高出桩顶约1.4m,钢筋头不弯曲一再清孔一水 下浇注第一期混凝土至钢管桩尖以上1.5〜2.0m—清除混凝土面浮渣至露出粗骨料一锚孔钻机就位一安放 锚杆钻孔导管一锚杆孔钻孔、钻穿桩底混凝土层再钻进至微风化岩层4.5m后终孔一清孔一下锚杆一灌锚固 浆一取出钻孔导管一待7天后进行锚杆上拔试验一抽干桩孔内水一取出上部锚杆一浇注第二期混凝土直至 桩顶。
采用半逆作施工法满足了各方的要求，使施工顺利进行3.3 水下混凝土面浮渣的处理新方法对于嵌岩桩内加嵌岩锚杆这类型桩，如上述采用半逆作施工法，也曾碰到棘手的问题，即第一、二期 混凝土结合面的处理问题按我国《港口工程技术规范》(1987)规定，两次混凝土结合面必须进行处理， 必须露出粗骨料，如果桩内第一期混凝土面浮浆较厚或混凝土离析较严重时，那是绝对不能接受而伤脑筋 的事处理好两次混凝土结合面成了实施半逆作施工法的关键，而除了半逆作施工法以外，没有更好的方 法可解决嵌岩桩内加嵌岩锚杆这类桩的施工第一根桩，我们采用抽干孔内水，人工下去凿除浮浆孔下 约20m作业条件极端恶劣，劳动强度大，绑扎钢筋笼的铁丝将人扎划得皮伤肉损，既不好干，更不安全， 后来采用了科学方法，用压缩气破土射流清渣法，在水下浇注第一期混凝土后3〜4小时内，即混凝土初凝 后，进行水下射流清渣，如果在浇混凝土后2〜3小时进行，即可不用专门喷射破土而直接用气射流方法清 渣，效果也不错，直到喷射出来的渣浆带有较多的碎石骨料为止，既快又好，效果令各方满意解决了两 次混凝土结合面处理的关键难题使施工得以顺利进行3.4钻头国产化及钻头稳定器本工程嵌岩斜桩钻孔施工主要由国外建筑商分包，后来有少部分由国内工程单位分包、嵌岩直桩由国 内承包。
国外分包商使用外国钻机和钻头，这是可理解的，但钻头是一种正常的消耗品，从我们自己发展 的眼光来看，钻头必须立足国内国内也有合适的嵌岩滚刀钻头，其性能与寿命同进口钻头相近，而价格 又低廉得多，后来我们用国产钻机配国产嵌岩滚刀钻头进行嵌岩桩钻孔的试验，并组织攻关和解决具体的 技术难题，选用菠萝型球齿滚刀式钻头，效果相当不错对于嵌岩斜桩钻孔，钻头稳定器起着导向和纠偏的作用，是必不可少的，但我们发现国外分包商的钻 头稳定器其结构不尽合理，很容易产生卡钻事故它的不合理之处在于导向筒上下为一个等直径的圆筒体 每节长4.5m, —般用2节，有时用1节，且又不与钻杆同步旋转，很容易被钻出的碎石卡住，曾经发生过 多次卡钻事故，后来，我们建议他们加以改进，卡钻现象就基本消除而在国产钻机中的钻头稳定器，我 们设计了在导向圆筒体两端加上非连续的导正块，采用分块式的钻头稳定器，卡钻情况就没有了3.5 斜桩水下浇注混凝土导管导向定位器嵌岩灌注斜桩浇注水下混凝土时，不同于直桩，浇注混凝土导管因自重作用而会偏向下方，如没有导 向定位器，浇注导管不能下放到桩底，而且导管必然会卡钢筋笼，为解决这一难题，特别设计了导管锥鼓 形导向定位器，使用情况十分理想。
以后在嵌岩斜桩内的嵌岩锚杆施工中，锚杆孔钻孔导管也采用这种导向定位器的方法，顺利地进行施工4 施工事故和质量事故的处理和对策通过施工实践的摸索、教训、技术攻关，我们获得了对于施工事故和质量事故的处理和对策的经验， 主要介绍如下：4.1 卡钻处理由于日本IHI—L3B钻机的上拔力偏小，只有200kN,加上原有的钻头稳定器结构不尽合理，在施工钻 孔过程中，曾发生多次卡钻事故，钻头提拔不上来，尤其是钻第一根斜桩时就发生卡钻事故，为此攻关研 究小组经过精心研究，采用锚杆上拔试验用的穿心式千斤顶（5 000kN）,专门设计了提钻拔杆，将被卡在桩 孔内的钻具拉拔出来，。