长江陡坡裸岩灌注型嵌岩桩关键施工技术

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1、长江陡坡裸岩灌注型嵌岩桩关键施工技术一公司齐应明郭信锋摘要：通过采用辅助桩做平台基础搭设平台，解决长江裸露岩层下灌注型嵌岩桩施工平台的问题。采用岩面理坡栽桩、框式导向架及钢制替打跟进技术解决在长江裸岩、急流的条件下，下沉超长、超大直径钢护筒的施工问题。采用气举反循环、正循环配掏渣筒技术解决大直径深桩快速清孔的问题。关键词：辅助桩平台裸露岩层导向架替打 沉桩1概述1.1工程概况该工程为高桩梁板式码头，桩基采用灌注型嵌岩桩，桩径达1.8m，共36个排架，每排架4根桩， 累计144根，桩长在3245m，桩外设钢护筒，钢护筒规格为1800 5 14，护筒长在10.532.5m，护 筒单根重在6.420

2、t。施工区域位于长江武汉阳逻水道的左岸，该处基岩裸露，地形陡峭，坡度最大 处达到12.9:1.8，裸露基岩多为中风化泥质砂岩。施工期间需考虑安全度汛，此处河道洪水位较高， 河道较宽，主河流游荡不定；码头区水深流急、回流严重、安全隐患较多等因素导致建设条件复杂，施 工技术要求高。1.2工况条件1、本工程上游端位于阳逻矶头附近，长江主流常年顶冲，可能使码头前沿附近局部产生不良流态， 流速在1.672.14m/s之间。2、该施工区域地形坡比情况为：小于1:1的桩有5根；大于1:1，小于2:1的桩有16根；大于2:1， 小于3:1的桩有70根；大于3:1的桩有53根。假设1800钢护筒经过锤击无法进入

3、岩面，那么在坡 度为1:1的情况下，钢护筒底口最大悬空高度为1.8m。1.3根据地质条件本工程需解决的几大问题在没有覆盖层的斜坡、裸露岩层条件下打桩，钢护筒难以跟进，且跟进后护筒内会漏浆、漏水；钻 进时钻锤冲击岩面为点受力，钻锤容易偏锤、倒锤，护筒随之产生偏移，钻孔无法实施，采用工程桩做 平台基础，难以满足施工要求。1、灌注型嵌岩桩采用辅助桩做平台基础搭设钻孔平台，再进行工程桩施工。如何在斜坡、裸露条 件下进行平台搭设，保证平台的稳定性是首要解决的问题。2、施工区域基岩裸露，且水流流速较大，下沉超长、超大直径钢护筒如何保证钢护筒内不漏浆、 其平面位置及垂直度满足要求是第二大问题。3、如何解决大

4、直径深桩快速清孔，提高工效；减少中风化泥质砂岩遇水软化时间，提高施工质量 是本工程需解决的第三大问题。2. 关键施工技术2.1辅助平台搭设2.2.1设计思路1、将平台设计为框架式马凳结构，在辅助桩上部通过平联及剪刀撑使平台连接成整体，平台基础 为多点受力，中间部分区域采用平联将辅助桩与工程桩联接，以增加平台稳定性。2、钢平台桩基采用直径祖800 5 10钢管桩，利用振动锤下沉，人岩可在100400mm。平台及栈桥 顶标高为+23.0m。在+20.5m及+16.5m位置设中426 5 6mm水平联及双拼槽25剪刀撑连接辅助桩，使平 台形成框架式马凳。结合地质、地形条件，分别在辅助桩3#5#排架、

5、12#14#排架、20#24#之间，利 用祖426 5 6钢横撑将辅助桩与祖1800钢管桩联接，使平台整体受力。通过框架式马凳结构及辅助桩与 工程桩连接，避免因局部单桩不稳造成平台不稳。2.2.2搭设思路钢平台施工思路如下：在整个施工区域寻找有利地形处进行平台起始点搭设，经分析研究0轴1# -7#桩基所处位置地势较高，高程在14.516.3m之间，通过部分区域回填，枯水期有条件进行陆上 干施工，因此可利用工程桩为依托进行平台辅助桩施工，从而形成平台起始点，然后将其与辅助桩连接， 依此为依托，进行平台展开施工。辅助桩采用浮吊船配合振动锤施打，采用吊机船配合连接平联，使辅 助桩与辅助桩之间有联接点

6、，避免斜坡裸岩下产生护筒倾覆。2.2.3平台尺寸及使用时变形监测1、平台平面尺寸为363mX31m，桩基横向间距5m和12m，纵向间距统一为10m。横向排架设一层 中426X6mm平联，纵向设两层中426X6mm平联。钢平台从上至下依次：面层为钢板网，横向分配梁采 用H25a，间距750mm；主纵梁工56a，下横梁为2工56a。2、变形监测结果钢平台搭设完成后，在平台上每20m布置稳定性监控点，工程桩施工过程中每日对监控点的三维坐 标测定2次，对测量数据分析结果为单点的平均偏差值在4mm以内。各焊缝巡查结果良好，无明显变 化。2.2.4经验总结斜坡裸岩条件下平台搭设，对平台的承载力及稳定性是个

7、重大的考验。将平台设计为框架式马凳结 构，在结构上层设置平联及剪刀撑，选取工程桩联接点，通过对平台监控点的监测数据分析及平台日常 的使用结果，此方式是个成功的案例。+ - 1 2m,二凭充虹槌，林*早帷监.片畦W好加图2-1钢平台及栈桥平面布置图图2-2工况条件下ANSYS模拟2.2钢护筒施沉一般地质条件下钢护筒施沉，国内外已形成了成熟的经验，但在斜坡、裸岩条件下施工超长、超大 直径钢护筒，却属罕见，对此采用试沉工程桩，通过分析对比以制定施工对策。2.2.1试桩1、试桩思路：此区域水流流速较大，局部有回流。若采用先钻进后下钢护筒方式施工，则在钻进 过程中冲击锤及吊绳在自由下落时受水流影响容易产

8、生偏位，局部为裸岩或陡坡，不利于桩基成孔。试 桩采用先下钢护筒，再进行钻进成孔方式进行嵌岩灌注桩成孔施工。表1试桩过程记录表序号桩位方法产生问题问题分析1C-3 先下钢护筒，再钻进成孔施工； 护筒下沉采用钻头锤击护 筒顶口的方式进行施工。 钢护筒搁置在岩面后自 动下沉1.4m； 护筒顶面有局部变形； 护筒跟进过程中存在漏 通过测锤测量局部为伸出裸 岩，护筒在搁置面受水流影响移 出岩面，且水流流速较大； 采用钻头锤击护筒顶口的方2外部采用-14 X100X100浆的问题；钢板在平台型钢上4个点限护筒有倾斜，但满足规范位（局部焊接）允许每米10mm偏差要求。 先沉钢护筒，再钻进成孔方式进行施工；6

9、在n次巨兴汕一 护筒下沉增设30mm厚钢板底口容易卷边，八C作为替打，采用冲击锤冲击替钢护筒跟进过程中容易C-2打下沉钢护筒。顺着岩面倾斜，钻进过程中 外部采用-14 X100X100右左杯物混澎钢板在平台型钢上6个点限存在轻微漏浆。位（局部焊接）备注：此外通过C-1，A-1，B-2试桩，产生类似问题，表现为护筒滑移，法，使其偏心受力，容易产生倾斜、漏浆及难以跟进的问题； 岩面倾斜度较大，多处坡比超过了 1:1； 河床基岩裸露； 钻进过程中钻头容易碰击护筒底口，从而产生卷口； 钢护筒采用顶口限位，中部及 以下未限位，护筒偏移。护筒漏浆，施工效率低下。2、通过试桩分析，钢护筒下沉存在诸多问题，前

10、期桩基平均完成时间为12.6天，护筒跟进效率低， 试桩方案不能满足施工要求。2.2.2制定对策表2对策制定表序号存在问题对策目标措施1岩面倾斜较 大提前凿平岩面。减小岩面倾 斜对垂直度 的影响，避免 钢护筒卷边。使钢护筒在 安排两台钻机在开孔前专门对岩面进行自由 冲击，使岩面平整。 下放钢护筒，再冲孔。制作框式导向架，导向架上设三层导向系统。2对钢护筒限增加限位的数施工过程中 将导向架安装在钢平台上对应的桩位处。3位不足竖向压力不平衡量。改进工艺，使钻 头的锤击力均 匀传递给钢护筒斜率保持在 1%以内。确保钢护筒 顺利跟进。 在水流较急的上游增设底层“井”字形导向 架。 采用厚30mm的钢板，

11、制作饼状替打。 当孔钻进深度达到1m时，将替打安装在护筒 顶口，然后采用冲击钻机的钻头短程冲击替打。2.2.3对策实施1、岩面理坡1）采用直径比钢护筒的大100mm以上的钻头对岩面理坡。2）对理坡成果验收，观察冲击锤自由下落时钻头是否平稳，类似于正常钻进过程，采用测深锤对 岩面凿平的效果进行检查，当桩位处的岩面最大高差小于100mm则视为合格，则可进行下放钢护筒施工。3）岩面理坡预先对裸岩、斜岩进行清理，使钢护筒搁置于平面上。解决了钢护筒在裸岩、斜岩上 因水流影响产生滑移、倾斜。图2-3预先凿平岩面工艺及裸岩图示2、框式导向架设计及施工1）框式导向架采用25a双拼制成，共有三层限位架，每层成“

12、口 ”字型，尺寸为3800X2192X 4000mm。框式导向架顶口悬臂部分与平台型钢焊接，以保证护筒安放后的整体稳定性。框式导向架限位 架距钢护筒壁50mm，以方便钢护筒下放。2）框式导向架安装在桩孔位处，然后在顶层限位架上测量出钢护筒的“东西南北”四个边点坐标， 护筒下放过程中通过四点坐标及吊锤法调直其平面位置及垂直度，满足要求后在坐标点外焊接限位板， 然后采用吊锤的方法，测出下两层的限位点，并焊接限位板。3）在水流较急的上游增设底层“井”字形导向架，搁置于平台平联位置，同样采用吊锤法，焊接 限位板。4）框式导向架通过三层限位层对钢护筒进行限位，在护筒下沉过程中能有效控制钢护筒平面位置 及

13、垂直度。3、替打设计及施工1）替打共分三层，上、下层为圆形钢板，厚30mm，直径比钢护筒大400mm，中层为厚30mm连接 上下层的圆形加强板及十字加强板，下层以下为限位板，加强板从替打中点向四周发散式制作，以传递 替打竖向力，使护筒受力均匀，避免护筒下沉过程中产生倾斜及顶口底口产生卷边，下层的限位板避免 替打在使用过程中跑偏。2）当孔钻进深度达到1m左右时，将替打安装在护筒顶口，然后采用冲击钻机的钻头短程冲击替 打，达到护筒跟进。3）替打设计优点：上层板受冲击锤集中力，通过圆形加强板及十字加强板传递与下层板，下层板 受力类似于均布荷载，钢护筒竖向受力均匀，钢护筒在跟进过程中不易产生倾斜。钢护

14、筒斜率大时，容 易产生孔内漏浆。图2-4 预先凿平岩面工艺及裸岩施工图4、孔内漏浆检测护筒跟进后可采用向护筒内注水形式检测护筒内是否漏浆，若注水一定高度后护筒内水位保持不变 化，则护筒底口不漏浆，护筒达到深度后无需再跟进；若注水一定后护筒内水位有下降，则护筒底口有 漏浆，护筒还需再跟进。2.2.4实施结果通过采用岩面理坡栽桩技术解决了桩位斜坡、裸露岩层问题，避免护筒下放后产生滑移及倾斜， 其效果明显；采用框式导向架对钢护筒进行三层限位，能保证护筒下沉跟进过程其平面位置及垂直度满 足要求；采用钢制替打跟进技术使护筒跟进过程中能均匀受力，使护筒底口不卷边、不漏浆。通过以上 处理方式使超长、大直径灌

15、注型嵌岩桩得以实施，使钢护筒的平面位置误差全部控制在3cm以内，垂直 度精度达到了 0.3%以内，平均单桩成孔时间缩短2.1天。2.3气举反循环、正循环配掏渣筒施工本工程为灌注型嵌岩桩，由于桩孔直径大、桩长较深，常规正循环钻进时，泥浆上返速度低，挟带 泥沙颗粒直径小，排渣能力差，在孔底岩层出现重复破碎，孔底的泥浆粘度较大，钻进时进尺较慢，甚 至没有进尺，施工功效低。二次清孔后孔壁及钢护筒壁会附着泥皮，影响桩身质量。钢护筒入岩一定深度，护筒内不漏浆后便可进行护筒以下岩层的钻进施工，钻进过程中对泥浆护壁 要求较低，清水孔能满足施工要求，最终清孔以孔底沉渣厚度为主要控制指标。针对以上问题，可采用 正循环配掏渣筒及气举反循环方法施工。2.3.1正循环配掏渣筒施工1、设备：采用长2000mm，直径为800mm钢管，在其底部设置单向翻板活门，将掏渣筒下沉至孔底 后便可进行掏渣。2、钻进：粘度是反映泥浆流动时内部摩擦力大小，当粘度增加时，其内摩擦力增大，钻孔钻进一 定深度时，孔底粘度