預(yù)制芯柱嵌巖不銹鋼無縫鋼管樁施工質(zhì)量控制

   針對(duì)預(yù)制芯柱嵌巖不銹鋼無縫鋼管樁施工過程中鋼管樁卷邊、卡鉆、鋼筋籠偏心等質(zhì)量通病，論述產(chǎn)生的原因及影響。采用合理控制鋼管樁沉樁貫入度等沉樁標(biāo)準(zhǔn)，樁尖采用外加強(qiáng)式、改良沖錘等方法進(jìn)行質(zhì)量控制。對(duì)比驗(yàn)證武漢新港三江港區(qū)綜合碼頭一期工程中預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁施工改良前后的成樁質(zhì)量。結(jié)果表明:預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)過于嚴(yán)格，同時(shí)通過建議設(shè)計(jì)中采用外加強(qiáng)式不銹鋼無縫鋼管樁端尖、施工中采用圓筒米字形沖擊錘能有效解決樁基施工過程中卡鉆問題。改良樁錘或采用液壓鉆成孔方式能有效提高預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)成樁質(zhì)量。

  碼頭建設(shè)中復(fù)合樁基較為常見，預(yù)制芯柱嵌巖樁便是其中的一種。該樁型通過芯柱與基巖錨固形成，其施工工藝為:將鋼管柱打入巖層或打到巖層頂面，在樁內(nèi)鉆孔入巖至設(shè)計(jì)深度，再安裝鋼筋籠灌注混凝土，使樁與基巖錨固。因此，該復(fù)合樁基能取得良好的樁基承載力和水平抗力。隨著內(nèi)河港口建設(shè)的發(fā)展，岸線資源日趨枯竭，高樁碼頭建設(shè)將面臨覆蓋層淺、巖面起伏的復(fù)雜地質(zhì)條件，預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁的優(yōu)越性日益凸顯、運(yùn)用范圍也不斷擴(kuò)大。但在施工中也存在不利的因素:樁基施工環(huán)節(jié)多，管控要求較高;嵌巖施工技術(shù)難度大，尤其是斜樁嵌巖。其質(zhì)量通病不僅表現(xiàn)為鋼管樁、嵌巖樁各自的質(zhì)量通病，同時(shí)由于其為復(fù)合樁型，鋼管樁卷邊、鋼管樁卡鉆、預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)鋼筋籠偏心等質(zhì)量問題是該復(fù)合樁型特有的質(zhì)量通病。

  本文對(duì)比驗(yàn)證武漢新港三江港區(qū)綜合碼頭一期工程中預(yù)制芯柱嵌巖不銹鋼無縫鋼管樁施工改良前后對(duì)成樁質(zhì)量的影響，結(jié)果表明預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)過于嚴(yán)格，可通過設(shè)計(jì)中鋼管樁端尖采用外加強(qiáng)式、施工中采用圓筒米字形沖擊錘有效解決樁基施工過程中的卡鉆問題，同時(shí)通過改良樁錘或采用液壓鉆成孔方式能有效提高預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)成樁質(zhì)量。武漢新港三江港區(qū)綜合碼頭一期工程位于武漢港三江港區(qū)，采用直立式高樁梁板碼頭，由碼頭作業(yè)平臺(tái)、變電所平臺(tái)及引橋組成。碼頭平臺(tái)為整體式，平臺(tái)長(zhǎng)500m、寬30m;上部結(jié)構(gòu)由橫梁、縱梁、軌道梁、系靠船梁和疊合面板等組成，排架間距為8.0m，每榀排架采用7根1000(壁厚δ16mm)鋼管樁(含一對(duì)叉樁)，前4根樁采用1000mm預(yù)制型芯柱嵌巖鋼管樁，后3根樁采用1000 mm鋼管樁。

  預(yù)制芯柱嵌巖不銹鋼無縫鋼管樁施工質(zhì)量控制該項(xiàng)目樁基施工初期發(fā)生了數(shù)起鋼管樁卷邊、鋼管樁卡鉆、預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)鋼筋籠偏心等質(zhì)量事故，本文主要針對(duì)這三種質(zhì)量問題，從其成因及施工過程中采取的相應(yīng)措施出發(fā)，探討相關(guān)措施，以期為后續(xù)工程提供相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)、減少不必要的工程浪費(fèi)。本工程基巖面上覆蓋層較薄，部分樁基淤泥層下直接到達(dá)中風(fēng)化粉砂巖，若設(shè)計(jì)沉樁要求過高或施工工藝控制不當(dāng)，不銹鋼無縫鋼管樁將會(huì)發(fā)生卷邊，而樁基卷邊會(huì)令斷面變形縮小，進(jìn)而導(dǎo)致芯柱嵌巖段施工時(shí)，錘頭無法穿出鋼管樁或鉆進(jìn)困難。施工現(xiàn)場(chǎng)若遇到類似問題，一般采用更換沖擊鉆或水下切割的方式進(jìn)行處理，處理費(fèi)用較高、工期較長(zhǎng)。同時(shí)，樁端頭部若處理不當(dāng)將直接影響芯柱嵌巖施工，進(jìn)而影響整個(gè)工程質(zhì)量。因此，施工過程中應(yīng)盡量避免鋼管樁卷邊的發(fā)生。

  打入樁施工過程中，一般結(jié)合地勘資料采用“雙控”標(biāo)準(zhǔn)，即高程控制為主、貫入度控制為輔。而相關(guān)規(guī)范或文獻(xiàn)中未明確給出貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)單位會(huì)結(jié)合地勘資料及相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計(jì)中予以明確。若貫入度要求過于嚴(yán)格，鋼管樁段易出現(xiàn)卷邊;若貫入度要求過低，沉樁質(zhì)量不易保證，因此合理確定貫入度十分重要。表為施工過程中共20根樁的沉樁記錄，其中6根樁發(fā)生卷邊(施工發(fā)生鉆機(jī)卡鉆)，其余的樁基未發(fā)生明顯卷邊。分析表，鋼管樁卷邊的發(fā)生通常伴隨著貫入度的突變，一般是由小變大，因此實(shí)際沉樁過程中，可通過貫入度變化初步判斷鋼管樁是否卷邊，為下一階段沉樁積累經(jīng)驗(yàn)。本工程發(fā)生卷邊事故后，總結(jié)調(diào)整沉樁標(biāo)準(zhǔn)，接近或達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)，貫入度按不宜大于10mm，擊錘擊能量越大，此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)加大的標(biāo)準(zhǔn)控制，通過調(diào)整貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)并精細(xì)化管理，后續(xù)施工中未發(fā)生鋼管樁卷邊事件。事實(shí)證明，合理確定樁尖高程及沉樁貫入度控制標(biāo)準(zhǔn)能有效預(yù)防鋼管樁卷邊。

  在不銹鋼無縫鋼管樁鉆孔施工初期即發(fā)生了4起卡鉆事故，卡鉆的原因可能是樁尖卷邊、偏孔卡鉆、沉渣埋錘。本項(xiàng)目施工過程中C-39、D-41發(fā)生卡鉆事故，逐個(gè)分析鉆渣及鉆頭提起后鉆頭磨損情況，發(fā)現(xiàn)其卡鉆是樁尖卷邊引起的，實(shí)際施工過程中應(yīng)合理控制沉樁貫入度。本工程發(fā)生了一起偏孔卡鉆事故，該樁位位于巖基坡面處。主要原因：基沖錘類型選擇不合理?；鶐r沖擊沉孔通常采用十字形錐形錘、圓筒米字形。本工程嵌巖樁是在鋼管樁內(nèi)沖孔，錐形錘由于重力集中在錘底部而使得擊打應(yīng)力集中，因此，錐形錘對(duì)樁錘垂直方向的要求更高，但在沉樁過程中，若管樁的垂直度有偏差，加上基巖面存在傾角，樁底成孔方向與管樁軸線向就形成偏角，進(jìn)而導(dǎo)致沖錘在樁尖處易產(chǎn)生偏孔導(dǎo)致卡錘。樁錘頂?shù)霓D(zhuǎn)向環(huán)不靈活。本工程基巖層較堅(jiān)硬，因使用的樁錘錘高過大、且樁錘頂?shù)霓D(zhuǎn)向環(huán)不靈活，會(huì)使樁錘沿著錘齒部位形成軌道沖進(jìn)，進(jìn)而導(dǎo)致樁孔壁出現(xiàn)凸出，形成梅花孔。梅花孔處理不及時(shí)即發(fā)生卡錘現(xiàn)象。

 排除偏孔卡鉆的主要措施，本工程在斜樁嵌巖施工中，結(jié)合錐形錘和圓筒錘的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)沖錘進(jìn)行了改良，自制了圓筒錐形錘，保留圓筒錘的長(zhǎng)圓筒(在成孔過程中可以起導(dǎo)向的作用，減少嚴(yán)重偏孔的出現(xiàn))，結(jié)合錐形錘頭，加工制成圓筒錐形錘型。當(dāng)發(fā)現(xiàn)梅花孔時(shí)及時(shí)調(diào)整樁錘錘高修孔，并向樁孔內(nèi)回填塊石至梅花孔頂面以上，檢修好樁錘的轉(zhuǎn)向環(huán)，然后低錘密沖，反復(fù)修孔。針對(duì)偏孔卡鉆的原因，采用合理措施有效改善偏孔卡鉆出現(xiàn)的可能性，后續(xù)施工中未發(fā)現(xiàn)卡鉆事故。樁機(jī)就位應(yīng)穩(wěn)定牢固且施工過程中不得發(fā)生傾斜、位移和沉陷;沖孔時(shí)，應(yīng)放置套筒，并在其上設(shè)置導(dǎo)向扶正器，已保證沖錘中心線與孔的軸線一致。沖擊成孔時(shí)，遇有堅(jiān)硬漂卵石，應(yīng)采用中、大沖程，最大沖程不得超過3m，并應(yīng)防止空錘和大松繩，沖擊巖面遇傾斜、不平或圓面狀孤石時(shí)，應(yīng)先投入堅(jiān)硬碎石或灌注混凝土，將表面墊平后再?zèng)_擊轉(zhuǎn)進(jìn)。

  鉆孔時(shí)，鉆頭在垂直向下的重力作用下，孔軸線會(huì)成為拋物線，若不控制將影響成樁質(zhì)量或?qū)е罗D(zhuǎn)頭無法鉆進(jìn)。為保證成樁質(zhì)量，確保樁基鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)高程時(shí)偏角及傾斜度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將鉆頭予以改進(jìn)，在沖擊鉆頭尾部增加不銹鋼無縫鋼管，且始終保持導(dǎo)向鋼管在原鋼管樁內(nèi)2m以上，為了減少導(dǎo)向鋼管與原鋼管樁直接接觸導(dǎo)致的磨損，在導(dǎo)向鋼管外側(cè)縱向等間距焊接6根螺旋鋼筋。通過這一改進(jìn)措施，預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)未發(fā)生一例質(zhì)量事故，樁基質(zhì)量均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。為解決預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)鋼筋籠偏心問題，若條件允許，管樁內(nèi)采用沖擊鉆，嵌巖部分采用液壓鉆成孔方式，能較好地規(guī)避預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)鋼筋籠偏心問題。

  根據(jù)本工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁沉樁標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)過于嚴(yán)格，應(yīng)結(jié)合地勘資料，合理確定高程及沉樁標(biāo)準(zhǔn)，接近或達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)，貫入度不宜大于10mm，擊錘擊能量增大，此標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)適當(dāng)加大。

建議設(shè)計(jì)中不銹鋼無縫鋼管樁端頭采用外加強(qiáng)式，施工過程中基巖沖擊成孔時(shí)采用圓筒米字形沖擊錘，能有效解決樁基施工過程中卡鉆問題。通過改良樁錘或采用液壓鉆成孔方式，能有效提高預(yù)制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)成樁質(zhì)量。