預制芯柱嵌巖不銹鋼無縫鋼管樁施工質量控制

   針對預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、鋼筋籠偏心等質量通病，論述產生的原因及影響。采用合理控制鋼管樁沉樁貫入度等沉樁標準，樁尖采用外加強式、改良沖錘等方法進行質量控制。對比驗證武漢新港三江港區綜合碼頭一期工程中預制芯柱嵌巖鋼管樁施工改良前后的成樁質量。結果表明:預制芯柱嵌巖鋼管樁沉樁控制標準不應過于嚴格，同時通過建議設計中采用外加強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制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)成樁質量。

  碼頭建設中復合樁基較為常見，預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，在樁內鉆孔入巖至設計深度，再安裝鋼筋籠灌注混凝土，使樁與基巖錨固。因此，該復合樁基能取得良好的樁基承載力和水平抗力。隨著內河港口建設的發展，岸線資源日趨枯竭，高樁碼頭建設將面臨覆蓋層淺、巖面起伏的復雜地質條件，預制芯柱嵌巖鋼管樁的優越性日益凸顯、運用范圍也不斷擴大。但在施工中也存在不利的因素:樁基施工環節多，管控要求較高;嵌巖施工技術難度大，尤其是斜樁嵌巖。其質量通病不僅表現為鋼管樁、嵌巖樁各自的質量通病，同時由于其為復合樁型，鋼管樁卷邊、鋼管樁卡鉆、預制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)鋼筋籠偏心等質量問題是該復合樁型特有的質量通病。

  本文對比驗證武漢新港三江港區綜合碼頭一期工程中預制芯柱嵌巖不銹鋼無縫鋼管樁施工改良前后對成樁質量的影響，結果表明預制芯柱嵌巖鋼管樁沉樁控制標準不應過于嚴格，可通過設計中鋼管樁端尖采用外加強式、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，同時通過改良樁錘或采用液壓鉆成孔方式能有效提高預制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)成樁質量。武漢新港三江港區綜合碼頭一期工程位于武漢港三江港區，采用直立式高樁梁板碼頭，由碼頭作業平臺、變電所平臺及引橋組成。碼頭平臺為整體式，平臺長500m、寬30m;上部結構由橫梁、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(含一對叉樁)，前4根樁采用1000mm預制型芯柱嵌巖鋼管樁，后3根樁采用1000 mm鋼管樁。

  預制芯柱嵌巖不銹鋼無縫鋼管樁施工質量控制該項目樁基施工初期發生了數起鋼管樁卷邊、鋼管樁卡鉆、預制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)鋼筋籠偏心等質量事故，本文主要針對這三種質量問題，從其成因及施工過程中采取的相應措施出發，探討相關措施，以期為后續工程提供相應經驗、減少不必要的工程浪費。本工程基巖面上覆蓋層較薄，部分樁基淤泥層下直接到達中風化粉砂巖，若設計沉樁要求過高或施工工藝控制不當，不銹鋼無縫鋼管樁將會發生卷邊，而樁基卷邊會令斷面變形縮小，進而導致芯柱嵌巖段施工時，錘頭無法穿出鋼管樁或鉆進困難。施工現場若遇到類似問題，一般采用更換沖擊鉆或水下切割的方式進行處理，處理費用較高、工期較長。同時，樁端頭部若處理不當將直接影響芯柱嵌巖施工，進而影響整個工程質量。因此，施工過程中應盡量避免鋼管樁卷邊的發生。

  打入樁施工過程中，一般結合地勘資料采用“雙控”標準，即高程控制為主、貫入度控制為輔。而相關規范或文獻中未明確給出貫入度控制標準，設計單位會結合地勘資料及相關施工經驗在設計中予以明確。若貫入度要求過于嚴格，鋼管樁段易出現卷邊;若貫入度要求過低，沉樁質量不易保證，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根樁發生卷邊(施工發生鉆機卡鉆)，其余的樁基未發生明顯卷邊。分析表，鋼管樁卷邊的發生通常伴隨著貫入度的突變，一般是由小變大，因此實際沉樁過程中，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驗。本工程發生卷邊事故后，總結調整沉樁標準，接近或達到設計高程時，貫入度按不宜大于10mm，擊錘擊能量越大，此標準應適當加大的標準控制，通過調整貫入度控制標準并精細化管理，后續施工中未發生鋼管樁卷邊事件。事實證明，合理確定樁尖高程及沉樁貫入度控制標準能有效預防鋼管樁卷邊。

  在不銹鋼無縫鋼管樁鉆孔施工初期即發生了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。本項目施工過程中C-39、D-41發生卡鉆事故，逐個分析鉆渣及鉆頭提起后鉆頭磨損情況，發現其卡鉆是樁尖卷邊引起的，實際施工過程中應合理控制沉樁貫入度。本工程發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沖孔，錐形錘由于重力集中在錘底部而使得擊打應力集中，因此，錐形錘對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，進而導致沖錘在樁尖處易產生偏孔導致卡錘。樁錘頂的轉向環不靈活。本工程基巖層較堅硬，因使用的樁錘錘高過大、且樁錘頂的轉向環不靈活，會使樁錘沿著錘齒部位形成軌道沖進，進而導致樁孔壁出現凸出，形成梅花孔。梅花孔處理不及時即發生卡錘現象。

 排除偏孔卡鉆的主要措施，本工程在斜樁嵌巖施工中，結合錐形錘和圓筒錘的優缺點對沖錘進行了改良，自制了圓筒錐形錘，保留圓筒錘的長圓筒(在成孔過程中可以起導向的作用，減少嚴重偏孔的出現)，結合錐形錘頭，加工制成圓筒錐形錘型。當發現梅花孔時及時調整樁錘錘高修孔，并向樁孔內回填塊石至梅花孔頂面以上，檢修好樁錘的轉向環，然后低錘密沖，反復修孔。針對偏孔卡鉆的原因，采用合理措施有效改善偏孔卡鉆出現的可能性，后續施工中未發現卡鉆事故。樁機就位應穩定牢固且施工過程中不得發生傾斜、位移和沉陷;沖孔時，應放置套筒，并在其上設置導向扶正器，已保證沖錘中心線與孔的軸線一致。沖擊成孔時，遇有堅硬漂卵石，應采用中、大沖程，最大沖程不得超過3m，并應防止空錘和大松繩，沖擊巖面遇傾斜、不平或圓面狀孤石時，應先投入堅硬碎石或灌注混凝土，將表面墊平后再沖擊轉進。

  鉆孔時，鉆頭在垂直向下的重力作用下，孔軸線會成為拋物線，若不控制將影響成樁質量或導致轉頭無法鉆進。為保證成樁質量，確保樁基鉆進至設計高程時偏角及傾斜度滿足設計及規范要求，結合現場實際情況，將鉆頭予以改進，在沖擊鉆頭尾部增加不銹鋼無縫鋼管，且始終保持導向鋼管在原鋼管樁內2m以上，為了減少導向鋼管與原鋼管樁直接接觸導致的磨損，在導向鋼管外側縱向等間距焊接6根螺旋鋼筋。通過這一改進措施，預制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)未發生一例質量事故，樁基質量均滿足設計及規范要求。為解決預制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)鋼筋籠偏心問題，若條件允許，管樁內采用沖擊鉆，嵌巖部分采用液壓鉆成孔方式，能較好地規避預制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)鋼筋籠偏心問題。

  根據本工程實施經驗，預制芯柱嵌巖鋼管樁沉樁標準不應過于嚴格，應結合地勘資料，合理確定高程及沉樁標準，接近或達到設計高程時，貫入度不宜大于10mm，擊錘擊能量增大，此標準應適當加大。

建議設計中不銹鋼無縫鋼管樁端頭采用外加強式，施工過程中基巖沖擊成孔時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，能有效提高預制芯柱嵌巖鋼管樁(斜樁)成樁質量。