嵌岩灌注桩在连云港西墅闸中的应用

陈 勇

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司 223005)

周 末

(河海大学港口海岸与近海工程学院 淮安 223005)

1 工程概况

1.1 设计及施工情况

连云港市海滨新区西墅闸位于连云港市连云新区围海形成的浅滩上，西墅码头西侧约110m 处，排涝标准为20年一遇，洪峰流量232m3/s，100年一遇挡潮标准设计，300年一遇高潮位校核，共2 孔，每孔净宽10m，设一块底板。垂直水流方向底板长23.2m，顺水流方向底板长16.0m，底板面高程－2.0m，厚1.5m，闸墩顶高程7.5m。闸室主体、空箱岸墙及上下游翼墙等部位采用灌注桩基础，桩总数为273 根，混凝土标号为C25，桩基情况见下表。

桩基情况表

1.2 地质情况及评价

根据初设阶段的地质勘察报告，灌注桩桩基穿过4个土层:第一层为真空预压处理后的淤泥层，承载力特征值约60kPa;第二层为淤泥质粉质黏土，土质不均匀，土体性质差异性大，承载力特征值70kPa;第三层为黏土，具中等压缩性，承载力特征值220kPa，力学强度较高;第四层为前震旦系地层，分为3个岩土层。本工程地质情况共计6个岩土亚层，其中，全、强风化层承载力特征值300～500kPa，力学强度均较高，中等风化层力学强度高，桩基深入中风化层，符合规范及相关要求。

2 嵌岩灌注桩的施工概况

2.1 施工顺序

先施工闸底板桩基，然后打上下游翼墙及空箱岸墙部位的桩基，最后打检修平台部位的桩基。

2.2 机具选择

根据现场地质实际情况，配备5台冲击钻桩机同时施工，锤头重量根据桩径选择2.5～4.5t。

2.3 施工工艺

初步测量放线→平整场地→定位桩位中心→护筒埋设→校核桩位中心→开始钻孔→成孔检测→循环泥浆清孔→下钢筋笼→下导管→二次清孔检查→浇筑水下混凝土→桩头凿除→成桩检测。

3 质量控制

3.1 护筒要求

护筒内径一般要比桩径大200～400mm，为了防止塌孔，护筒顶口应能保证孔内泥浆面与外部水位形成1～2m 液位差且高于地面0.3m。护筒底部与四周回填土必须分层夯实，护筒中心垂直线与桩中心垂直线的平面误差应小于50mm，倾斜度不大于1%。护筒顶部应加焊加强筋和吊耳，开泥浆出水口，钻进过程中要经常检查护筒的位移和下沉情况，及时纠正。

3.2 钻孔

a.桩机就位前，首先对桩机设备进行检查和维修;就位后，保证桩机平稳、牢固，不得移动和沉陷，桩中心位置必须控制在平面误差的50mm 范围之内。

b.采用原浆护壁，开钻时泥浆比重控制在1.35～1.40 g/cm3间，保证桩孔质量及岩石碎渣能上浮出来。

c.锥头升降时要平稳，禁止碰撞护筒壁和孔壁，控制冲击锤的吊绳与钢护筒中心线偏差小于2cm。

d.钻孔时无特殊情况不得中断，同时做好施工记录，且经常对泥浆比重进行测试，控制在1.35～1.40g/cm3之间，保证护筒内泥浆面比外部水位高1～2m 左右，防止孔壁坍塌，确保成孔质量。

e.钻进过程中，每进2～3m 时采用孔规探测仪检查桩孔直径和垂直度，注意地质岩层变化，在地层变化处捞取泥浆沉渣，弄清地质岩层情况后记入施工记录表中，并与地质钻探报告核对，根据实际情况采用相应的钻进速度。在钻至淤泥质粉质土层时，放慢钻进速度，确保桩孔质量。

f.根据技术规范要求，嵌岩灌注桩嵌入微风化、中等风化岩层深度应不小于50cm，故本工程确定:ⓐ原则上桩深应达到设计高程，对于未能达到设计高程的桩的判定标准为桩基础嵌入中等风化层岩层深度60cm 以上即满足设计要求;ⓑ桩进入中等风化层的判定标准为24h 钻孔进尺深度只有20cm 左右为准。

g.相邻桩连续施工时，中心距在5m 内的桩，待混凝土灌注完成24h 后，才允许施工下一根桩。

3.3 桩的成孔检测和清孔

a.桩孔直径不小于设计直径，中心位置偏差小于±100mm，倾斜度应小于1%，本工程原则上孔深应不小于设计高程，对于未能达到设计高程的桩的判定标准为桩基础嵌入中等风化层岩层深度60cm 以上即满足设计要求。

b.钻孔完成后，清孔时采用循环泥浆，最终泥浆比重控制在1.10～1.20g/cm3之间，黏度(Pa·s)为17～20，含砂率小于4%，沉渣厚度应小于5cm。

3.4 钢筋笼骨架质量控制要点

a.钢筋笼的制作质量除满足设计及规范要求外，还必须在骨架的环形加强筋上设置保护层厚度的混凝土垫块，横向方向不少于4个，竖向间距为1～2m。

b.钢筋笼制作好后，放在干燥、平整的场地上，同时每个加强环形钢筋部位都垫上30cm 高的木方，避免钢筋笼与地面直接接触。每根桩的钢筋笼骨架各分节要挂上标志牌，写明桩号、节号等，排好顺序，便于使用。

c.为了防止钢筋笼起吊时变形，本工程选用两点起吊。第一吊点设在钢筋笼骨架的下三分之一的环形加强筋上，第二吊点设在钢筋笼骨架的中点到上部三分点之间的环形加强筋上。起吊钢筋笼时，先吊第一点，使钢筋笼离开地面30cm 以上，然后两点同时起吊，待钢筋笼离开地面达到一定高度时，停止第一点，继续起吊第二点，随着第二吊点的不断升高，缓缓放低第一吊点，直至钢筋笼骨架垂直地面，此时停止起吊，松开第一吊点，同时检查钢筋笼是否顺直。

d.钢筋笼吊入孔位后，应将其扶正缓慢下降，禁止摆动碰撞孔壁;钢筋笼达到设计高程后应将其固定，防止上浮，固定钢筋笼的钢筋长度应根据桩机平台高程来确定。

e.采用单面搭接焊接方式对接钢筋笼骨架，对于焊缝长度大于10的主筋直径，应同时保证上、下钢筋笼同轴度满足设计及规范要求，且相邻两根钢筋接头错开1m 以上。钢筋笼全部下放至孔内固定后，还应对每节钢筋笼入孔时解下的标志牌进行核对，防止发生错接和漏接现象;最后控制钢筋笼骨架的底高程在设计要求的±50mm 内。

3.5 灌注水下混凝土

a.本工程导管采用直径为30cm的钢导管，各节导管内径大小基本一致，管内径偏差不大于±2cm，使用前做水密、拼接、承压、过球和抗拉等试验检测。水密试验时的水压力必须大于桩孔内的泥浆压力的1.3 倍;承压试验的水压力必须大于导管所能承受的最大压力。

b.在水下混凝土灌注前进行导管吊装升降试验，保证导管位于桩孔中间部位且轴线顺直，防止灌注过程中导管碰撞孔壁或卡挂在钢筋笼骨架上。保证导管下口到桩孔底的距离在25～40cm 之间。导管上口装有储料仓，储料仓内出料口上设置钢盖板，系上钢丝绳，灌注首批混凝土时用吊机吊出。

c.灌注水下混凝土前，再一次检测沉渣厚度，如果超过设计要求5cm 时，可用比重为1.10～1.20g/cm3的循环泥浆进行二次清孔，时间应大于10～15min。二清后，立即灌注首批水下混凝土，混凝土用量应能保证导管埋置深度大于1.2m。

d.水下混凝土应连续灌注，无特殊情况不得中途停工。灌注过程中密切注意导管内混凝土下降和孔内泥浆溢出情况，及时测出孔内混凝土面高程，确保导管埋深在2～6m，及时、正确指挥导管的提升和拆除。每根桩的灌注时间控制在混凝土初凝时间的2.5h 内，且灌注中要防止混凝土落入孔中，使泥浆内含有混凝土而变稠凝结，导致混凝土测深不准确。

e.当第一批混凝土灌入孔底后，应及时测出孔内的混凝土面高程，推算出导管埋深，如埋深大于1.2m即可正常灌注;如发现孔内泥浆未大量排出，即表明导管内已经进水，应立即按事故应急方案处理。

f.灌注过程中，如导管内混凝土不满，含有空气时，后续的混凝土不可大量地灌入漏斗和导管内，要慢慢灌入，防止形成高压气囊，挤出导管接头间的橡胶垫，致使导管漏水。

g.升降导管时要缓慢操作，保证导管位置居中和轴线垂直;如导管接头处的法兰卡挂在钢筋骨架上，可上下左右轻微地移动导管，使其脱离钢筋笼骨架后再移至桩孔中间，保证顺利升降。

h.提升导管时，当导管法兰接头超出桩机操作平台时，可根据桩机平台高程、导管长度及导管埋入混凝土深度，决定拆除一节或两节导管。此时暂停浇筑，移走料仓，卡牢孔口的导管，松开桩机平台以上导管接头，并用吊钩将要拆除的导管吊走，缓慢地放在地上，然后重新安装好料仓，校好位置，拧紧接头，继续灌注。

i.拆除导管时要注意安全，时间控制在15min 以内，并防止橡胶垫和工具等落入孔中，已拆除的导管立即清洗干净，堆放整齐。

j.灌注混凝土时，当导管底口位于低于钢筋笼底部3m 至高于钢筋笼底部1m的位置，且混凝土表面在钢筋笼底部上下1m 之间时，应放慢浇筑速度，防止钢筋笼上浮;同时为防止钢筋笼上浮，本工程也采取了如下措施:ⓐ缩短混凝土灌注总时间、改善混凝土的和易性或初凝时间;ⓑ在桩孔底设置1～2 道环形加强钢筋，并以适当数量的牵引钢筋牢固地焊接于钢筋笼底部;ⓒ钢筋笼上端焊固在护筒上，以承受部分顶托力。当导管口高于钢筋笼骨架底部2m 以上时，即恢复正常灌注速度。

k.为了确保桩顶质量，可根据桩长、钻孔工艺、清孔方法等，在桩顶设计标高以上多浇筑0.5～1.0m 高的混凝土，深桩应多浇筑1.0m 以上高度的混凝土。

1.在灌注接近结束时，因导管内混凝土柱高度减小，压力降低，而孔内泥浆及所含渣土稠度增加，混凝土出现顶升困难，易造成质量事故，此时可在孔内加注清水稀释泥浆，并掏出渣土，使浇筑顺利进行。最后一节长导管应缓慢地拔出，以防止桩顶沉淀的泥浆及渣土挤入导管，形成泥心桩。

m.混凝土灌注的开始与结束时间、桩顶灌注高程、导管埋深和拆除时间、灌注的混凝土方量、灌注期间的异常情况等均由专人负责记录。护筒拆除时，桩的混凝土抗压强度必须达到5MPa 以上。

4 灌注桩的质量检测

4.1 检测要求

a.混凝土检验:每根桩应至少留2 组试压块，浇筑时间较长、桩径较大的，不少于4 组，且每工作台班均应留试块。

b.桩身检验:ⓐ低应变检测桩身的完整性，抽测数不少于该批桩总数的20%，且不少于10 根;当抽测不合格桩数超过抽测数的30%时，应加倍重新抽测;加倍抽测后，若不合格桩数仍超过抽测数的30%时，应全部检测;ⓑ采用静载试验测定单桩承载力时，检测桩数应不少于总桩数的1%，且不少于3 根;工程总桩数在50 根以内时，应不少于2 根;采用高应变检测单桩承载力时，对工程地质条件、桩型、成桩机具和工艺相同的桩基，其检测桩数应不少于总桩数的2%，并不得少于5 根。

c.设计要求:ⓐφ80的单桩承载力特征值:水平为75.8kN，竖直为753.6kN;ⓑφ100的单桩承载力特征值:水平为120kN，竖直为1177.5kN;ⓒφ120的单桩承载力特征值:水平为160kN，竖直为1695.6kN;ⓓφ130的单桩承载力特征值:水平为197kN，竖直为1990kN。

4.2 检测结果及评价

高应变共检测20 根，全部为Ⅰ类桩。φ80 单桩极限承载力2485～2709kN，φ100 单桩极限承载力3076～3173kN，φ120 单桩极限承载力4251～4446kN，φ130 单桩极限承载力4870～4908kN。低应变共检测50 根，全部为Ⅰ类桩。水平推力检测3 根，桩号为2号、6号、8号，最终水平位移分别为4.96mm、4.89mm、4.92mm，单桩水平承载力极限值分别为250kN、260kN、280kN。抗压检测1 根，单桩坚向极限承载力4000kN，最终稳定沉降量为5.85mm。检测结果表明，本工程嵌岩灌注桩施工质量控制情况良好，满足设计及规范要求。

5 结 语

综上所述，可以得到如下结论:

a.本工程设计合理，施工比较规范，质量控制方法及效果良好，各项试验指标满足设计及规范要求。

b.本文确定的桩基进入岩石中等风化层判定方法和数据准确、可靠。

c.本工程闸室及翼墙等部位共布置沉降观测点54个，观测数据显示沉降为3～6mm，最大不均匀沉降发生在下游左侧第三节与第四节翼墙交接处，为3mm。沉降数据说明，海边滩涂软淤地基嵌岩灌注桩基础设计时预留沉降可控制在10mm 以内。

1 J 131—2004.混凝土灌注桩基础施工工艺标准［S］.

2 GB 50202—2002.建筑地基基础施工质量验收规范［S］.

3 JGJ 94—2008.建筑桩基技术规范［S］.

4 GB 5007—2002.地基技术规范［S］.