温州港状元岙港区化工码头钢管锚岩桩施工技术

杨 璐 周伏萍 黄 磊

(江西省地质工程(集团)公司，江西 南昌 330030)

0 引言

海港、码头中系缆墩是为大型船舶靠港时提供定位作用的，因此系缆墩除承担船在海水作用下的拉力、扭力外，还要承担海水尤其是潮汐作用对系缆墩的浮力和剪切力，及其这种浮力和剪切力、船舶产生的浮力和剪切力的综合作用。通常海工环境下系缆墩桩基础的持力层都是单轴抗压强度很高的硬质岩，桩的直径都在150 cm以上，因此全断面成孔成本高，工期长。为了降低成本、缩短工期，又能满足设计要求，锚岩桩就应运而生了。钢管锚岩桩是一种钢管桩(也就是灌注桩)和锚岩桩的组合，上部是灌注桩，下部是锚岩桩。上部钻孔灌注桩主要提供水工建筑物的抗压能力，锚岩桩主要补充提供水工建筑物的抗剪能力和抗拔(抗浮)能力。

1 工程概况

1.1 码头设计要求

本工程水工建筑物包括码头及引桥部分，按一级建筑物设计。设计基准年限是50年。码头由1个工作平台、4个系缆墩 及1个引桥组成平面采用连片式布置，整个码头长340 m。各系缆墩之间、系缆墩与工作平台之间采用人行钢便桥联系，码头与后方陆域通过引桥联接。系缆墩均为高桩墩式结构，平面尺寸均为10 m×10 m。其中1号系缆墩桩基采用φ1 500 mm钢管锚岩桩。

1.2 钢管桩锚杆嵌岩设计要求

1号系缆墩桩基采用φ1 500 mm钢管锚岩桩共有6根，均为斜桩，锚杆进入中风化花岗岩深度10 m。

1.3 工程地质

1号系缆墩桩基附近地层从上到下分述如下：

⑦1层全风化花岗斑岩：风化极强，岩芯呈砂土状，中密状态，铁锰质渲染强烈，呈灰黄、灰褐色，局部略带紫红色。

⑦2层强风化花岗斑岩：岩芯呈碎块状，风化强烈，碎块手碾易碎或部分易碎，铁锰质渲染较强，风化裂隙很发育。呈灰黄、灰褐色，局部略带紫红色。

⑦3层中风化花岗斑岩：岩芯呈短柱状、碎块状，以短柱状为主，柱长一般5 cm～15 cm，裂隙发育，面上铁锰质渲染较强，岩石属硬质岩。呈浅紫红色，斑状结构，块状结构。

2 设备选型及导向架制作、安装

2.1 钻机、钻头选型

1)钻机选型。针对本工程地层特点选用XU-1000型立轴式锚岩钻机。

2)钻头选型。1号系缆墩桩基上部覆盖层成孔采用φ1 360 mm三翼钻头。牙轮钻头是使用最广泛的一种钻头。牙轮钻头工作时切削齿交替接触孔底，破岩扭矩小，切削齿与井底接触面积小，比压高，易于吃入地层；工作刀总长度大，因而相对减少磨损。牙轮钻头能够适应从软到坚硬的多种地层。由于1号系缆墩桩基下部基岩强度高，为提高施工效率，因此锚孔钻进选用牙轮钻头。

2.2 导向管制作、安装及封固

导向管架的作用：导向管架是一种刚性连接定位作用装置，它保证锚孔方位精度和提高斜率的准确性，为确保施工质量必须使用导向架。

2.2.1导向架制作

导向架由单节和底节通过法兰上的螺栓和定位销连接而成。上部单节长度3 m，底节长1.2 m。导向架由4根φ219钢管分别与上下两个法兰盘焊接，法兰盘直径为1.33 m，法兰盘中心预留900 mm圆孔；距离在孔底端0.5 m处焊接一 块大小与法兰盘类似的起固定作用的钢板，为保证封固浆液能够顺畅流出，锚孔最底一节钢管端部5 cm段内做成锯齿状。为便于连接和施工所有法兰盘型号必须统一，成批制作。加固螺孔与钢管孔位置一致，每节导向架3根钢管长度一致，法兰盘与钢管垂直焊接，焊缝必须严密、牢靠，不能产生空洞。导向架见图1。

2.2.2导向架安装

提前将单节完整连接好，底节起固定作用的钢板要固接牢固。最好能在地面将导向架预先安装一遍，并用油漆标序号。将任一单节和底节通过定位销连接好(要求受强力牵引时，定位销能够脱落)。正式安装时用卷扬机将其吊起底节放入孔中，上部单节通过螺栓逐节按序相连，下放入孔中，直到底节完全到达孔底。

2.2.3导向架封固

导向架安装后，沿导向架下入注浆管，再注入水泥浆约0.6 m3，将导向架底部封固。这样可以确保锚孔施工时，4只锚孔之间不串孔，同时保证钻锚孔时的岩渣、岩粉能够从φ219钢管内排除孔外。

3 工艺流程

钻机就位→桩内覆盖层内大孔成孔→大孔清孔→导向架制作、试安放、安装、封固→基岩锚孔成孔→锚孔清孔→锚杆制安→锚孔内注浆→拆卸导向架→桩内覆盖层内大孔安装导管→清孔→灌注混凝土。

3.1 桩内覆盖层内大孔成孔、清孔

采用φ1 360 三翼钻头在桩内覆盖层钻进成孔。终孔以尽量钻到离大桩底50 cm为原则，在强风化层钻进轻压慢转，防止出现钻杆折断。大孔终孔后，用清水泵吸射流反循环排渣一段时间后再提钻，符合要求后加强对孔口周边的保护，防止杂物、材料和岩渣掉入孔中。

3.2 基岩锚孔成孔、锚孔清孔

待导向架封固水泥干净浆终凝后，开始基岩锚孔成孔钻进。钻进采用牙轮钻头全面钻进。全面钻进时配3PN泵，取芯钻进时配BW250/50柱塞泵，施工中一定要保证电的供用和泵工作正常，保障钻杆接头密封性，冲洗液不得外泄，以保持冲洗液的通畅，从而不会由于冲洗液缺失不能及时散发钻头摩擦产生热量而引起的烧钻或卡钻事故。

3.2.1锚孔全面钻进

钻具在下放之前，必须仔细检查设备工作性能，防止喷嘴或喷器被岩粉堵塞。施工中采用气举反循环清孔，保证孔底干净，减少岩石重复破碎量，提高工作效率。钻进过程中，如发现钻速下降明显，钻具回阻力增大，孔内有异常声响且有憋钻迹象，钻具提离孔底时则上述异常消失，则表示有反向断流征兆，需立即停钻，提钻检查。

3.2.2取芯钻进

下钻完毕接上钻杆之后，先将清洗液缓缓送到钻具，在距孔底20 cm～30 cm处，开机慢进至孔底，10 min～15 min后正常钻进。钻进过程中不得随意提动钻具。回钻前应大泵量冲洗一段时间，直到无岩渣排出流出清水为止。

3.2.3停钻标准

是否进入持层即中风化岩层，用下面三个方面综合判断：1)对照地质报告及其地层曲线；2)钻进速度是否减慢，钻进速度变慢是进入中风化的信号；3)第一根锚孔采取取芯，分析芯样是否是中风化。如判断为中风化岩面，则转为牙轮钻头全面钻进，钻至中风化与强风化界面6 m以下停钻。需要注意区别中风化残留体和中风化岩层。

3.2.4锚孔清孔

全部锚孔终孔后，采取气举法反循环清孔，直至孔底沉渣符合设计要求。

3.2.5锚杆制安

1)锚杆制作。

根据实际施工本系缆墩锚杆孔深19 m，中心锚杆由3根长度大 于19 m的φ40钢筋呈品字形焊成一束，每隔2 m外焊 3根φ25长30 cm的短钢筋做保护块。单根锚杆用φ40钢筋连接采用套筒冷挤压连接技术。套筒丝扣及长度、抗拉实验结果均要符合有关要求。锚杆上端焊一个反丝接头，可与钻杆连接。注浆管采用φ25镀锌管，绑焊在锚杆上，注浆管上端也接一反丝接头。注浆管其下端距锚杆下端约20 cm。

2)锚杆安装。

锚杆通过其上端的反丝接头与钻杆相接，逐节安装钻杆，将锚杆放至孔底。同时注浆管也通过反丝接头与焊在锚杆上的注浆管逐节连接，下到孔内。

3.2.6锚孔注浆

采用BW250/50柱塞压力泵，通过注浆管将水泥浆注入锚孔，水泥浆为M40膨胀水泥砂浆，注浆量按照1.2倍充盈量考虑。注浆连续，中间不得停歇。

锚杆灌注水泥浆应满足下列要求：

1)适当添加膨胀剂，达到无收缩要求，在无收缩的情况下，自由膨胀率为5%～10%；

2)水灰比不大于0.4；

3)相对粘度控制在(18±2)s；

4)锚孔内灌注水泥浆应达到孔顶并溢出5 s时长。

3.2.7拆除导向架

锚孔施工完毕后，通过强力拉断导向架底节与上节相连的定销，剩余上部导向架完整提出孔外，再逐节卸出导向架桩。

3.2.8安装灌注导管、灌注大孔混凝土

安装导管、灌注大孔混凝土的工艺与钻孔灌注桩灌注水下混凝土施工方法相同。灌注大孔混凝土，必须进行二次清孔，沉渣厚度指标满足规范要求。

4 锚岩桩的质量控制及检测

1)垂直度控制。

锚岩桩入岩部分比较浅大多在5 m左右，其垂直度主要由导向架控制，故导向架安装时一定要确保垂直度在1%以内。

2)锚岩孔的清洁度。

锚岩桩的抗拔力大小是由锚束和孔壁咬合力决定的，孔壁的清洁度决定了抗拔力大小，是锚岩桩关键节点又是最容易忽视的问题，清孔采用气举反循环清孔，达到设计要求。

3)锚岩桩砂浆强度达到设计要求后，要由有资质单位对其进行抗拔力检测。抗拔力符合设计或规范要求才能进入下一工序。

5 结语

本文结合温州港状元岙港区化工码头实践证明，锚岩桩在覆盖层薄或缺失、基岩强度高的海况或水上施工环境下的应用，其工艺技术是成熟可靠的，有较高的安全性，质量有保障，施工后经检测完全满足相关设计要求。对类似工况条件工程具有一定的指导意义。