港口工程建设中锚杆嵌岩桩的应用

张楚彬 中交第四航务工程局有限公司

1.工程概况

本工程位于广州市南沙开发区东部，虎门大桥下游640～1410m范围内，嵌岩桩主要分布在C0rC07结构段，其中COCCOS结构段长67.69m、宽32m，每结构8棉排架，排架间距9m，两端悬臂各2.35m，每棉排架布置4根桩；C04～C07结构段长58.69m、宽25m，每结构7棉排架，排架间距9m，两端悬臂各2.35m，每棉排架布置5根桩。嵌岩桩釆用176根φ1400mm（壁厚20mm）钢管桩。

2.锚杆嵌岩桩的结构特点

码头的系缆墩和靠船墩的桩体采用灌注型锚杆嵌岩桩，斜率控制要求为3∶1或4∶1。锚杆端嵌入中风化岩层，锚固长度为中风化岩面以下3～8m不等。锚杆材料为φ35mm高强精轧螺纹钢筋，每根锚碇桩含4根锚杆，按此方式配置并用连接器稳定结合于一体。各锚杆施工时，按照2m的间距依次设置厚度为5mm的φ285mm定位片。锚杆安装到位后，顶部高出钢管桩1.6m。为检验桩体的抗拉拔性能，按照设计抗拔力的1.1倍（作为最大荷载）组织试验。锚杆底端距孔底50cm，施工期间注重对孔底沉渣的清理，最终沉渣厚度不超过5cm。灌注环节分两个部分选择合适的材料，其中孔底至强风化面为45MPa水泥浆，强风化层以上7m均选择C40钢筋混凝土。

3.锚杆嵌岩桩的设计要点

3.1 关键技术指标

（1）钻孔间距15～25m，具体视现场条件在该区间灵活调整。相邻两孔间的岩面坡度在10%以上时适当加密。

（2）以钻孔总量为基准，取其1/3～1/2作为控制性钻孔的数量基准。为保证钻孔尺寸的合理性，要求其到达桩端以下3～5倍桩径处。

（3）嵌岩桩的中心距需超过桩径的2倍。

（4）配筋时，主筋直径14mm或适当增加，配筋率至少为0.4%。箍筋材料选择直径至少为6mm的Ⅰ级钢筋，按照20～30cm的间距依次布设到位。

（5）锚杆伸入岩面以上桩身内的长度至少与锚固深度一致，条件允许时适当增加。

（6）桩内施工所用混凝土的强度等级为C30或更高。

3.2 试桩

试桩的作用在于检验施工方法以及具体参数的可行性，经过分析与调整后得到最具可行性的方案。待灌注水泥浆达到特定的强度要求后，及时按照规范组织破坏性试验。为保证试桩结果的可靠性，参与试桩的数量以2根或更多为宜。

4.锚杆嵌岩桩施工工艺分析

4.1 施工平台的设置

钢管桩作为支撑桩，在该结构上以焊接的方法设置牛腿；平台底部的主梁为[25a槽钢，纵向设置；次梁为[14a槽钢，横向设置，于上方铺设厚度为50mm的木板。

4.2 钻进成孔

（1）钻机所在施工区域必须具有足够的平整性与稳定性，因此提前处理（清理杂物、整平、夯实），以免钻机偏斜、沉陷。

（2）检测并调整钻杆，使其中心线与孔的轴线重合，否则会影响钻进精度。

（3）分班连续钻进施工，尽可能避免中断。因特殊原因而停钻时及时提出钻具，以免卡钻。由于操作不当而卡钻时，避免强制提出钻具，合理的方法是向上轻提，无法实现此操作时则用小冲锥辅助作业，使分布在钻头周边的钻渣略微松动，以便高效提钻。

（4）基岩钻孔施工中密切关注孔深范围内的岩性，准确判断实际情况，例如是强风化层还是中风化层等，进而视实际情况合理调整进尺速度。尤为关键的是岩性发生变化的部位，该处的钻进参数更要得到有效的控制。

4.3 锚杆安放

锚杆施工中用定位板予以固定，避免锚杆偏位，用锚杆连接器进一步处理，使原本独立的锚杆稳定结合于一体。定位板以8mm厚的钢板为原材料制作而成，外径略小于钢套管的内径。在安装锚杆时，根据要求于指定位置将灌浆导管设置到位。锚杆超出钢管桩顶板的量至少达到1.6m，以便快速完成上拔设备的配套工作。

4.4 灌浆施工

水泥浆的性能会直接影响灌浆施工效果，因此加强控制具有必要性。制备时注重检测，水灰比≤0.4，抗压强度≥35MPa，流动度16～20s。按要求制得浆液后尽快投入使用，以免因间歇时间过长而导致浆液性能下降（无法用于灌注施工或灌注效果欠佳）。灌浆时压力稳定在0.5MPa，在压力作用下将浆液推送至内部。遵循灵活施工的基本原则，浆液的流动度在16s以内时，揭示此时浆液存在偏稀的情况，宜采取减少水量或增加水泥的处理方法；流动度超过20s时采取“反向操作”，即适当增加水量或在原有基础上减少水泥的用量，直至浆液流动度得到有效的控制为止。

必须保证基岩内锚固段的施工质量，其是灌浆施工的重点部位，也是影响整体效果的关键。若由于断电或其它情况导致灌浆施工中断，则根据灌浆面的位置采取针对性的控制措施。灌浆面进入套管内时适当向上提起灌浆管，再结合所掌握的实际情况安排第二次灌浆，充分保证施工质量；针对灌浆面仍在基岩内的情况，则提出锚杆和灌浆管并拆除，选取合适的点位钻孔，继续灌浆操作。

4.5 抗拔试验

（1）试验内容。考虑两个方面：破坏性试验，适用于非工程桩，此环节的目的在于判断锚杆的极限抗拔力，参与试验的锚杆数量需达到2根或更多；验证性试验，此阶段参与试验的锚杆数量以所在施工部位锚杆总量的1/5～2/5为宜。

（2）试验要点。装置选用穿心式油压千斤顶，配套加载系统，为满足高效试验以及结果准确性的双重要求，系统的额定荷载应达到试验荷载的1.2～1.5倍。操作前，按照规范标定检测仪器，从源头上提高检测结果的精准性。在最大试验荷载作用下，被测部位的强度和刚度均要完全达到要求。试验过程中由专员检测数据并记录，作为分析的依据。

4.6 灌注桩内混凝土

（1）准备工作。适配空压机和合适规格的导管联合应用，清理锚碇桩内残余水泥浆等不利于施工的杂物。根据设计图纸搭设稳定可靠的加工棚，于该处制作钢筋笼，成型后再由现场的起重船吊装到位。根据配合比拌和混凝土，转至指定施工点位以便投入使用。尽可能缩短混凝土生产后至灌注前的间隔时间，从运输的角度来看，应保证运输时间在20min内，否则会影响混凝土的工程性能，不利于正常施工，甚至产生废料。

（2）混凝土灌注施工的技术要点。灌注混凝土流程为：平整场地→桩位放样→埋设钢护筒→钻机就位→钻进成孔→一次清孔→安放钢筋笼→安装导管。

严格控制导管的姿态，避免直接与孔底碰触。切实保证首批灌注混凝土的施工质量，在此环节，导管埋置深度需在0.8m以上，同时压力达到井孔水深压力的0.5倍或视实际情况适当增加压力。遵循连续灌注的基本原则，因某些原因而中断时尽可能缩短每斗间隔时间（不超过初凝时间），必要时在混凝土生产阶段掺入缓凝剂，为现场施工争取更充足的时间。堵管时，上下小幅度串动导管，使其疏通，若此举无效则进一步采取处理措施。导管在桩上部堵塞时深度清理残留在桩内的混凝土，待内部保持干净后继续灌注；导管在桩下端堵塞时则提出存在问题的导管，清理聚集在内部的混凝土，同时吸排桩内的混凝土（采用气举反循环的方法），在前述基础上继续灌注施工。

5.结束语

综上所述，按科学的方法施工后，嵌岩桩的成型质量满足要求。项目所采取的锚杆嵌岩桩施工技术具有如下优势：有效规避钢护筒底部变形、漏水、返砂问题，施工进程顺利推进，效率较高；配套设备具有灵活性，运行稳定可靠；各项工作无过高的难度，易于操作且省去了大型打桩设备，值得为今后类似工程项目提供参考。