高桩码头嵌岩桩施工技术与裂缝质量控制研究_田秀强.pdf

CM&M 2023.01257传统工艺施工工艺，施工效率及安全性等问题难以控制。2 高桩码头嵌岩桩施工平台概述针对无覆盖地质条件下高承台钻孔灌注桩施工的技术难题，研制的多功能桩基施工平台支撑在已施工工程桩桩顶，行走和施工均脱离水面，实现了由水上施工向陆上施工的转变，不再受到波浪条件限制，可在中长周期条件下全天候施工6。针对无覆盖层裸岩地质条件下的嵌岩桩施工，提出了基于顶推移动平台进行水上钻孔桩的施工方法，平台前部为沉桩作业区，后部为桩基嵌岩钻孔成桩作业区。平台支撑在已沉钢管桩上，前部设置下沉式导向装置抱持钢管桩，采用钻机在钢管桩内进行钻孔（冲孔）成孔，锤击（振动）钢管桩下沉的钻打交替施工工艺，将钢管桩施打至设计标高。平台前移至下一排桩位，后部进行已沉至设计标高的钢管桩嵌岩钻孔作业，完成后排嵌岩桩施工，进行下一循环施工，解决了裸岩、礁盘等复杂地质条件下钢管桩无法打入及成批嵌岩桩成桩的难题，极大的提高了无覆盖地质条件下嵌岩钻孔灌注桩的施工效率。该工法相比传统施工方法，创造性提出了基于顶推移动平台进行水上钻孔桩的施工方法，在平台前端采用钻打交替施工工艺，克服了裸岩复杂地质条件下钢管桩无法打入的难题。沉桩完成平台前移至下一排桩位后，在平台后端进行已沉至设计标高的钢管桩嵌岩钻孔作业，完成后排嵌岩桩施工，然后进行下一循环施工，开创了恶劣工况及复杂地质条件下的高承台桩基施工新技术，施工平台示如 1 所示。0 引言高桩码头建设面临气候水文多变、地形地貌复杂等难题，给交通基础设施的建设带来了巨大挑战1-2。大型港口码头的建设是实现区域经济快速发展的重要举措之一，为适应不断大型化的运输船舶，港口的建设也进一步向远离岸线的更深水域发展 3。在深水内河、湖泊、海域环境下，受中水流冲刷、波涌浪影响，高承台桩基施工地质状况恶劣4。针对基岩裸露的嵌岩桩施工，传统的高承台码头钻孔桩施工一般采用满铺法或人造基床法作业。这些施工方法存在水上工程量大、适用范围窄、对环境影响大、施工难度大、拆除风险大、成本高等缺点。针对基岩裸露的嵌岩桩施工，本文创造性提出了基于顶推移动平进行水上高承台钻孔桩的施工方法。它采用钻打交替方式，克服了裸岩、礁盘等复杂地质条件下钢管桩无法打入的难题，实现了施工平台前端沉桩履式顶推前移后端钻孔灌注的一体化施工流程，开创了恶劣工况及复杂地质条件下的桩基施工新技术，极大提高了无覆盖地质条件下钻孔灌注桩的施工效率5。1 工程概况山东省某港码头为新为专用煤炭进口码头，码头长265m，34 个排架，分为 2 个泊位，每个泊位 17 个排架，每个排架 4 根 1350mm 钻孔灌注桩。桩基施工区域为近海区域，直面渤海，受中长周期波涌浪影响，海浪条件恶劣。桩基施工地质状况恶劣，存在大面积裸岩和礁盘。如采用高桩码头嵌岩桩施工技术与裂缝质量控制研究田秀强摘要：无覆盖层裸岩地质条件下的嵌岩桩施工受到深水冲刷和波浪影响，使得高桩施工面临着诸多挑战。以山东省某专用煤炭进口码头高桩基础为研究对象，基于创新性提出的多功能高承台桩基施工移动平台，对高桩码头嵌岩桩的施工技术进行了研究，并对高承台嵌岩桩施工过程中产生的裂缝问题提出相应的控制措施。研究结果表明，多功能高承台桩基施工移动平台解决了裸岩、礁盘等复杂地质条件下，钢管桩无法打入及成批嵌岩桩成桩的难题，极大提高了无覆盖地质条件下嵌岩钻孔灌注桩的施工效率。所提出的裂缝质量控制措施降低了结构的突变应力，提高了构件的抗拉强度和抗裂能力。关键词：高桩码头；钻孔嵌岩桩；裂缝控制；码头工程；移动平台（山东港通工程管理咨询有限公司，山东烟台 264000）258工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工3 高桩码头嵌岩桩施工工艺3.1 施工流程与主要设备多功能高承台桩基施工移动平台，由 4 排 16 个安装在已施工钢管桩上面的桩顶顶推定位装置支撑，如图 2 所示，由履带起重机从导向架开口侧将钢管桩喂入导向架，闭合导向架龙口，调整后进行施打。在地质条件恶劣情况下，为避免护筒卷口，施打过程中可进行旋挖跟进，每施打 20cm 跟进一次。直至护筒穿透强风化砾岩，再施打约50cm 进入强风化砂泥岩或中风化砂泥岩层，保证护筒承载能力满足平台施工要求7。完成一根钢管桩沉桩后，液压缸打开导向架龙口，横移导向架，依次完成整排钢管桩施工。钢管桩沉桩完成后，将桩顶顶推定位装置至前端已施工钢管桩，并解除摇臂上反扣板，预紧桩顶连杆，固定履带起重机。然后启动步履式顶推装置，顶推装置通过循环式顶升、推移或纠偏、回油步骤进行平台的顶推前移、位置纠正，进行平台前移。待平台前移到位后，对平台后部已露出护筒进行旋挖钻孔、清孔、钢筋笼下放和混凝土浇注等一系列工序。桩顶支撑步履式施工平台钻打结合的施工能力，可以克服不利地质的影响，实现中长周期涌浪裸岩条件下钻孔灌注桩施工。高桩码头嵌岩桩施工设备如表 1所示。3.2 具体施工控制要点3.2.1 钢护筒沉设钢护筒的沉没是桩基施工的前提，它通过导向架进行沉放，为保障高承台桩基础的安装精确，施工前通过全球定位系统 GPS 对导向架进行定位。随后利用平板车将钢护筒运送至栈桥前端的顶推平台导向架上，采用起重机将钢护筒起吊并逐步下放至导向架中。采用冲击锤对钢护筒进行捶打，将其安装至预定位置。钢护筒的安装顺序是由栈桥向离岸方向逐步推进，将钢护筒的误差控制为平面误差小于 50mm，垂直度误差小于 1%8-9。在地质条件恶劣情况下，为避免护筒卷口，施打过程中可进行旋挖跟进，每施打 20cm 跟进一次，直至护筒穿透强风化砾岩，再施打约 50cm 进入强风化砂泥岩或中风化砂泥岩层，以满足平台支撑需求10。护筒沉放过程中，测量人员随时跟踪桩位偏位和贯入度情况。具体的施工要点如下：在自沉或压上锤和替打后，如发现桩基偏位较大，只能将钢管桩拔起后重新定位调整，禁止在沉桩过程中挤桩纠偏，以免因过大的调整而使桩身变形或损坏。沉桩时，测量人员须随时检查钢管桩的平面位置和垂直度是否满足要求，出现偏差过大情况时，及时通知现场技术员。护筒需施打至泥质粉砂岩层面，停锤标准应符合设计要求，以护筒底标高控制为主。贯入度控制标准：最后 10 锤累计进尺小于 5cm。3.2.2 顶推平台前移测量新施工钢护筒桩顶标高和水平测量数据，在平台上调整待安装顶推调位装置高度。在标高+5.742 处，切割沉设到位的钢护筒，保证桩头切割精度在 10mm 内。一跨的 4 根桩的桩顶顶推定位装置安装完成后，将履带吊临时固定，放松支撑座摇臂的锁定螺杆，保证主纵梁有足够上升空间。将平台向前顶推8m，进行下一跨4根护筒的沉设。图 1 高桩码头嵌岩桩施工移动平台图 2 桩顶顶推系统布置表 1 高桩码头嵌岩桩施工设备序号设备名称规格/型号单位数量工作内容1顶推平台套2码头钢护筒施工2液压冲击锤YC-17台1钢护筒沉设3履带起重机150t台1钢护筒沉设4履带起重机100t台1桩基施工5旋挖钻机SH36台1桩基旋挖，护筒跟进6装载机CAT950台1转运岩渣7自卸车台1转运岩渣8炮车台1转运钢护筒9平板车12m辆1材料转运10发电机200kW台2顶推平台供电11发电机300kW台1发电机供电12电焊机BX-500台6满铺平台焊接CM&M 2023.012593.3.3 旋挖钻孔利用顶推平台作为钻孔平台，将平台向前顶推 8m 后锁定。用履带起重机辅助拆除尾部一排护筒的桩顶顶推装置和连杆。履带起重机完成钢护筒施工后行走至平台中间位置横梁，协助完成钻孔桩浇注等施工，如图 3 所示。SH36 型旋挖钻在平台进行旋挖钻孔作业，采用自卸车配装料斗转运钻渣至业主指定的弃渣场地。旋挖施工前应测量钻头直径，钻头直径为 1300mm。钻孔护壁采用的是海水，钻孔过程中，孔内海水标高高于外海水标高，采用一台 34kW 清水泵向钢护筒补水。4 高桩码头嵌岩桩裂缝质量控制措施在高桩码头嵌岩桩施工中，对施工质量控制的重点是保证桩基础的完整性，防止裂缝的产生。裂缝对于高桩码头产生的危害不仅仅是造成混凝土构件的破坏，而且会导致钢筋锈蚀、桩基平台的水平承载力急剧下降，对码头的整体稳定性和运营人员的安全造成威胁。经过大量的工程施工总结，提出以下几个方面的高桩码头嵌岩桩裂缝质量控制措施：减小梁顶标高，辅助铺设钢筋网增加混凝土的抗裂性能。对于高桩码头而言，削减梁顶标高是最为直接和最为有效的抗裂措施，但这种措施应在满足码头设计装卸要求和水位控制要求下进行。辅助设置钢筋网片可以整体提高混凝土的抗拉强度，减小突变应力，增强钢筋混凝土的整体稳定性，达到控制裂缝的目的。在混凝土加入高效减水剂，以利于减少钢筋混凝土的收缩量，同时在横梁梁顶预先设置收缩缝，释放结构的集中拉应力。为保证收缩缝的美观性和防水性，采用聚氨酯填缝胶进行填充。采用分单元分块浇筑的施工方法，调整浇筑顺序。先进行板缝浇筑，随后再进行梁顶部的浇筑、面层下部的浇筑，最后进行面层上部浇筑。在施工过程中要加强混凝土裂缝的监控量测，及时调整作业温度和作业进度。5 结论本文以山东省某港专用煤炭进口码头高桩基础为研究对象，基于创新性提出的多功能高承台桩基施工移动平台，对高桩码头嵌岩桩的施工技术进行了研究，并就高承台嵌岩桩施工过程中易产生裂缝问题提出了相应控制措施，得到以下几个结论：多功能高承台桩基施工移动平台解决了裸岩、礁盘等复杂地质条件下钢管桩无法打入及成批嵌岩桩成桩的难题，极大的提高了无覆盖地质条件下嵌岩钻孔灌注桩的施工效率。该工法在实际应用中取得了良好效果，钻孔灌注桩施工效率达到 1.4 根/天，是满铺法施工工艺的 2.8 倍以上。针对高桩码头嵌岩桩施工过程中出现的技术难题，提出了钢护筒沉设、顶推平台前移、旋挖钻孔 3 个方面的施工技术控制要点。所提出的 3 个裂缝质量控制措施降低了结构的突变应力，提高了构件的抗拉强度和抗裂能力。参考文献 1 张栋,张龙,刘欣昕,等.后方土体淤积下高桩码头桩基变形规 律分析 J.水资源与水工程学报,2022,33(1):159-163,170.2 寇本川,苏航,刘贻华,等.存在软弱夹层的高桩码头接岸结构 地基稳定验算 J.水运工程,2021(7):199-204,230.3 原媛,谢开云,吴双飞.基于 BIM 技术的高桩码头施工进度优 化 J.水运工程,2022(6):171-177,183.4 段蛟,张治明,段昶,等.无锚板桩+支撑墩码头结构在强涌 浪海域块石覆盖层条件下的应用 J.水运工程,2015(8):49-52.5 张栋,张龙,刘欣昕,等.后方土体淤积下高桩码头桩基变形规 律分析 J.水资源与水工程学报,2022,33(1):159-163,170.6 邰世文,商剑平,毕磊.高桩码头施工网络计划仿真与资源均 衡优化 J.水道港口,2021,42(2):237-242.7 黄建玲,施挺.岩溶地区码头桩基设计及施工关键技术 J.中 国港湾建设,2020,40(8):19-22.8 郑永来,余坤龙,潘坦博,等.通风措施对于改善高桩码头上部 结构耐久性的模拟分析 J.同济大学学报（自然科学版）,2020,48(8):1093-1101.9 刘祥玉,邓宏彦.感潮河段施工工艺对高桩码头设计方案合理 性影响 J.中国港湾建设,2019,39(2):50-54.10 冯建国,汪洪祥,姜宁林.无掩护海域复杂地质条件下的灌注 桩施工 J.水运工程,2019(5):184-188.图 3 旋挖钻钻孔