水上锚杆嵌岩桩施工工艺

王君

摘要：沿海码头工程施工情况比较复杂，有很多不确定因素，海浪、潮汐和台风非常多，并且施工难度非常大，所以，沿海码头工程技术人员必须了解嵌岩桩施工工艺及其相关的检测，懂得工程施工过程，还应该结合结合惠州荃湾港区5万吨级石化码头工程所在地实际情况，介绍锚杆嵌岩桩施工流程以及施工过程中所发现的问题，对码头工程中嵌岩桩施工技术制定合理的施工方案，这样才能保证沿海码头工程建设带来很好的社会效益和更高的经济效益。

关键词：嵌岩桩；基岩；桩芯

1前沿

嵌岩桩是指桩端嵌入岩体的桩，根据工艺结构的不同，嵌岩桩可划分为灌注型嵌岩桩、灌注型锚杆嵌岩桩、预制型植入嵌岩桩、预制型芯柱嵌岩桩、预制型锚杆嵌岩桩、及组合式嵌岩桩。本工程所采用的嵌岩桩为预制型锚杆嵌岩桩，主要作用为增加PHC桩的桩基抗拔力。

2工程概况

2.1工程简介

本工程共56根锚杆嵌岩桩，分别在1#、2#、3#、4#系缆墩及1#、2#靠船墩。其中1#、2#系缆墩基桩各采用8根Φ1000mmPHC斜桩对称布置，3#、4#系缆墩基桩各采用8根Φ1000mm钢管桩斜桩对称布置，斜率为5:1。靠船墩基桩各采用12根Φ1000mmPHC斜桩对称布置，斜率为5:1。桩尖平均标高约为-28.5m到-30.0m不等。根据结构计算1#、2#、3#、4#系缆墩及1#、2#靠船墩由于拔桩力较大，桩尖以下需采用锚杆嵌岩以增加桩基抗拔力，每根桩采用3根Φ36mm高强度锚杆，锚入微风化岩体以下4.5m,孔径为273mm。

2.2场地地质情况

拟建码头在大地构造上属粤东隆起区，南华褶皱系永梅惠阳拗陷（III级）中的紫金-惠阳凹褶断束（IV级）南西段；在区域地质构造上处于莲花山深断裂带的东西两束之间，其中拟建码头场址区离海丰-平海断裂和五华-深圳断裂相对接近。综合岩土层的种类及其工程地质特征、成因类型、地层时代等，将勘探孔控制范围内岩土层自上而下划分为第四系人工填土层、第四系海陆交互相沉积层、第四系冲洪积相沉积岩、第四系残积层、白垩系上统南雄群上亚岩群凝灰质砂岩共5大类。嵌岩桩部分主要有以下几类：

（1）第四系海陆交互相沉积岩

①淤泥：该层分布整个港区。层顶标高：-4.58~-1.45m，层厚：5.6~19.7m，平均15.53m。灰色，深灰色，饱和，流塑性，含有机质及少量贝壳碎屑，土质纯，手摸具滑腻感，易污手，属高压缩性土，粘性好。

②淤泥质粉质粘土：层顶标高-20.86~-16.22m，层顶埋深12.00~18.00m，层厚1.10~6.80m，平均2.99m。灰色，饱和，流~软塑状，粘性好，含少量有机质，手摸具滑腻感，略带臭味。

（2）第四系冲洪积相沉积层

①粉质粘土：层顶标高-24.58~-17.23m，层顶埋深：13.70m~25.50m，层厚：0.50~7.90m，平均2.86m。灰黄色，湿，可塑状为主，成分以粘、粉粒为主，土质较纯，韧性较好，粘性好。

②粉砂：层顶标高-25.18~-21.58m，层顶埋深19.20~22.80，层厚0.70~4.90，平均2.60m。灰黄色，饱和，稍密状，颗粒成分为石英，含少量粘粒级配较差。

（3）第四系残积层

①粉质黏土：层顶标高-26.80~-22.40m，层顶埋深18.40~27.00m，层厚0.6~5.2m，平均2.43m。灰黄色，褐红色，稍湿，硬塑状，粘性差，韧性较差，为凝灰岩风化残积土，泡水易软化。

（4）白垩系上统南雄群上亚岩群凝灰质砂岩

①全风化岩：层顶标高-28.70~-25.61m，层顶埋深21.40~29.20m，层厚1.8~3.10m，平均2.30m。灰色，黄色，黄褐色，岩石风化强烈，手可捏散，泡水易软化。

②强风化岩：层顶标高-31.80~-25.57m，层顶埋深21.00~31.70m，褐黄色，青灰色，灰黄色，灰色，岩石风化强烈，岩石结构已大部分破坏，岩石风化不均匀，夹薄层中风化岩块。

③中风化岩：层顶标高-34.17~-27.17m，层顶埋深22.60~36.30m。灰色，凝灰砂质结构，块状构造，裂缝发育，岩质硬。

④微风化岩：层顶标高-33.19~-28.07m，层顶埋深23.50~30.20m。灰色，凝灰砂质结构，块状构造，裂缝发育，岩质硬，ROD=5~51%，天然抗压强度16.39~29.63MPa。

3施工方法

3.1施工流程

图1工艺流程图

3.2施工准备

开工前，通过使用钢抱箍、工字钢在已打设的PHC桩基础上搭设施工平台，锚杆桩钻机采用国产XY-2B型钻机，使用2000t平板驳配85t履带吊将钻机、注浆机、电焊机、切割机、搅浆桶等施工机械设备吊至临时工作平台并调试正常。相关设备完成进场程序并检修调试完毕，备好易损部件。

3.3平台搭设

施工平台是提供锚杆嵌岩桩作业的操作平台,必须有足够的强度、刚度和作业面积。施工平台

有两个方案可供选择,一是钢平台:即利用钢桩顶部夹钢抱箍,内衬橡胶保护钢桩防腐层,上安主次梁,上铺3cm厚木板以作为施工平台;二是砼平台:即根据本工程所处区域的水文情况,先浇筑系缆墩结构本体的下部砼(1m厚)作为施工平台。考虑到浇注混凝土也需要搭设钢平台作为底模，因此平台采用钢平台，既起到嵌岩桩施工平台的作用，又可作为后期混凝土浇注施工平台。

3.4桩机就位

采用经纬仪，以轴线控制点作测站，极坐标法进行桩位放样，通过人工开挖，埋设钢护筒固定孔位，再以轴线交会法复核桩位中心。埋设时严格控制护筒中心偏差＜2cm，垂直度＜0.5%。同时用水准仪测出孔口护筒顶标高，作为确定造孔深度和桩顶标高的依据。

3.5桩内清孔

钻机就位后安装直径Φ600mm笼状合金复合片钻头，调整钻杆角度后进行清孔，待钻至粘土面后停止钻孔，拔出钻头；安放清孔导管，利用高压空压机进行清孔。清孔泥浆应收集起来集中处理，不得随意排放。本工程利用土工布布铺在平台上集中收集后利用浮排转运到岸上集中处理。为方便钻进及下锚杆的施工，在桩内空孔部分下套筒作为导向管插入粘土层约1.2m~2m处。根据锚孔直径，套筒的直径选为325mm，每节6m，满焊连接。为使套管尽量与桩同心，下入325mm套筒时用上下导向定位环导向。在粘土层以下安放273mm套管护壁。钻进过程中每钻进2米取出芯样，查明土类并保存成孔过程的芯样并做好标识，由监理工程师验收确认。

图2下放273mm钢套管

3.6锚孔成孔

钻进过程中采用取芯钻头，并准确计算对应深度及标高。待钻至微风化岩层后，需参建各方确认标高，再钻进4.5m后为终孔高程。为加快工程施工进度，结合本工程的地质情况，上部采用冲击、冲抓成孔施工，下部采用回旋钻机施工。7＃和8＃罐部分桩桩身较短且碎石层及强风化基岩平均厚度大，采用冲击成孔施工，9＃罐桩身较长且碎石层较少，采用回旋钻进施工到桩底。

3.7锚杆安装

根据入岩长度可以计算出锚杆长度，同时采用吊锤的方式重新复合粘土面标高，避免清孔等中间工序的影响造成粘土面标高上升。如果粘土面确实有所抬升，则可根据实际情况增加锚杆长度，避免导致锚杆锚固长度不够影响施工质量。锚杆采用φ36mm的冷拉高强度锚杆配套的锚杆连接器连接，各连接器应相互错开。锚杆截断采用砂轮机割断，切割时同时用水冷却。锚杆之间用定位板固定。每组锚杆内设三块定位板，即上、中、下各一块。定位板用6mm厚的钢板制成，其外径略小于钢套管的内径，按锚杆束设计位置分别开3个φ46mm的圆孔、及1个70mm的圆孔。组装完成后由监理工程师验收长度。采用履带吊配合进行锚杆安放，采用环形箍和U型夹夹住锚杆一端吊起来后缓缓安放至桩内。

图5注浆前清孔

3.9注浆

灌浆前，按实际孔深计算水泥浆方量，按照配合比要求配置水泥浆。搅浆机搅拌完成后经密目网过滤通过注浆机注入桩内，搅拌时间不少于5min,水泥浆稠度控制在16~20s。灌浆的材料为525#硅酸盐水泥，UEA型膨胀剂，HPG型减水剂搅拌合成。水泥和浆水灰之比为0.36，减水剂和膨胀剂加入量与水泥之比为0.012:0.25:1,7d龄期强度需要到达40MPa以上。灌浆要采用UBJ-3型来挤压灰浆泵，灌浆压力最大可以达到1.5～2.0MPa,灌浆导管则需要采用3/4"镀锌钢管。灌浆完毕后要立即取出灌浆管与导向管。

3.10锚杆抗拔试验

成桩以后逐步地进行了无破损检验，运用了声测法，每根桩都必须要埋设四根声测钢管，声测管采用套筒丝或者或套筒焊接连接，这样就可以确保声测管内壁平顺和密封，必须采取一系列的防护措施，确保声测管在施工当中不被堵塞。高应变以及桩取芯等检测按照相关的规范进行，其检测的结果作为桩质量评定非常主要的依据。满足龄期后，由第三方检测单位检测锚杆抗拔力是否满足设计要求。按设计要求本工程有22根锚杆桩需要做抗拔试验，已检测完成的17根桩均满足设计要求。

4施工中的问题

4.1锚杆锚入基岩深度

根据原设计图纸要求，锚杆需深入基岩4.5m，基岩是指微风化-中等风化岩，基岩取芯率应大于85%，轴向抗压强度需不小于25MPa。根据本工程《岩土工程勘察报告》中描述中风化凝灰岩平均抗压强度9.125MPa、微风化凝灰岩平均抗压强度20.12MPa，与图纸要求的轴向抗压强度不小于25MPa矛盾。项目部提请设计澄清，设计单位高度重视，并重新进行验算，最终变更设计图纸为基岩是指微风化岩或更好的新鲜岩石，最小轴向抗压强度需不小于15MPa，基岩取芯率应大于50%。

4.2锚杆成孔的问题

锚杆嵌岩桩分项开工初期，项目部在对所引进施工队伍锚杆嵌岩桩施工工艺的了解过程中发现，工艺中所用的冲击钻头无法满足施工要求，主要在于此钻头在冲击过程中将岩层全部打碎，无法取出完整的芯样，无法验证岩样能否满足设计规定的取芯率要求，且冲击钻头是依靠冲击力进行成孔，对岩层破坏情况无法估量，且用此方法钻进无法保证管桩内有足够的土塞，故项目部及时更换施工工艺，选择取芯钻头进行成孔，此方法可以取出完整芯样。

4.3桩芯混凝土芯柱高度问题

按照原设计图纸要求，桩芯混凝土芯柱高度为4m。根据《码头结构设计规范》中要求，锚杆锚固于桩内下段芯柱时，芯柱长度不应小于传递轴向力所需最小长度，且不易小于8m，与原设计图纸冲突。预制桩内灌注混凝土桩芯的长度满足要求对结构安全十分重要，规范中所做规定基于芯柱对

嵌岩段或锚杆提供的承受能力大于岩面以下嵌岩段或锚杆的承受能力的要求，从计算和工程经验两方面考虑。芯柱长度不足可能导致芯柱与PHC桩桩壁的粘结力不够，有可能成为锚杆抗拉中的最薄弱环节。项目部将此问题反馈给设计，设计将桩芯混凝土芯柱高度调整为8m。

5结语

锚杆嵌岩桩的施工工艺已是比较成熟的工艺，但施工中如果不加注意仍会发生诸多问题。锚杆嵌岩桩的施工质量是由最终的抗拔承载力能否满足设计要求来决定的，因此嵌岩段岩石的强度、水泥浆的强度、锚杆强度、桩芯混凝土芯柱的高度，这些关键性的因素应当格外注意，施工中应保持严谨性，保证各项指标均合格才能决定锚杆嵌岩桩的最终质量。实践证明，由认真负责的技术人员以及专业的施工队伍，再加上参建各方的共同努力，锚杆嵌岩桩的施工是可以达到相关质量要求的。

参考文献：

[1]耿耀民，王丹，董亮.锚杆嵌岩桩施工技术[J].《水运工程》，2007，第4期：90.

[2]吕黄，陈颂潮.嵌岩桩内嵌岩锚杆在盐田港的应用[J].《水运工程》，1999，第2期：37.

[3]《码头结构设计规范》JTS167-2018，人民交通出版社，2018年6月1日起施行.

[4]《码头结构施工规范》JTS215-2018，人民交通出版社，2018年6月1日起施行.