摘 要：本文简述了某码头工程钻孔嵌岩桩的施工，及施工中出现问题的处理措施和总结
关键词：嵌岩桩
在港口工程中，嵌岩桩是一种良好的基础形式，适用于软土覆盖层较薄，基岩埋深不一，岩面起伏较大，无法采用单纯的打入桩或水冲桩，采用重力式也不大可行且成本较大的情况;且高桩码头具有较好的透空作用，减少由于涌浪对船舶安全靠泊作业的影响。其次由于桩端持力层是压缩性极小的基岩，因此其单桩沉降很小，群桩沉降也不会因群桩效应而增大，群桩承载力不会因群桩效应而降低，且抗震性能好。
1、工程概况
某码头工程位于长江下游世业洲汊道又汊岸的石闸口岸段、距下游镇江市约16km，隶属镇江市丹徒区高资镇。
该码头是某电厂2×600KW机组扩建工程中的一部分，包括卸煤码头和大件码头，两者均为高桩梁板结构，位于一期卸煤码头上游约150m处。卸煤码头包括一个3.5万吨卸煤泊位，平面尺寸为28×303m，共45个排架，每个排架7根桩，其中江侧为3根钢护筒嵌岩桩，岸侧为4根钢管桩;大件码头包括一个2000吨驳船泊位，平面尺寸为20×105m，共16个排架，每个排架5根桩，江侧为2根钢护筒嵌岩桩，岸侧为3根钢管桩。两个码头上部结构均为现浇横梁，安装预制梁板，并通过现浇面层连成整体。在大件码头下游侧共有一个1#、2#廊道、转运站等土建项目，以及供电、给排水、通风等项目。工程造价7019万，施工为16.5个月，2005年1月竣工。
2、地质概况
根据某勘察设计院的地质报告，施工场区内的地层自上而下为：
①层灰黄色淤泥：饱和，流塑。含少量砂眼及贝壳碎片，夹粉砂微薄层，局部为淤泥砂。土质极软，钻具自沉，主要分布在勘察区表部，层厚0.8~2.60m，实测标贯击数<1击。
②1层灰黄色淤泥质粉质粘土：饱和，流塑~软塑，切面较光滑，土质不均。层厚1.1~22.7m。实测标贯击数<1~3击。
②2层灰黄色粉质粘土：饱和，软塑~可塑，夹粉细砂薄层。层厚0.6~8.2m实测标贯击数为3~6击。
③1层灰绿~灰黑色粉质粘土：饱和，可塑~硬塑切面粗糙，含少量砾砂，层厚6.9m，实测标贯击数为7~10击。
③2层灰黄色粗砾砂混粘性土：饱和，中密，粘性土含量约20%，粗砾砂以长石为主，层厚0.60~2.4m，实测标贯击数约为17击。
④1层花岗岩强风化层：浅灰白、灰绿色、灰黄为主，稍湿，较硬~硬。以花岗岩为主，局部区域风化程度较弱，为中等风化层。层厚0.1~22.6m，实测标贯击数一般大于50击或远远大于50击。
④2层花岗岩中等风化层：浅灰白色，坚硬。原岩为花岗岩，岩芯较破碎。层厚0.1~3.0m。
④3层花岗岩微风化层：浅灰白色，坚硬，原岩为花岗岩，岩芯较完整，层厚未揭穿。
总结本工程的地质特点：淤泥层含砂多，砾石多，覆盖层薄，岩石坚硬且要求的嵌岩深。
2、施工流程
本工程施工采用管桩内嵌岩法。即先将管桩沉桩至风化岩面，然后搭设平台进行钻孔作业，在管内钻至岩层设计标高后，进行清渣，下钢筋笼后进行水下浇筑砼。具体流程如下：
4、桩基分布
4.1 大件码头排架A、B桩位，共12个排架计24根，灰库平台8根，下游护角桩1根。共计33根。
4.2 煤码头排架A、B、C桩位，共45个排架计134根，上游护角桩1根。共计135根。
本工程所有的嵌岩桩共168根Φ900㎜钢护筒嵌岩桩(壁厚12㎜)，且要求嵌岩深度达到2.5米以上。
5、钢护筒的沉放
沉放护筒以贯入度来控制。在具体分析、研究地质资料后，我们以≤10㎜贯入度来控制，确定持力层：强风化岩层底部或中风化与强风化岩层的交接面;根据现场施工条件及设计要求选用航工桩3#配D62柴油锤进行施工，低于原先的D80锤。同时贯入度又不能太小，避免出现钢护筒的卷边、变形;在沉桩过程中确保钢护筒的垂直度，确保后期的嵌岩桩的施工。
6、平台搭设
平台考虑为钻机钻嵌岩桩平台兼后续的下横梁底模平台。平台在已沉放的钢护筒和钢管桩为平台基础。经受力计算，主要由【25和【14槽钢和5㎝木板组成，如下图以煤码头为例：
经计算，在已沉放的钢护筒沿排架轴线方向的两侧焊接牛腿(焊缝满焊，厚度不小于8㎜)，其大样详图见下图二：
在牛腿上安放双拼【25槽钢，每个排架采用4根，中间用M20螺杆对拉固定好，其间距为80㎝，形成排架，作为支撑体系。用双拼【14b槽钢搁置点焊连接在【25槽钢上，间距50㎝，这样形成钢平台;在钢平台上铺设5㎝的木板，上用Ф16的钢筋夹压为整体。搭设的平台，当任一根钢护筒不承重时，整个平台将能承受施工中的动静荷载。
7、钻机的选择
借鉴于该电厂一期码头的钻孔经验，我们对各钻机进行了性能、技术、作业效率和经济性比较，优先选择冲击钻，配置锥式合金钻头冲击，镶焊合金锤牙。
注：钻机的实际数量根据已有的钻机钻进的速度和工期的要求做适当的调整。
自落式冲击钻机主要型号有CZ-5、CZ-8两种，原理是通过卷扬机上的单根钢丝绳挂锤头进行设定冲程内来回的冲击;冲击反循环钻机主要原理和自落式一样，双根钢丝绳挂锤头冲击。此类钻机的特点是适合各种土层和岩层及一些特殊的情况，如：孤石、溶洞等情况，其成本低;但是在黏土层和砂性土层中进尺慢，效率低。锤头有四瓣、六瓣，一般锤重约1T-6.5T，主要可能出现的事故：卡锤、埋锤和断钢丝绳。排渣方式为：采用捞渣筒捞渣，钻进和捞渣交替进行，捞渣消耗大量的时间且又不能连续捞渣，时间长后未捞出的渣又沉淀，造成钻渣被反复冲击，降低了钻进的效率。如采用反循环泵排渣，在锤头中心孔放置砂石泵的导管，伴随钻头的钻进，排渣同时进行。效果远远好于捞渣筒捞渣。但是反循环易出现塌孔现象，由于锤头磨损快易卡锤头，不定期的卡锤和处理同样影响作业效率。本工程优先采用钻进捞渣，清孔气举法。
8、关键工艺部位
8.1、 判定岩层
岩层判定是嵌岩的关键，首先根据地质勘察报告初定嵌岩的底标高，作为参考依据，主要原因：地质岩层的起伏变化，岩层易出现与地质资料不一致的情况。其次在现场根据出渣的岩样分析，通过岩石风化的程度、裂隙的发育程度(结构纹理和铁锰质渲染程度的不同)，有时候出现不同于勘察出的岩样的岩渣，这需要现场施工人员汇同有经验的人员分析、研究。
8.2、钻孔
采用无泵钻进，利用钢护筒内的淤泥进行自然造浆，保证孔内的泥浆比重，使得钻渣悬浮在泥浆中。在锤头上下来回的冲击，类似活塞作用将孔底的钻渣冲起、悬浮，勤捞渣，有效利用锤击能，同时避免悬渣的重复破碎。当孔内的泥浆比重变化时，需要调整泥浆的性能，保证出渣。在钻进的过程中，冲程大小和冲击频率因根据不同的地质条件作出相应的调整。
8.3、钢筋笼的制安
嵌岩桩的钢筋笼于平台现场分节制作，钢筋笼制作过程应注意钢筋接头在同一断面内不得大于50%。采用60T浮吊分节吊笼入孔，两节钢筋笼接头采用机械挤压套筒。
8.4、清孔
清孔采用气举法反循环。现场配置了一台11M3的空压机，和60M3/H的水泵一台，出水管用Ф100的导管分节组成，进气管为2根Ф25的橡胶管。此方法最大可将直径约10㎝的石块清出，可满足清孔要求，如一清不够，则需二次清孔。此环节是嵌岩桩施工的关键，直接影响到桩基端部承载力，因严格控制沉渣厚度≤5㎝。在本工程中很多桩在一清后，达到沉渣要求，但悬浮在泥浆中的大颗粒碎渣经一定的时间因自重又重新沉淀下来。因此在每个桩浇筑砼之前要重新复验一下孔深，如不够则需要二清。
8.5、砼
砼配合比应符合设计强度要求，水泥强度等级不应低于42.5，水泥用量不宜小于370kg/m3，水灰比不宜大于0.6。根据单根桩的砼方量及搅拌站的施工能力，砼缓凝时间考虑4小时，塌落度控制在18-22cm，满足密实要求。砼由后场搅拌站拌制，罐车送至现场拖泵，然后泵送至孔内。为了保证桩头砼的密实性，在浇注之前在桩顶加立1米高的模板，浇注时满溢。在砼终凝后拆除模板，并凿除加高的砼。
9、问题的处理
9.1钢护筒变形和卷边
原因分析：在钢护筒沉放时，护筒底部和不平整岩面接触，经锤击后底部发生变形。遇到此情况，在护筒内抛填冲块石，用小锤在变形处来回的冲击，将变形处向外撑开;在卷边处锤击将卷口冲开或者冲击切削掉。设计院在吸取一期工程的经验，在本工程的钢护筒底部增设内加强环，大大的减少了钢护筒变形和卷口情况的发生，但是却易造成内径减小而使环状间隙减小而造成锤头卡锤情况。后又经设计院将内加强环改为外加强环从而解决卡锤问题。在本工程中护筒变形和卷边情况比一期大大的减少了，无一根拔出重新沉放，提高了施工效率。
9.2 卡锤处理
卷边、变形、护筒垂直度不够等情况易造成卡锤现象。钻进时要保证锤头底口外径尺寸，防止因锲形而造成卡锤。遇到这类情况，靠浮吊和钻机自身的提升力强力拔起;如此类办法无法处理，则采用爆破震动处理，将锤头被卡处震松，即可将锤头提出。在本工程中，煤码头134根桩中因护筒垂直度不够而造成卡锤有三根因此情况而未达到嵌岩深度，后经设计院审核同意终孔。
9.3钢筋笼上浮
原因分析：1、导管挂在钢筋笼上，上串动导管时带出钢筋笼，对此应在串料的时注意串动幅度;2、初灌的砼冲击力太大，将钢筋笼冲出，这是因导管口距离底部太近，应提升一下导管;3、砼的塌落度太小，砼料与钢筋笼的摩阻力增大，导管埋一定深度后，在砼冲击下上浮，因此后场搅拌一定要按照配比施工;4、钢筋笼在护筒口未焊牢。以上情况需要在浇筑的过程中，及时发现问题，及时分析出问题所在，及时处理好。
9.4塌孔
原因分析：钢护筒在施打中未能进入很好的持力层，加之反循环清孔对孔底岩体的冲击而引起的塌孔。现象：后砼灌注的超罐，个别引起护筒的下沉。遇到此类情况：1、先用水泵维持水头高度，增大孔内泥浆比重，继续钻进;2、对于护筒下沉的，使用现场的打桩船或者浮吊使用震动锤重新沉桩，继续钻进;3、抛填黏土和碎石，用小锤加以挤密后，用大锤继续钻进。
9.5漏水
原因分析：钻机冲击护筒底口，造成与护筒口的岩层破碎，使得内外的水相通，如漏水口较大，易造成后期的砼浇注中，砼从漏水口溢出。当砼浇注高度达到一定高度时候，砼自身的压力大于江水水头压力时候，可能造成漏水口的扩大。此时，浇注砼面的高度上不来，影响浇注。遇到此情况，在先期的钻孔过程中，往孔内抛填水泥，水泥和水进行水化作用，与岩石达到一定的固结作用。
10、总结
目前在高桩码头的桩基础施工一般常用钢桩、打入式(或静压)钢筋混凝土预制桩或PHC桩、钻孔灌注桩等几种桩型，而钢管桩内嵌岩桩是个较新型的钻孔灌注桩，其性能远远高于上述桩类。
施工角度看，钢桩、钢筋混凝土预制桩施工工艺较简单，加上制桩在陆地上进行，其桩身质量容易保证;嵌岩桩的施工工艺相对比较复杂，清孔要求高，且桩身质量不易控制，只要在技术上优化，管理措施得力，控制好钻孔和灌注中的关键因素，便能确保嵌岩桩桩身质量。从本工程的地质情况和码头使用荷载情况看，采用高承载力的桩来承受较大的垂直及水平荷载较为理想。首先，钢桩和混凝土预制桩因受到打桩能力的限制，只能进入强风化岩层或中风化岩层一定量，且桩本身的断面不大，故其单桩的承载力不高。管内嵌岩桩在沉桩至一定量的强、中风化岩层后，而后钻孔钻至一定量的微风化岩层，通过灌注砼与基岩浇筑成一整体，其获得相当高的单桩承载力。其次，从结构设计的桩平面布置来看，对于单桩承载不高的钢桩和钢筋混凝土桩，要承受结构整体荷载，则需要增加群桩的数量。但此密集型的布桩方式会造成打桩不便和打桩时造成附近群桩效应，容易造成桩的偏位，而且增加施工工期，且在施工中不定因素影响到工程进度。因此，本工程采用高承载力、少桩布桩的方案优于低承载力、多桩的布桩方案。
从经济性上看，对于承载力不高的桩基，桩数明显增多，故材料用量大，虽单价较低，但总价较高。而采用承载力高的管内嵌岩桩，桩数减少，材料用量也相应的减少，虽单价高，但总价较低。从总价上比较，这也是选择钢管内嵌岩桩比其他桩基更优化的设计选择。
管内嵌岩桩的垂直承载力由土的总侧阻力、嵌岩段总侧阻力和桩端阻力。在土层较薄的地质条件下，其荷载的传递主要和桩长和嵌岩深度有关。从本工程上部使用荷载看，对桩基的桩身要求具有较强的压应力和的嵌岩部分具有较高的端阻力和侧阻力。因此在施工过程中，我们严格把握如下三点：第一，钻孔过程中，严格判定岩样，从而确保嵌岩深度;第二，清孔过程中严格测好沉渣厚度，确保端承载;第三，浇筑砼中确保浇筑质量，从而保证桩身砼的完整性和后期桩身砼的强度。
