长螺旋钻孔压灌桩在水运工程中的应用

２０１７年５月　水运工程　Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｙ　２０１７　第Ｓ１期总第５２９期　Ｎｏ．Ｓ１　Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．５２９　长螺旋钻孔压灌桩在水运工程中的应用　刘砚鹏　，郑　悦　，邵昌浩　，陈东义　（１．北京水规院京华工程管理有限公司，北京１００１０１；２．中建港务建设有限公司，上海２００４３３）　摘要：为验证长螺旋钻孔压灌桩在水运工程中应用的适应性和可行性，以某堆场工程应用为例，通过试桩和与正　循环钻孔灌注桩．Ｙ－艺对比分析，证明该工艺在曹妃句地区水运工程中技术可行、质量稳定，经济效益和环境效益显　著．具有推广价值。　关键词：长螺旋钻孔压灌桩；水运工程；应用；经济效益　中图分类号：Ｕ　６５５．４　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２－４９７２（２０１７）Ｓ１—００６１—０４　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ａｕｇｅｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｅｓｓ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｉｌｅ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ＬＩＵ　Ｙａｎｐｅｎｇ　，ＺＨＥＮＧ　Ｙｕｅ　，ＳＨＡＯ　Ｃｈａｎｇｈａｏ　，ＣＨＥＮ　Ｄｏｎｇｙｉ　ｆ　１．ＰＤＩ　Ｊｉｎｇｈｕａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１０１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｈｉｎａ　Ｓｔａｔｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｈａｒｂｏｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００４３３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｓｐｉｒａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｆｌｌｉｎｇ　ｐｉｌｅ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔａｋｅｓ　ａ　ｙａｒｄ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｐｉｌｅ　ａｎｄ　ｂｏｒｅｄ　ｃａｓｔ—ｉｎ—ｓｉｔｕ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｉｌｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｏｒｍａｌ　ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ａ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｑｕａｌｉｔｙ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ａｎｄ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚｉｎｇ　ｖａｌｕｅ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎ　Ｃａｏｆｅｉｄｉａｎ　ａｒｅａ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇ　ａｕｇｅｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｐｒｅｓｓ－ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｉｌｅ；ｗａｔｅｒ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｅｎｅｆｉｔ　１工程概况　２水文、地质条件　２．１地下水位　岩土勘察报告…显示，堆场区揭露第一层地　下水属潜水．主要赋存于场地砂性土覆盖层的孔　该工程为设计年吞吐量５　０００万ｔ的专业化煤　炭码头的堆场工程，长１　４４２．２５　ｍ、宽７１３　ｍ，南　北向布置８条堆场和９条作业线，其中堆料机５台、　取料机６台，堆存容量为３７４．５万ｔ。露天堆场周　隙中，接受大气降水及海水的渗透补给，测得稳定　水位平均高程３．７１　ｍ，稳定水位平均埋深１．５２　ｍ　边设置防风网。堆场南北两侧布置皮带机及转接　机房。防风网、皮带机及转接机房基础均为混凝　（高程系为曹妃甸理论最低潮面）。　２．２地质条件　堆场区勘察钻探深度范围内土层自上而下有：　土钻孔灌注桩，桩型为端承摩擦桩，桩基总数为　２　３４６根，主要设计参数：桩径为７００／８００　ｍｍ，桩　长由１５．６～２８．１　ｍ，混凝土强度等级为Ｃ４０，钢筋　保护层厚度为６０　ｍｍ。　收稿日期：２０１７．０２．２１　①　粉细砂、流泥；①　淤泥、淤泥质粉质黏土、粉　质黏土；①。粉细砂；②。粉质黏土；②　粉砂、粉　作者简介：刘砚鹏（１９８４一），男，工程师，从事水运工程监理。　水运工程　土；②　粉质黏土、黏土；③　黏土、粉质黏土；　③：粉土。　３工艺选择　３．１适应性分析　１）堆场区已完成地基处理。处理后已消除　中等、严重液化，承载力达到设计要求；场地临　海地下水位较高，均属砂性土中孔隙水，流动性　相对较小，对成桩基本无影响，工程水文、地质　条件符合ＪＧＪ　９４－－２００８（（建筑工程桩基规范》　规　定长螺旋钻孔压灌桩工艺适用范围．技术方案　可行。　２）防风网、皮带机及转接机房沿堆场周边及　两侧线性布置，工程桩数量多，建设工期紧；如　采用传统泥浆护壁钻孑Ｌ灌注桩工艺．为保证工期　必须多个区域平行施工，并根据需求设置数座泥　浆池，泥浆制备与排放工作量大，将大幅增加成　本和管理难度，也无法达到环保要求，经济和环　境效益较差。　３）长螺旋钻孔压灌桩已被列入住房与城乡建　设部《建筑业十项新技术（２０１０）》　，施工质量有　保障。　按照安全适用、经济合理的原则，综合考虑　水文地质和场地条件，设计、规范及工期要求，　成本、环保和文明施工管理等需求，通过比选最　终选择长螺旋钻孔压灌桩施工工艺。　３．２试桩　为验证该工艺在现有水文地质条件下的可行　性，正式开工前进行试桩．按照设计图纸要求打　设３根试桩．试桩完成且达到龄期后，委托第三　方对桩身完整性、单桩竖向承载力、单桩竖向抗　拔承载力进行检测，各项检测数据见表１—３ｆ４］。　表１单桩竖向抗拔静载荷试验成果　表２低应变桩身完整性检测成果　试桩编号　承载力检测值／ｋＮ　桩侧阻力／ｋＮ　桩端阻力／ｋＮ　试桩检测数据显示，３根试桩的桩身完整　性、单桩竖向承载力、单桩竖向抗拔承载力均达　到设计要求。其中，桩身完整性均达到Ｉ类桩，　没有任何缺陷；鉴于试桩同时作为工程桩使用，　单桩竖向承载力和单桩竖向抗拔静载试验均未加　载至极限状态．无法判定承载力和抗拔性能是否　优于泥浆护壁钻孑Ｌ灌注桩。参考黑龙江省地方标　准ＤＢ２３／Ｔ　３６０－－２０１０《钻孑Ｌ压灌超流态混凝土　桩基础技术规程》　规定，长螺旋钻孑Ｌ压灌桩在　砂类土层中桩侧阻力特征值提高１５％一５０％，端　阻力特征值提高１０％～５０％，土颗粒粒径越粗，　提高幅度越大。通过对检测数据进行分析，可判　定试桩质量合格．该工艺在本工程水文地质条件　技术可行。　４工艺简介及质量控制　４．１原理及工艺流程　１）原理。　长螺旋钻孔压灌桩是一种新型灌注桩施工工　艺，采用长螺旋钻机钻孔至设计桩底高程，在提　钻的同时利用混凝土泵经钻杆中心通道连续灌注　混凝土至桩顶高程以上５０　ｃｍ处，再利用专用插　筋器插入钢筋笼成桩　。　２）工艺流程。　工艺流程如图１所示。　第Ｓ１期　刘砚鹏，等：长螺旋钻孔压灌桩在水运工程中的应用　・６３・　图１　长螺旋钻孔压灌桩工艺流程　４．２质量控制　１）混凝土配合比设计及拌制。　混凝土配合比设计应同时满足水下混凝土和泵　送混凝土双重规定，在满足强度及耐久性基础上．　重点控制混凝土和易性及坍落度。结合反插筋工艺　特点，经试桩验证后确定混凝土配比，加强混凝土　拌制、运输过程管理，避免因和易性和坍落度问　题，造成钢筋笼插设困难和振捣造成集料离析。　２）钢筋笼制作、吊运。　在钢筋原材、焊接接头复检合格的基础上．　重点加强对钢筋笼制作质量控制，保证钢筋规格、　数量，主、箍筋间距，外形尺寸、垂直度等满足　设计与规范要求。各部位焊接和垫块安装必须牢　靠，确保钢筋笼在吊运时焊点不脱焊且具有足够　刚度，从而保证钢筋笼顺利、正位振动插入至桩　底，混凝土保护层厚度符合设计要求。　３）成孔及混凝土灌注。　桩机就位要保持平稳，桩位偏差不大于２０　ｍｍ．　待钻杆垂直度验收合格后启动钻机钻孔，达到设　计深度后空转３０　Ｓ进行清孑Ｌ，然后静拔钻杆清土，　减少孔底虚土和桩体后期沉降。混凝土灌注必须　连续，并保证钻杆具有一定埋深和混凝土对桩孔　侧壁土体的压力，提钻速度与泵送频率匹配，避　免断桩、缩颈等缺陷。　４）钢筋笼插设。　钢筋笼插设采用专用插筋器，应提前将钢　筋笼固定在插筋器上。待混凝土灌注至桩顶以　上５０　ＯＩＴＩ时．立即用挖掘机配合人工清除孔口泥　土，并插设钢筋笼，依靠钢筋笼与插筋器自重缓　慢插入，当不能继续插入时。开启插筋器缓慢振　捣插至设计深度，然后缓慢连续振动拔出插筋器。　整个插设过程由人工扶正，确保钢筋笼垂直、居　中，插筋器上拔不宜过快，防止桩体缩颈。　５）桩头修整。　因插筋器振捣密实作用．钢筋笼插设后导致桩　体混凝土顶面下沉，必须将桩顶混凝土中掺杂泥土　清除，补灌混凝土至略高于桩顶以上５０　ｅｍ处．再　用振捣棒振捣密实，避免出现断桩，确保桩体密实。　５效益对比　鉴于施工区域、场地条件和设备选型的差异　性，对正循环钻孔灌注桩和长螺旋钻孔压灌桩工　艺的施工功效及成本进行对比，以２００根桩为样　本在同等施工条件下进行效益分析（表４、５）。　表４功效分析　工艺类型主／里　程３单价／（元　／Ｊ　ｎ　注：充盈系数差异已考虑在内，按混凝土实际用量核算；未考虑　泥浆制备及排污费用。　从表４可知，正常隋况下长螺旋钻孔压灌桩功效　为１６根／ｄ，正循环钻孔灌注桩功效为３．５～４根／ｄ，　前者功效约为后者的４—４。５倍，在保证成桩质量　・６４・　水运工程　２０１７生　的前提下功效大幅提高，工期可大幅缩短。　因长螺旋钻孑Ｌ压灌桩工序相对减少．且设备　泥浆制备和处理带来的环境污染，环保效益明显。　参考文献：　【１】　中交第一航务工程勘察设计院有限公司．唐山港曹妃甸　港区煤码头三期工程陆域地基处理地质勘察报告［Ｒ】．天　津：中交第一航务工程勘察设计院有限公司，２０１２．　【２］　中国建筑科学研究院．建筑工程桩基规范：ＪＧＪ　９４—　２ｏｏ８［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００８．　［３］　住房和城乡建设部工程质量安全监管司．建筑业十项　新技术（２０１０）【Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．　［４］　天津市大地海陆岩土工程技术开发有限公司．唐山港　移动方便，统计数据显示桩长越短．即设备挪移　频率越高，其功效优势越明显。　表５数据显示．长螺旋钻孔压灌桩比正循环　钻孑Ｌ灌注桩每立方米节约成本约Ｉ　１５．４９元（未考　虑泥浆池砌筑、泥浆制备和排污费用）。如按桩径　７００　ｍｍ、桩长２０　ＩＴＩ、充盈系数１．３估算，单桩节约　成本约１　１５５元。全部桩基节约成本约２７０．９６万　元，经济效益显著。　６结论　曹妃甸港区煤码头三期工程堆场试桩检测报告【Ｒ】．天　津：天津市大地海陆岩土工程技术开发有限公司，２０１５．　［５］　黑龙江龙华岩土工程有限公司．钻孑Ｌ压灌超流态混凝　土桩基础技术规程：ＤＢ２３／Ｔ　３６０－－２０１０［Ｓ１．哈尔滨：黑　龙江省建设厅，２０１０．　【６】　李式仁，沈保汉，陈德文，等．长螺旋钻孑Ｌ压灌桩与振捣　１）该工艺试桩检测合格且质量稳定，适合在　曹妃甸地区水文地质条件下应用。　２）比正循环钻孔灌注桩工艺功效提高３～　３．５倍．每立方米混凝土至少节约成本１１５．４９元，　可大幅提高施工效率和降低造价。经济效益显著。　３）施工无噪声、无振动、无排污，没有大量　（上接第３２页）　插筋工艺技术【Ｊ】．建筑技术，２００９，４０（１２）：１０７０—１０７３．　（本文编辑王璁）　表３一、二期通道路面径流污染物排放源强　营运期雨水径流通过道路两侧明渠收集，汇　入市政管道，通过腰沙根部污水处理厂接收处理。　４结语　参考文献：　【１】　赵士清，张镜潮．一种简便的二维潮流数学模型…．水　利水运科学研究，１９８３（２）：１５—２３．　【２】　杨宏兵．通州湾港区围垦一期通道工程对水动力环境　１）腰沙一、二期通道工程对周边水动力、小　影响研究Ｉｃ】，／中国海洋学会海洋工程分会．第十六届　中国海洋（岸）工程学术讨论会（下册）．北京：海洋出版　社．２０１３：９８０—９８３．　庙洪航道、周边环境、滩面冲淤的影响较小，可　通过建设海洋环境观测站进行实时监测，使影响　置于可控范围之内　１３】　梁桁．珠澳口岸人工岛成岛关键性技术研究【Ｄ】．天津：　天津大学，２０１４．　２）施工期可通过科学、合理安排施工时间，　优化施工工艺，强化参建人员环保意识，进行适　当的生态补偿得以保护生态环境。　３）由于腰沙一、二期通道运营期为道路，产　【４】　狄乾斌，韩增林．大连市围填海活动的影响及对策研　究［Ｊ］．海洋开发与管理，２００８，２５（１０）：１２２—１２６．　［５】　赵剑强，邱艳华．公路路面径流水污染与控制技术探　讨【Ｊ］．建筑科学与工程学报，２００４，２１（３）：５０．５３．　（本文编辑武亚庆）　生的污染较小．可通过市政管网接收处理。