曹勝敏，寇 磊，李繼廣

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

超長(zhǎng)空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯技術(shù)

曹勝敏，寇 磊，李繼廣

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

本文涉及一種超長(zhǎng)空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯導(dǎo)向定位裝置，通過(guò)對(duì)取芯檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)向定位以保證鉆進(jìn)垂直度的裝置。

超長(zhǎng)空心鋼管嵌巖斜樁；取芯；導(dǎo)向定位裝置

引 言

大直徑灌注型嵌巖斜樁在碼頭工程中應(yīng)用越來(lái)越多，其不僅可以承載上部豎向荷載，而且作為樁基礎(chǔ)可以承受船舶和風(fēng)浪的側(cè)向荷載，因此把樁基礎(chǔ)做成斜樁來(lái)承受水平力對(duì)整個(gè)碼頭的穩(wěn)固性來(lái)說(shuō)非常有利。但是斜樁施工困難，施工中不可避免的出現(xiàn)許多問題，成樁質(zhì)量的可靠性較低。為保證工程質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，做到防患于未然，提高效益，必須在施工過(guò)程中對(duì)樁基進(jìn)行質(zhì)量跟蹤檢測(cè)，鉆芯法是一種微破損或局部破損檢測(cè)方法，具有直觀、實(shí)用等特點(diǎn)，它不僅可檢測(cè)混凝土質(zhì)量及強(qiáng)度，而且可檢測(cè)沉渣厚度、混凝土與持力層的接觸情況，以及持力層的巖土性狀、是否存在夾層等，這一點(diǎn)也是目前其它檢測(cè)方法無(wú)法比擬的。鉆芯法借鑒了地質(zhì)勘探技術(shù)，在混凝土中鉆取芯樣，通過(guò)芯樣表觀質(zhì)量和芯樣試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，綜合評(píng)價(jià)混凝土的質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求。

1 超長(zhǎng)鋼管樁灌注型嵌巖斜樁概述

某30萬(wàn)t原油碼頭工程樁基采用的是超長(zhǎng)鋼管樁灌注型嵌巖斜樁式結(jié)構(gòu)，樁基斷面如圖1所示。樁的斜度為5：1和6：1兩種，樁內(nèi)填充分三段：上部為樁頭混凝土、中部填砂，下部為嵌巖混凝土，取芯部位為下部混凝土。因樁徑大，按規(guī)范每根樁需鉆3個(gè)孔，且鉆孔應(yīng)鉆至樁底以下0.5 m中風(fēng)化基巖層內(nèi)。取芯時(shí)間為在下部混凝土澆筑完成，達(dá)到取芯條件后，填砂之前取芯。根據(jù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在取芯時(shí)鋼管樁下部混凝土芯柱頂面至鋼管樁頂面都為懸空狀態(tài)（懸空段預(yù)計(jì)長(zhǎng)度范圍：22.83～50.64 m），且為傾斜式，稱為超長(zhǎng)空心鋼管嵌巖斜樁，對(duì)其進(jìn)行取芯檢測(cè)時(shí)鉆桿如果直接下去，因自重作用會(huì)偏向下方，導(dǎo)致鉆桿發(fā)生很大彎曲，偏位，無(wú)法鉆取下部混凝土芯樣。另外按照規(guī)范要求，當(dāng)受檢樁樁徑較大時(shí)，一個(gè)樁上要進(jìn)行多孔檢測(cè)，若樁身過(guò)長(zhǎng)，垂直度控制不好，鉆芯孔不但有可能出樁，還有可能鉆到已鉆完的孔內(nèi)，發(fā)生串孔，導(dǎo)致鉆芯失敗。

目前，國(guó)內(nèi)鋼管嵌巖直樁有鉆芯的工程實(shí)例，但斜樁鉆芯還沒有先例，對(duì)超長(zhǎng)空心鋼管嵌巖斜樁內(nèi)的混凝土取芯檢測(cè)更是沒有可參考的資料，是一個(gè)實(shí)屬亟待研發(fā)的課題。

圖1 超長(zhǎng)空心鋼管嵌巖斜樁示意

2 導(dǎo)向定位裝置的設(shè)計(jì)及實(shí)施方式

從圖1的樁身斷面中可以看出，取芯需要解決的主要問題：一是懸空段的導(dǎo)向，即能使鉆具到達(dá)下部嵌巖混凝土段頂面指定位置（規(guī)范要求開孔位置宜在距樁中心 0.15D～0.25D內(nèi)均勻?qū)ΨQ布置）；二是鉆進(jìn)過(guò)程中定向及糾偏問題，即鉆具在傾斜狀態(tài)下工作時(shí)不能偏離鉆孔軸心。為解決上述問題，專門設(shè)計(jì)了一種超長(zhǎng)空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯導(dǎo)向定位裝置，對(duì)取芯檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)向定位以保證鉆進(jìn)垂直度，確保取芯檢測(cè)的質(zhì)量。所述導(dǎo)向定位裝置包括有導(dǎo)管、連接板、支撐器、法蘭連接螺栓孔。見圖2。

圖2 導(dǎo)向定位裝置平面示意

取芯導(dǎo)向定位裝置結(jié)構(gòu)中的連接板分兩種形式，一種是不帶支撐，僅起連結(jié)作用。另一種需要和支撐器連接，支撐在鋼管樁內(nèi)壁，這樣不僅起連結(jié)作用外，還起導(dǎo)向定位作用，將契形銷子插入 2個(gè)法蘭的螺絲孔內(nèi)，使兩節(jié)導(dǎo)向管能夠順利的連接，并使兩個(gè)沒有對(duì)正的孔對(duì)正。

所述連接板與支撐器固定的位置是通過(guò)連接板上的雙排調(diào)節(jié)螺栓孔進(jìn)行固定的，用3個(gè)可調(diào)節(jié)位置的支撐器穩(wěn)固的支撐在鋼管樁內(nèi)壁上。

所述法蘭連接螺栓孔設(shè)置在連接板上3個(gè)孔的中心連線上，每條連線上至少設(shè)有2個(gè)法蘭連接螺栓孔，則3條連線上6個(gè)法蘭連接螺栓孔采用過(guò)渡配合連接。所述過(guò)渡配合是螺栓與螺栓孔的間隙不希望有大的過(guò)盈，整個(gè)配合比較緊密，能夠準(zhǔn)確地定位，同時(shí)便于拆裝。

超長(zhǎng)空心鋼管嵌巖斜樁混凝土取芯導(dǎo)向定位裝置，該套裝置由導(dǎo)管、連接板、支撐器、螺栓等部分組成。同等長(zhǎng)度同等直徑的3根導(dǎo)管、連接板、支撐器成為一個(gè)整體，形成一節(jié)導(dǎo)向定位裝置。

所述連接板分兩種形式，一種起連結(jié)作用，另一種除起連結(jié)作用外，還起導(dǎo)向定位作用?，F(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)根據(jù)鋼管樁內(nèi)上部空心段的長(zhǎng)度不同，將多節(jié)導(dǎo)向定位裝置由螺栓連結(jié)固定在一起，使導(dǎo)向定位裝置穩(wěn)定的支撐在鋼管樁內(nèi)壁，并保證裝置的同心度。連接板上的兩排螺孔，可以調(diào)節(jié)支撐器與連接板中心的距離，從而可以對(duì)不同直徑的鋼管斜樁進(jìn)行導(dǎo)向定位。為了在傾斜的情況下，兩節(jié)導(dǎo)向定位裝置能夠順利的連接，采用了契形銷子，契形銷子有梢頭可以插入兩個(gè)連接板的螺絲孔內(nèi)，這樣就可以將兩個(gè)沒有對(duì)正的孔對(duì)正。

本次設(shè)計(jì)的取芯檢測(cè)導(dǎo)向定位裝置制作過(guò)程中注意如下要點(diǎn)：

1）導(dǎo)向定位裝置材料的選取

根據(jù)樁型及現(xiàn)場(chǎng)條件設(shè)計(jì)了導(dǎo)向定位裝置來(lái)對(duì)取芯設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)向定位，由于導(dǎo)向定位裝置最長(zhǎng)達(dá) 50多米，一般剛度不夠，會(huì)發(fā)生彎曲變形。導(dǎo)管管壁的厚度較大重量過(guò)重，給現(xiàn)場(chǎng)起拔吊裝帶來(lái)困難。經(jīng)研究導(dǎo)向定位裝置的導(dǎo)管采用薄壁管材。連接板采用薄鋼板。

2）導(dǎo)向定位裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，采用3 m一節(jié)，每節(jié)兩頭都有連接板，6 m啟用一個(gè)具有導(dǎo)向定位的連接板，其端部帶有支撐器。

3）導(dǎo)向定位裝置的加工

加工精度是保證導(dǎo)向定位裝置的安裝精度，所以需要選擇有實(shí)力的加工廠進(jìn)行加工。

3 現(xiàn)場(chǎng)取芯具體操作

首先根據(jù)鋼管斜樁直徑的大小，通過(guò)連接板上端部的兩排螺孔，調(diào)節(jié)支撐器與連接板中心的距離，進(jìn)行接結(jié)，要使支撐器剛好可以支撐在鋼管樁內(nèi)壁上。然后順著鋼管樁內(nèi)壁下放一節(jié)導(dǎo)向定位裝置，然后通過(guò)連接板中部的法蘭螺栓連結(jié)另一節(jié)導(dǎo)向定位裝置，連結(jié)好后繼續(xù)下放，做好下放記錄并計(jì)算校核導(dǎo)向定位裝置長(zhǎng)度，當(dāng)導(dǎo)向定位裝置底端到達(dá)下部混凝土芯柱頂面時(shí)，停止下放。在導(dǎo)向定位裝置到達(dá)位置后，取芯檢測(cè)設(shè)備通過(guò)該導(dǎo)向定位裝置到達(dá)斜樁底部混凝土表面，進(jìn)行取芯檢測(cè)，在鉆進(jìn)時(shí)導(dǎo)向定位裝置對(duì)鉆具有扶正作用，保證鉆頭沿軸線鉆進(jìn)，從而確保了取芯檢測(cè)的精度和質(zhì)量要求，又避免了各取芯孔之間互相串孔。

導(dǎo)向定位裝置不僅導(dǎo)向直樁，還需要導(dǎo)向斜樁，而在斜樁中取芯作業(yè)時(shí)鉆桿在導(dǎo)向套管內(nèi)高速回轉(zhuǎn)時(shí)，由于鉆孔傾斜，鉆桿較長(zhǎng)，鉆桿在重力作用下產(chǎn)生離心力，會(huì)導(dǎo)致鉆桿發(fā)生彈跳現(xiàn)象。鉆探人員改進(jìn)了鉆探工藝，采用底部加鉆鋌加壓方式，及在鉆桿的上部、中部、下部各加一個(gè)尼龍質(zhì)的扶正裝置，保證了高速旋轉(zhuǎn)的鉆桿勻速不彈跳。

4 取芯效果

30萬(wàn)t原油碼頭工程樁基檢測(cè)共完成鋼管嵌巖斜樁取芯 27根，每根樁 3個(gè)鉆孔，鉆孔取芯共1 320.02延米。鋼管嵌巖斜樁取芯檢測(cè)成功率為100 %。經(jīng)過(guò)成孔檢驗(yàn)，每個(gè)取芯孔偏離鉆孔軸心不超過(guò)8cm。滿足了規(guī)范要求的鉆芯孔垂直度偏差不大于0.5 %的技術(shù)要求。混凝土芯樣連續(xù)、完整、表面光滑、呈長(zhǎng)柱狀、斷口吻合。本項(xiàng)目采用的取芯定位導(dǎo)向裝置和技術(shù)解決了大直徑鋼管斜樁內(nèi)上部超長(zhǎng)空心段，下部灌注型嵌巖混凝土樁身質(zhì)量的全面檢測(cè)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)缺陷，使大直徑鋼管嵌巖斜樁的質(zhì)量得到有效保證，其推廣使用有重大的現(xiàn)實(shí)意義，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著。

5 結(jié) 語(yǔ)

1）本文介紹的取芯是一種全新的導(dǎo)向定位鉆進(jìn)技術(shù)，其設(shè)備中的連接板底部平面和鉆進(jìn)工作面不需要平行，導(dǎo)向管和鉆進(jìn)工作面也不一定垂直，通過(guò)連接板上的支撐器的作用，就可以使得三個(gè)導(dǎo)管中心線能平行于樁體中心線，且不需要人工或機(jī)械方式固定就能鉆進(jìn)。這種導(dǎo)向定位裝置設(shè)計(jì)打破常規(guī)理念，節(jié)省了人力，可以在各種凹凸不平的工作面上鉆進(jìn)，適應(yīng)各種傾斜角度的鉆進(jìn)，便于拆卸、組裝，可重復(fù)利用，節(jié)省造價(jià)，現(xiàn)場(chǎng)操作靈活、方便，成功的解決了斜樁懸空時(shí)鉆具因自重作用會(huì)偏向下方，導(dǎo)致鉆桿發(fā)生很大彎曲，偏位，無(wú)法鉆取下部混凝土芯樣的難題。

2）導(dǎo)向定位裝置在連接板上設(shè)置的支撐器，可適用于不同樁徑的取芯檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)樁徑的不同，連接板支撐端邊緣到樁心的距離是不一樣的，就需要調(diào)節(jié)，通過(guò)連接板上的雙排調(diào)節(jié)螺栓孔進(jìn)行調(diào)節(jié)。使支撐器向外延伸（或者向內(nèi)收縮）剛好能支撐在鋼管樁內(nèi)徑上，解決了在樁徑不同時(shí)也能進(jìn)行導(dǎo)向定位。

3）取芯裝置除了定位功能，還有導(dǎo)向功能，工作時(shí)導(dǎo)管對(duì)鉆桿具有扶正作用，保證鉆桿在鉆進(jìn)過(guò)程中不發(fā)生彎曲變形，從而保證鉆孔的垂直度。本設(shè)備不僅可以在直樁取芯中應(yīng)用，還可以在斜樁取芯中應(yīng)用。懸空斜樁取芯定位導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)形式和技術(shù)獲得國(guó)家發(fā)明專利證書和實(shí)用新型專利。

[1]JGJ 106-2003建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[2]陳凡.基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003.

[3]徐斯林,韓勁松,趙利平.海上淺覆蓋層灌注型嵌巖樁鉆孔平臺(tái)搭設(shè)[J].港工技術(shù),2010.

Concrete Core Drilling Technology for Ultra-long Inclined Hollow Steel-tube-pile Embedded in Rock

Cao Shengmin,Kou Lei,Li Jiguang
(CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300222,China)

An introduction is given to a guide positioning device which leads the core-drilling detection equipment to ensure appropriate verticality of the drill rod while concrete core is taken from an ultra-long inclined hollow steel-tube-pile embedded in rock.

ultra-long inclined hollow steel-tube-pile embedded in rock; core drilling; guide positioning device

U655.55+2

：A

：1004-9592（2016）06-0096-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160624

2016-05-26

專利項(xiàng)目：發(fā)明專利號(hào)（ZL201310360261.X)、實(shí)用新型專利號(hào)（ZL201320502300.0）

曹勝敏（1969-），男，工學(xué)博士，主要從事土木工程勘察、檢測(cè)監(jiān)測(cè)、物探的技術(shù)管理等工作。