水运工程施工中的灌注桩设计技术应用
王文博
摘要：灌注桩设计技术由于经济性好而且承载力高并且施工工艺已经逐渐成熟开始广泛应用于水运工程建设施工。本文基于对这门技术优缺点的分析，阐述了水运工程施工中应用灌注桩技术的质量风险和难点所在，并提出了应对策略和施工过程中的注意事项。
关键词：水运工程；灌注桩设计；灌注桩技术
中图分类号：U658.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2016）03-0070-02
我国的地理环境比较复杂，而水运工程项目通常需要在更为复杂的水环境之上施工，因此很容易受到各种自然客观条件的影响限制。再加之水运工程的建设往往涉及多工种交叉施工作业，因此更容易出现设计施工方面的技术难题，例如应用灌注桩设计施工方面就存在着不少质量风险和施工难题。
1灌注桩设计技术的分类和优缺点分析
依照成孔方式可以对灌注桩进行分类，从使用广泛度的角度划分，基本上可以分为钻孔灌注桩和嵌岩灌注桩两种，通常使用较多的一种是嵌岩灌注桩，适用于各种工程之中。考虑到嵌岩灌注桩是一种新型技术，可以在各种复杂的地质条件下使用。此技术拥有如下优点，首先借助于基础岩石自身特有的承载性，嵌岩灌注桩可以将嵌岩部分作用于其上，获得满意的侧阻力以及桩端阻力；其次，嵌岩灌注桩在基岩部分具有沉降小且压缩性小的特点，所以在形成了群桩之后，柱子本身的承载力不会因此下降；最后，嵌岩灌注桩拥有较好的抗震性，主要因为此技术作为建筑物基础部分可以在抗震中达到减震效果。当然，要想获得较好的效果需保证群桩中每一根嵌岩灌注桩都必须合格，绝对不能过出现任何的纰漏，由此也会导致工期整体时间变长，成本变高，施工难度更大，可以说基本上桩柱越深则成本越高。
2水运工程施工中应用灌注桩技术存在的质量风险
2.1灌注桩钻孔的缩颈现象
在嵌岩灌注桩成桩的过程之中容易出现所谓缩颈的现象，其原因在于在柱子施工过程之中受到了地质原因影响。细致分析缩颈现象的地质原因就是在于施工之中灌注桩钻孔没有得到有效清理，同时灌注人内的混凝土灌注速度太快，导致了钻孔周围压力过大，最终使得孔洞周围的杂物跑进了孔洞之中，从而使得缩颈现象发生。
2.2导管连接出现漏水现象
导管连接出现漏水出现的原因，大致上可以说是因为导管连接不严所致，最终导致了导管上升速度不断变快。杜绝此类导管连接出现漏水现象的发生，需要施工人员将连接处绑好，才能够确保导管深入地插入混凝土，不会出现漏水现象。
2.3施工完成后灌注桩断裂
灌注桩断裂的主要原因是是因为质量不合格，如果在施工过程之中没有注意到导管插入的深度不够，同时灌注的时候，混凝土无法有效凝结，那么就会柱体断裂的现象。除此之外有时因灌注的时间过长，也可能是过慢，均容易出现水在孔洞之中阻止混凝土凝结或把混凝土稀释。
要想有效且高效地解决水利工程中钻孔灌注桩技术的质量问题，必须做到以下三个方面：首先是使用符合规格以及质量要求的施工原材料；其次对施工人员进行岗前培训，让施工人员熟悉掌握施工技巧，拥有责任心；最后在整个施工之中务必要严格要求，建立严格的体系，从时间到工艺全方位进行把控。
3水运工程施工中应用灌注桩技术存在的难点所在
3.1船坞吹填区软地基灌注施工难点
一般情况下船坞的吹填区主要在地质较软的区域内完成，所以导致了施工拥有难度。施工难点主要分为两个方面，分别是钻孔设备因地基区域的承载力太差无法准确有效驻位使用；由于地基太軟所以桩孔无法保证正确有效的形状，同时地基太软还可能导致钻孔设备因自身的震动出现桩孔移位。
3.2码头抛石棱体上灌注桩施工难点
在码头抛石棱体上灌注桩施工并非易事，为了表述清楚，下以某码头工程为例说明。此码头建有一个万吨级造船的平台滑道板位于自身码头后方。为了建设该码头，必须进行安装沉箱以及墙后回填，从而实现基本的陆域施工条件。在经过了沉箱安全和回填之后，可以在陆地区域进行灌注桩施工。由于抛石棱体直接连着基床，海水可以在缝体之中自由流动导致了灌注桩护壁泥浆遭受着严重侵蚀，所以成孔相当不易。此时应利用泥浆护壁自身特点原理，采用钻孔内放入粘土的方式减少施工中孔壁塌落量，确保桩孔形状得以顺利形成。由于在形成陆域的施工之中采用了大体积石块回填以减少沉箱后方压力，可是沉箱本身也是石块，所以在沉箱后方进行成桩便无法采用上述的装浆方法，泥浆会从石块中流出，而石箱无法保护孔洞内壁，所以无法成孔。
4水运工程应用灌注桩设计施工的具体方法
4.1采取水上灌注桩施工方式
水上灌注桩施工方式由于存在着经济和可行性的缺点，所以在使用时应该格外注意。此方式的缺点如下：第一，成本较高，由于在水上作业必须埋设钢护筒，还需施工船配合，所以成本较高；第二，在成孔之后需跑抛填的后续棱体，但是棱体抛填难度会逐渐变大，并且还需要保护桩身，风险高。第三，如果打桩成功，但是桩身回填之前埋的太浅则会导致桩身的倒坍。第四，将护筒底部埋设于沉箱抛石的石基床上存在着较大的难度。上述四个缺点导致了一般情况之下水上灌注桩施工相比于其他方式而言更加需要谨慎而为。
4.2优化设计方案的方法
漏水情况在施工之中较为常见，但是在灌注桩施工出现了漏水现象，仅仅是从施工工艺上进行改进，效果不大。需要指出回填大石块的施工条件下，要想利用改进工艺来实现防止漏水，缺少可行性。
要想获得较好的施工方案，应该从加厚沉箱厚壁的角度出发，既在沉箱厚壁上直接安装滑道板。这种施工工艺不仅可以方便水上作业，同时操作也比较简单，但是需要注意，在实施此方法的时候，应确保施工前的沉箱的厚度足够。
4.3采用石灰搅拌淤泥的方法
传统的施工工艺之中，主要采用的是石灰和表层淤泥进行一起搅拌的方式，这样的方法有着较大的缺点，既施工过程结束之后，淤泥与石灰搅拌会形成硬度硬壳。
所以在施工之中应该考虑到施工当地淤泥的实际情况，依据此情况再进一步确定石灰掺加量，进行增减，一般而言定石灰掺加量无论何种情况都不应超过10%。事实上，水泥搅拌桩与石灰搅拌淤泥原理一致，两者首先都需要水分的参与，石灰或者水泥在搅拌之中都需要水。其次，两者凝结之后都会形成有一定强度的固体。时间上，以大连码头建筑的经验来看，夏季有四五天时间即可，强度足够施工需要。
4.4振动锤埋设钢护筒的方法
在水运工程之中，如果遭遇淤泥较厚的情况，需要采用振动锤帮助埋设钢护筒。采用振动锤帮助埋设钢护筒将不需要再担心孔壁塌陷带来的影响。如果孔壁内淤泥不会塌陷，则柱孔的变形意味问题也将得到解决。震动锤埋设方式主要采用钻机埋设钢护筒的方法，首先将护筒放在桩孔上方，然后再将钢板放在护筒上方，利用重锤反复捶打钢板，从而实现护筒埋设到位。此方法适用于淤泥较少的情况。
5水运工程应用灌注桩设计施工需注意的问题
在水运工程之中由于土层之中持力层发生变化等原因，在灌注桩施工过程中需要注意漏水、漏浆情况。一旦出现了上述情况，紧随其后便是孔壁坍塌等严重的质量事故。因此如果在施工过程之中有泥浆出现了气泡或者是泥浆漏失，一定要引起注意，因为此现象为孔壁坍陷的征兆。导致此类事故出现的原因，大体可以归结为以下几个方面：第一，护筒形状不符合或者出现变形，护筒整体长度也不够；第二，施工过程之中水头压力出现了不足；第三，较高承压力的地下水位导致漏水、漏浆；第四，如孔中有水出现则为砾石层等处有渗水；第五，浓度不足的泥浆活容重不足；第六，孔壁无法呈现泥膜可能是因为成孔速度过快引起；第七，造孔机器扰动了护筒底部的土壤；第八，沉放钢筋破坏孔壁，使得泥膜及孔壁出现了破损。
上述八种情况，可以采取下列几种措施进行解决：选择坑底或四周含水量最佳的粘土进行夯实，然后在此基础上完成灌注桩护筒埋设施工，在施工過程之中保持护筒垂直，在1.0-1.5m水头高度进行开孔，最大限度维持最佳高度。如果在施工过程之中在砾石层等土层中出现了大量漏浆现象，则应及时停止施工，选用其他方式。成孔施工过程一旦中止，需密切关注漏水、跑浆情况。如需反循环钻孔作业，则应考虑钻孔速度不宜太快，否则会使得孔壁因没有形成有效泥浆膜从而引发塌方事故。成孔速度的确定应根据地质情况来确定，如在淤泥质等较软的地质上成孔速度过快则会造成孔的桩孔。如若在砂砾等土层上成孔速度过快则会让桩径向摆动导致塌方。还需注意，孑L中水的向下流动速度最高限速在12m/min，否则极易出现因负压导致的坍塌现象。因此严格施工是杜绝上述事件发生的重要手段，及时有效地理解设计意图，是确保施工成功的关键。最后需注意，一旦塌方出现，要及时将孔洞回填至状态稳定的情况，同时施工暂停三到五天，然后再继续施工。
6结语
综上所述，水运工程的复杂性和特殊性导致应用灌注桩施工具有一定质量风险和施工难点，为了在确保施工进度和经济性的前提下减小施工难度，应该从设计审查阶段就针对灌注桩设计技术应用多方审查论证以及合理优化。对于应用灌注桩设计技术的水运工程施工方案制定也应该充分考虑有可能出现的质量风险和施工难点因地制宜提前防控，最后才考虑施工工艺的改进创新。
