劉陽威+李鼎鼎+張曉欣

摘 要：本文主要對淺層遭遇高密實度粉細砂層地質條件情況下，出現(xiàn)PHC管樁沉樁困難時，對幾種可能采取的施工方法進行了對比分析，最終采用了加長樁靴的組合樁的方案，沉樁效果得到有效改善，可供今后類似工程參考。

關鍵詞：淺層堅硬地質；鐵板砂；組合樁；PHC管樁沉樁；鋼樁靴

中圖分類號：U656.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）1-0051-04

1 工程概況

江陰某碼頭擴建工程，是在已建好的碼頭平臺上游新擴建一個長189m、寬45m的碼頭平臺，其中前平臺寬 30m、后平臺寬 15m。碼頭為高樁梁板結構，按靠泊 15 萬噸級船舶設計和建設，共有26榀排架，分3個結構段。1#～25#排架樁基采用Φ1000mmPHC樁，靠近下游已建碼頭的端部26#排架采用Φ1000mm 鋼管樁。前平臺每榀排架布置8根樁，其2根直樁和6根斜樁；后平臺每榀排架布置4根樁，其中2根直樁和2根斜樁。碼頭平臺共有PHC管樁300根，鋼管樁12根。原設計樁長，前平臺為48m，后平臺為46m。前、后平臺上部結構均由橫梁、靠船構件、縱向梁系、迭合面板及配套附屬設施組成，碼頭結構斷面見圖1所示。

2 地質情況

本工程地貌上屬長江南岸沖積平原，在勘探深度范圍內，地基土屬沖積環(huán)境下沉積的粘性土、粉土及粉砂，按沉積年代、成因類型、土性和狀態(tài)以及物理力學性質的差異，可分為①～⑦共7個工程地質層，本工程以第⑦層粉細砂作為碼頭樁基持力層。各土層物理力學性質詳見表1，土層分布情況見圖2。

從以上地質資料可以看出，本工程樁基在施工過程中，穿過厚度較薄、松散的第①層淤泥后，立即進入第④層，該層為密實度較高及厚度較厚的粉細砂層，俗稱“鐵板砂”。之后又進入較軟弱的第⑤、第⑥層，最后進入持力層第⑦層。

3 設計參數(shù)

本工程PHC管樁及鋼管樁設計參數(shù)詳見表2。

4 沉樁情況

本工程先施工下游端部26#排架鋼管樁，再施工25#～1#排架PHC管樁，總體上從岸側往江側，自下游向上游方向沉樁。沉樁設備，選用能施打68m以上樁長的專用打樁船，配D-138型柴油錘。

2016年1月22日，開始施工26排架鋼管樁，D138錘開3檔進行錘擊，單根樁錘擊1500錘左右，最終貫入度為5～10mm，樁頂標高及承載力均滿足設計要求。隨后開始施工PHC管樁。采用D138錘不低于2檔進行錘擊，一開始沒多久，在樁尖進入第④層粉細砂層時，貫入度就開始逐漸變小，最小時只有1～2mm。但由于入土深度較淺，設計要求繼續(xù)往下施打。穿過第④-3后，貫入度有所增加，約8～15mm，在接近第⑦層時，貫入度又逐漸減小。最終貫入度在3mm左右時，設計要求停錘，此時總錘擊數(shù)已達到4500錘左右，超出《港口工程樁基規(guī)范》（JTS167-4-2012）中錘擊數(shù)不宜超過2500錘的建議。單根樁錘擊時間需2個小時左右，而且柴油錘在長時間不間斷錘擊時，錘體溫度逐漸升高，活塞環(huán)密封效果減弱，導致柴油錘錘能變小，打樁錘也容易打壞，因此在錘擊過程中需停錘冷卻，導致單根樁的施工時間更長，每天只能施工2～3根樁。在過多錘擊數(shù)的敲擊下，部分樁頭出現(xiàn)破損甚至樁身出現(xiàn)嚴重缺陷。大部分樁高出設計標高較多，但經高應變檢測，樁基承載力均能達到8000KN以上，樁基高應變檢測數(shù)據見表3。

5 原因分析

根據試樁情況，大家分析認為PHC樁沉樁困難，主要原因是在淺層就遇到厚度大密實度高的粉細砂層，該層厚11.2～17.9m，而且地勘報告中的標貫擊數(shù)偏保守。根據經驗，粉細砂土在錘擊振動作用下，會使樁周土體排水固結從而提高土體抗剪強度，導致樁端阻力增加。而且Φ1000mmPHC管樁壁厚為130mm，土體在樁身的排擠下變得更加密實，引起樁端阻力和樁身側摩阻力變得更大。

由于PHC樁樁身為高強度預應力混凝土結構，在過多的錘擊作用下，容易引起樁頭破裂、樁身出現(xiàn)細微的縱向裂紋，甚至斷裂，既增加成本，又難以確保樁基質量。為了確保工程順利進行，必須制定一個切實可行的沉樁方案。

6 方案研究及實施

針對前期試樁情況，為了確保樁基質量，減少錘擊數(shù)，加快沉樁速度，提高施工效率，我們對多種優(yōu)化方案進行了分析總結，并進行了試驗，具體情況如下：

6.1 全部改打鋼管樁

根據26#排架鋼管樁沉樁情況，不難發(fā)現(xiàn)由于鋼管樁壁厚薄，且不用擔心樁身出現(xiàn)質量問題，在施打過程中可以適當提高錘能，因此錘擊數(shù)、貫入度、標高及承載力均能達到設計及規(guī)范要求。每天可以完成8根樁左右，所以從技術上講，全部采用鋼管樁是可行的。但是購買一根鋼管樁比一根PHC樁需增加約1.1倍的成本，總共需增加1000萬左右。

6.2 PHC管樁水沖法沉樁

水沖法沉樁，即采用高壓水沖刷樁尖下土層，減小樁端阻力和土層與樁身的摩擦力，達到順利沉樁的目的。根據以往已有類似工程的施工經驗，采用此法施工可能會出現(xiàn)以下問題：

（1）容易引起樁基發(fā)生過大偏位，超出設計及規(guī)范要求，偏位后又要采取補樁、加大上部結構尺寸等措施補救。

（2）由于樁基較長，拆、接管數(shù)量多，且容易發(fā)生堵管，正常情況下一天也只能完成3～4根樁，施工效率得不到有效提高，且沉樁費用需增加一倍，約200萬元。

（3）后期易產生不均勻沉降，反映至碼頭面層，使面層產生裂縫。

（4）碼頭整體穩(wěn)定性有所降低，在生產作業(yè)時碼頭容易晃動。

6.3 現(xiàn)場加長樁靴2m、4m

根據鋼樁靴有較強穿透力的特點，我們提出了在現(xiàn)有1m樁靴基礎上，再分別增加幾根2m、4m兩種長度的鋼樁靴。鋼樁靴在廠里制作好后，現(xiàn)場拼接好后，進行試驗。

經現(xiàn)場試樁發(fā)現(xiàn)，加長2m鋼樁靴后沉樁效果提升不太明顯，但加長4m鋼樁靴后，在樁尖達到相同標高時，錘擊數(shù)能減少600錘左右。說明加長鋼樁靴有一定的效果，樁靴越長，提升效果越明顯。

6.4 改用樁靴長7m、9m的組合樁

經商討，繼續(xù)加長鋼樁靴至7m、9m兩種規(guī)格，同時減短PHC管樁混凝土管節(jié)部分，保持樁基總長度不變，兩種組合樁，各制作10根，運至現(xiàn)場進行試驗。經現(xiàn)場試樁發(fā)現(xiàn)，沉樁效果有明顯改善，整個沉樁過程都比較順利，錘擊數(shù)減少至3000錘左右，貫入度有所提高，能比較順利的達到設計標高?？傮w上9m樁靴比7m樁靴錘擊數(shù)略有減少。經核算，全部采用7m樁靴的組合樁需增加成本約200萬元，全部采用9m樁靴組合樁需增加成本約300萬元。

經現(xiàn)場實際試樁效果檢驗，對比各種方案優(yōu)化效果及費用增加情況，最終選擇了施工優(yōu)化效果較好、最經濟的7m鋼樁靴組合樁的方案，使得本工程沉樁施工得以順利進行。

7 效果檢查

綜合本工程沉樁情況，在沉樁方案優(yōu)化之前，總共試樁38根，其中出現(xiàn)8根Ⅲ類樁，樁頭破損12根，且普遍高出設計標高較多。正常情況下，每天只能完成沉樁2～3根，經常還要修補樁頭、補樁、維修打樁錘。不僅浪費了大量的施工成本，工期也無法保證。

經過多種方案對比，選擇采用7m樁靴組合樁后，沉樁效果大大改善。經高、低應變抽檢，樁基承載力均滿足設計要求，在后續(xù)270根PHC樁中，只出現(xiàn)了2根Ⅲ類樁，另有6根樁出現(xiàn)樁頭破損。這種組合樁不僅制作簡單、方便，沉樁速度可以有效提高，每天可以完成沉樁5根以上，最多一天完成了8根。同時采用7m樁靴的組合樁只增加了成本200萬元，比全部采用鋼管樁節(jié)約了800萬元，經濟效果明顯。

8 結束語

高樁碼頭最關鍵的工序就是沉樁施工，樁基質量的好壞，直接關系到碼頭的整體質量及使用壽命。沉樁速度的快慢也制約著上部結構施工的快慢，是碼頭施工的關鍵節(jié)點，因此如何處理好樁基問題是碼頭施工的首要問題。

本工程在淺層就遭遇堅硬“鐵板砂”的情況下，經過慎重的分析總結，最終采取了即經濟、又有利于確保樁基質量的加長樁靴的組合樁辦法，解決了沉樁困難的大問題。雖然改進之后，錘擊數(shù)還是有3000錘左右，相比其他高樁碼頭，錘擊數(shù)有所偏高，但在如此堅硬地質條件下能達到這樣的效果，在某種程度上是一種經濟與技術的合理切入點，值得類似高樁碼頭借鑒。endprint