劉小平

(江蘇省連云港市善后河樞紐船閘管理所，連云港 222004)

水運作為資源節(jié)約型的綠色運輸方式，具有能耗省、運量大、對環(huán)境影響小、成本低等特點，在多式聯(lián)運中越來越受重視。近二十年來，內河航運事業(yè)得到大力發(fā)展，原有航道等級逐漸不滿足要求，需要對航道進行拓寬、加深整治。但城區(qū)段因受拆遷成本的影響，往往不具備自然拓寬條件，這就需要對原有老護岸進行加固，確保航道加深整治穩(wěn)定。在加固中經常采用預制樁，如何在城區(qū)段沉樁施工值得思考。本文結合鹽河航道整治工程連云港市灌南城區(qū)段施工實例，就水泥攪拌樁機引孔沉樁在航道整治老護岸加固工程中的應用進行分析與探討。

1 老護岸加固方案

設計方案為在現(xiàn)有漿砌塊石老護岸外側打入300 mm×300 mm方樁，樁長9.0 m，樁中心間距0.7 m；采用整體鋼模板插入樁外側，連同樁一并澆筑C25水下砼(即：將樁包裹在水下砼內)，最后澆筑帽梁及貼面砼。板塊劃分與老駁岸相同，長度基本以15 m 為主，主要工程量包括C25水下砼 26 m3，C30現(xiàn)澆砼14 m3，9.0 m方樁21根。該方樁主要起抗滑作用，深入持力層2.1m以上(粉質粘土、砂質粉土、夾雜砂、石子等)。

2 引孔沉樁方案的提出

2.1 預制方樁直接沉樁樁機的選擇

目前，在預制樁沉樁施工中，落錘、氣動樁錘、柴油樁錘、電動振動樁錘、靜壓樁機和液壓振動樁錘等樁基施工機械得到了廣泛應用。但是，隨著現(xiàn)代城市對環(huán)境保護的要求日趨嚴格，對沉樁噪音、振動、擠土等監(jiān)控、檢測和防護措施的要求提高。柴油錘和電動樁錘由于噪音大、振感強烈，它們在城鎮(zhèn)地區(qū)的使用受到了越來越嚴格的限制，不適合鹽河航道整治工程灌南城區(qū)段預制方樁沉樁施工。與此同時，無環(huán)境振動問題的靜壓沉樁，存在設備笨重且造價高、適用地質條件單一及擠土環(huán)境效應等缺陷，因該處預制方樁處于護岸岸邊，其陸上沉樁方案，存在老護岸結構無法滿足樁機承載力的問題；在水上沉樁施工也因樁機笨重，存在岸邊水深不滿足船舶吃水要求等問題，故無法采用靜壓沉樁方案。為解決該段城區(qū)老護岸加固預制方樁沉樁施工的環(huán)境影響問題，經綜合比較，決定采用噪音相對較小、振感相對較弱的高頻液壓振動沉樁技術(一般安裝在挖掘機或吊機上)進行試樁。由于挖掘機施工成本較低，且自身重量輕，移動方便，同時對場地要求低，故與之配合的該高頻液壓振動沉樁廣泛適用于中短預制樁、鋼板樁沉樁。

2.2 高頻液壓振動打樁機沉樁原理

該振動沉樁機由振動器、夾樁器、傳動裝置和電動機等組成。作業(yè)時，將沉樁機安裝在挖掘機上，用夾樁器夾住樁頂，進行振動沉樁。振動打樁機施工原理是利用其高頻振動，以高加速度振動樁身，將機械產生的垂直振動傳給樁體，導致樁周圍的土體結構因振動發(fā)生變化，強度降低，樁身周圍土體液化，減少樁側與土體的摩擦阻力，然后以挖掘機下壓力、振動沉拔錘與樁身自重將樁沉入土中。拔樁時，在一邊振動的情況下，以挖機上提力將樁拔起。打樁機械所需要的激振力根據(jù)場地土層、土質、含水量及樁的種類、構造等綜合確定。

2.3 高頻液壓振動打樁機沉樁方案

2.3.1 試沉樁施工流程圖

圖1 試沉樁施工流程

2.3.2 質量安全控制要點

(1) 振動打樁機操作人員必須熟悉該設備構造、性能及操作要領，能夠合理選擇激振力，熟練、安全地操作機械。

(2) 振動試沉樁前，各工作人員之間應再次互對操作信號，并將其他無關人員清理出現(xiàn)場。

(3) 在吊樁前，務必再次認真對成品樁進行檢驗并按規(guī)定做好記錄，合格后方可使用，以防止存在裂縫等質量問題的不合格樁在振動沉樁過程中發(fā)生崩塌等安全事故，或振動作用下樁的質量問題加重，影響其受力性能。

(4) 吊樁時應嚴格遵守安全技術操作規(guī)程，經試驗吊樁穩(wěn)固后，方可完全起吊。

(5) 樁吊裝完畢后，應調正機械，先使樁尖位置與樁位一致；同時，測量、檢查樁身的垂直度，通過移動挖掘機及調整機械臂，使樁身垂直度符合要求，并基本能確保沉樁過程樁身豎直度符合要求。

(6) 試沉樁過程中，在安全距離外觀察樁身的垂直度，必要時中途暫停沉樁，檢查和調整樁身垂直度，并為下次打樁前挖掘機與機械臂的位置處理提供經驗，以盡量確保一次沉樁不停機[1]。

(7) 最后，檢查樁頂位置和露出水面的樁身垂直度，為下一根樁的沉樁作業(yè)提供經驗。

2.4 引孔沉樁方案的提出

試樁時，樁進入持力層后，因持力層土層條件較好(夾雜砂、石)，振動感仍然較大，且因存在4～6 m 淤泥層，振動傳遞范圍也較遠。當然，與鹽河航道整治城區(qū)外的新護岸柴油樁錘沉樁相比，高頻液壓振動打樁機沉樁噪音減小較為明顯，振感也有一定的下降，但由于大部分老護岸離居民房屋較近(普遍10～15 m遠)，且居民房屋基礎較為薄弱(大部分無樁基礎，以低矮房屋居多)，在試沉第三根樁時，遇到周圍居民阻工，高頻振動沉樁方案難以繼續(xù)實施。

經調查研究，城市預制樁基靜壓沉樁穿越砂層類土層施工困難時，常采用引孔的方法來處理[2]。為此，技術人員提出了增加成本的引孔沉樁施工工藝。

3 引孔試沉樁方案比選

3.1 引孔施工機械選擇

經市場調查，引孔施工機械主要有旋挖鉆機和螺旋鉆機，其中，螺旋鉆機引孔應用最為常見，但進一步研究發(fā)現(xiàn)，旋挖鉆機和螺旋鉆機并不適合鹽河航道整治工程灌南城區(qū)段預制方樁沉樁施工：一是兩者均采用樁位原位鉆孔取土來減少沉樁阻力，存在取土效應，對抗滑樁的受力造成一定程度的影響；二是兩機械均較為笨重，自身重量較大，難以在岸邊陸上及水上施工；三是由于此處預制方樁截面較小，難以找到比其更小的鉆頭；四是兩預鉆孔機作業(yè)成本較高。因此，提出了使用水泥攪拌樁機進行預鉆孔，然后再用輕型錘擊樁機進行試沉樁的方案。

3.2 水泥攪拌樁機引孔沉樁的可行性分析

(1) 傳統(tǒng)的旋挖鉆機引孔、螺旋鉆機引孔采用樁位原位對淺層土進行鉆孔取土，減少施工階段樁身上部對淺層土的擠密效應，從而減少沉樁時淺層土對樁的側向阻力，降低樁尖處土層的空隙水壓力以減小樁底阻力，同理，本文用水泥攪拌樁機進行預鉆孔，將樁身土攪松，減少土對樁的側向阻力。

(2) 由于此處樁長較短(樁長9.0 m)，9.0 m的水泥攪拌樁機重量相對較輕，在岸邊陸上和水上施工均能滿足老護岸承載力和船舶吃水要求。

(3) 因樁長較短(樁長9.0 m，實際插入土中6.6 m)，其水泥攪拌樁機鉆孔、空攪動力均能滿足要求。

(4) 水泥攪拌樁機預鉆孔成本較低。

綜上，水泥攪拌樁機預鉆孔試沉樁是可行的。

4 水泥攪拌樁機引孔沉樁施工方法及質量控制

4.1 放線定樁位

由測量技術人員放樁位、控制樁、水準點等控制點，每個樁位用油漆在老護岸頂標注順航道方向位置和離航道邊沿距離及方向，確保樁位醒目。在打樁地區(qū)附近設置臨時水準點，施工中每天對其高程進行復核[3]。

4.2 引孔及試沉樁工藝流程

確定鉆頭位置→水泥攪拌樁機就位→鉆頭位置校核和鉆桿垂直度調整→鉆孔→檢查質量(定時檢查校核和調整鉆桿垂直度)→鉆桿泥土清理→移鉆孔機→錘擊樁機移位沉樁。[1]

4.3 引孔及試沉樁主要工序控制要點

4.3.1 鉆頭改裝

鉆頭直徑比樁直徑(或截面)偏小，本試沉樁的預鉆孔直徑采用比方樁邊長略小5 cm的直徑。

4.3.2 鉆孔

調直機架挺桿，對好樁位，調整鉆孔樁機及鉆桿垂直度，開動機器鉆進，達到控制深度后停鉆、提鉆。

4.3.3 預鉆孔過程控制

鉆孔深度以沉樁底高程以上約200 mm為宜，嚴格控制鉆孔深度，嚴禁超鉆，同時，隨時檢查控制鉆桿垂直度，尤其是在鉆進遇有含石子較多的土層或含水量較大的軟塑粘土層時，必須防止軟塑粘土抱鉆或鉆桿晃動引起的鉆孔垂直度偏差。經過成孔檢查后，應做好樁孔施工記錄。

4.3.4 吊樁沉樁

(1) 吊樁前再次對成品樁進行檢驗并按規(guī)定做好記錄，合格后方可使用。發(fā)現(xiàn)存在裂縫等質量問題的不合格樁，應嚴禁使用并清理出場。

(2) 吊樁時應嚴格遵守安全技術操作規(guī)程，防止打樁機傾斜、鋼絲繩從樁上脫落或破斷、樁和打樁機撞擊及其它人身事故的發(fā)生。樁吊裝完畢后應調正樁架，使樁架與方樁向成一直線，同時測量、檢查和調整樁尖位置和樁身的垂直度，確保樁的位置和樁身、樁機塔身垂直度符合設計和規(guī)范要求。

(3) 確定樁的中心位置和垂直度滿足要求后，轉入正式沉樁環(huán)節(jié)，同時，隨時檢查控制樁垂直度。

圖2 預鉆孔與水上吊樁、沉樁

圖3 沉樁效果

4.4 質量控制

4.4.1 質量控制要點

(1) 預鉆孔與沉樁采用跳打方式，即先進行編號為奇數(shù)(1#、3#、5#、7#…)的預鉆孔沉樁，再進行編號為偶數(shù)(2#、4#、6#、8#…)的預鉆孔沉樁，以此類推。對于同一樁位，預鉆孔與沉樁時間不宜過長，防止時間過長沉樁困難。同時，相鄰兩樁不能同時有孔無樁，防止對周圍建筑造成影響。

(2) 引孔垂直度控制：鉆孔樁機就位時，根據(jù)鉆塔兩個方向采用經緯儀控制或吊線測量控制，調整樁機鉆桿垂直度，垂直度偏差不得超過1%，若出現(xiàn)鉆桿(鉆塔)傾斜情況，應停止鉆孔，待糾正后成孔。

(3) 引孔底高程控制：根據(jù)高程控制點，結合施工場地高程及鉆桿長度，計算出鉆入地面深度，然后在鉆塔上做好高程；根據(jù)鉆具總長在機架上分別作好標記，樁底高程應高出沉樁設計高程200 mm以上為宜[4]。

(4) 預鉆孔直徑略小于沉樁直徑或沉樁邊長為宜，防止預鉆孔徑較大影響沉樁承載力。

4.4.2 預鉆孔沉樁質量檢驗

為保障預鉆孔沉樁的安全性，還應對沉樁質量進行檢驗，具體檢驗標準如表1所示。

表1 預鉆孔樁質量檢驗標準

5 預鉆孔沉樁試驗效果

5.1 老護岸結構穩(wěn)定

在陸上預鉆孔施工過程中，老護岸在水泥攪拌樁預鉆孔前及過程中，均保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)傾斜、位移或墻體開裂現(xiàn)象。

5.2 預鉆孔進行順利

在預鉆孔施工過程中，水泥攪拌樁機負荷始終滿足要求，未出現(xiàn)預鉆孔超負荷鉆進情況。

5.3 施工噪音小，振動力顯著減小

不管是預鉆孔施工，還是沉樁，現(xiàn)場施工噪音小，其施工噪音小于高頻激震聲。同時，在沉樁時，振動力影響顯著減小，基本對周圍建筑物無影響，在后期房屋影響鑒定中得到了印證。

5.4 引孔對樁承載力基本無影響

為試驗引孔對樁承載力的影響，在試沉樁24小時后，用高頻振動樁機進行拔樁試驗，發(fā)現(xiàn)難以上拔且振動力較大，說明此預鉆孔對持力層攪動土影響較小，土壤重新固結速度快且效果好，證明引孔對樁的承載能力基本無影響。

因此，水泥攪拌機作為引孔機械進行預鉆孔沉樁試驗取得了成功。

6 結束語

水泥攪拌樁機用作預鉆孔引孔機械，具有施工安全可靠、操作簡便易行、人員機械設備投入少、施工噪音小、振動感低、施工成本低和對場地要求低、對樁承載力影響小等優(yōu)點，對航道整治工程中靠近結構物的預制樁沉樁預鉆孔引孔不失為一種簡便、低廉的處理方案，可為類似的工程施工提供參考。