馮光華，鐘 旺

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310)

0 引言

鋼護(hù)筒作為灌注樁施工的常用結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用在高層建筑、市政工程以及橋梁工程等各種類型樁基施工中。JTS 215—2018《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》[1]要求護(hù)筒穿過較厚拋石層或拋石棱體時，宜采用雙護(hù)筒，護(hù)筒埋深應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、護(hù)筒使用功能和穩(wěn)定要求。國內(nèi)外同行對鋼護(hù)筒施工工藝進(jìn)行了大量的工程實(shí)踐[2-6]，施工技術(shù)日臻成熟，然而鋼護(hù)筒卷邊仍時有發(fā)生，會影響樁基施工工期。引起鋼護(hù)筒變形的因素很多，不良地質(zhì)條件、鋼護(hù)筒剛度、鋼護(hù)筒的制作精度、施工不當(dāng)?shù)榷紩痄撟o(hù)筒卷邊[7]。歐陽瑰琳等[8]從地質(zhì)條件、環(huán)向應(yīng)力、鋼護(hù)筒的剛度等方面分析了鋼護(hù)筒卷邊的主要原因。對于老港改造項目的帶既有護(hù)岸結(jié)構(gòu)的單鋼護(hù)筒穿透能力，不同壁厚、樁徑護(hù)筒穿透性能對比以及單護(hù)筒的收錘標(biāo)準(zhǔn)則少見報道。本文通過對比分析坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆某水工灌注樁施工的不同樁徑及壁厚鋼護(hù)筒在穿透既有護(hù)岸及深厚砂層，為老港改造項目樁基施工提供參考。

1 工程概況

本項目為以舊碼頭升級改造為主體的綜合性水工工程，原碼頭建于20世紀(jì)60年代，4～7號泊位碼頭岸線長725m，為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，采用PHC樁和灌注樁作為樁基礎(chǔ)，PHC樁位于海側(cè)，灌注樁位于岸側(cè)，4～6號泊位1排架上有7根樁基，其中4根灌注樁，最大樁間距7.55m；7號泊位1排架上有8根樁基，其中5根灌注樁，最大樁間距7.79m，樁基平面布置如圖1所示。4～7號泊位灌注樁樁徑和數(shù)量如下：φ1 200mm樁基182根，φ1 000mm基樁193根，φ800mm樁基311根，對應(yīng)護(hù)筒直徑分別為1 350，1 150和950mm。

圖1 樁位布置

4～7號泊位在舊碼頭結(jié)構(gòu)上進(jìn)行灌注樁施工。將舊碼頭面層結(jié)構(gòu)、面層結(jié)構(gòu)下方的混凝土反梁以及反梁之間的填充珊瑚石清除現(xiàn)出混凝土結(jié)構(gòu)底板，厚度為60cm，護(hù)筒施打之前，用液壓繩鋸開方形孔。

舊碼頭面板作為灌注樁施工平臺，施工機(jī)械包括旋挖鉆、履帶式起重機(jī)、挖土機(jī)等多種類型，為保證灌注樁施工需要的各種機(jī)械能安全行駛，方形孔洞比鋼護(hù)筒直徑僅大10cm。直徑1 350，1 150，950mm的護(hù)筒開孔尺寸為1.45m×1.45m，1.25m×1.25m，1.05m×1.05m。

灌注樁施工完畢后，將舊樁基和舊碼頭面層結(jié)構(gòu)全部拆除后進(jìn)行新建碼頭上部結(jié)構(gòu)施工。舊碼頭面層下方為既有護(hù)岸。既有護(hù)岸厚度為3.3m，共3層，自下而上為0.6m厚珊瑚碎石倒濾層，單塊重約2kg；1.8m厚珊瑚石墊層，單塊重約10kg；0.9m厚護(hù)面塊石，單塊大小為20cm×20cm～40cm×40cm，重約20kg，取3塊護(hù)面塊石處理后進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試，其值為12.5～16.7MPa。

舊樁基為六角形樁，4～6號泊位舊樁基為10排，最大樁尖標(biāo)高為-26.670m，持力層為黏土層，灌注樁單個排架為4根，最大樁尖標(biāo)高為-34.000m，持力層為珊瑚礁礫砂巖層；7號泊位舊樁基為11排，最大樁尖標(biāo)高為-32.610m，灌注樁單個排架為5根，最大樁尖標(biāo)高為-34.000m，樁基持力層為珊瑚礁礫砂巖層。新建碼頭結(jié)構(gòu)剖面如圖2所示，圖中樁尖標(biāo)高較深者為新施工PHC樁和灌注樁。既有護(hù)岸結(jié)構(gòu)下方為回填砂層，最大厚度為14.5m。

圖2 新建碼頭結(jié)構(gòu)剖面

2 帶既有護(hù)岸結(jié)構(gòu)單護(hù)筒沉樁規(guī)律

2.1 鋼護(hù)筒卷邊和護(hù)筒漏水現(xiàn)象

鋼護(hù)筒采用振動錘沉樁，功率為90kW，灌注樁施工采用泥漿護(hù)壁工藝。4號泊位沉樁初期，同一排架4根灌注樁鋼護(hù)筒長度分別為16，18，20，22m，從陸側(cè)往海側(cè)護(hù)筒逐軸加長2m。底部50cm外貼加強(qiáng)箍，加厚1倍。沉樁過程中出現(xiàn)護(hù)筒過振，樁內(nèi)鉆孔時鉆頭異動、無進(jìn)尺，將護(hù)筒拔出后其端部有卷邊現(xiàn)象，質(zhì)量問題如表1所示。因既有護(hù)岸下方為深厚回填砂，一部分樁基護(hù)筒沉樁完畢后樁內(nèi)鉆孔出現(xiàn)護(hù)筒漏水，采用多臺水泵補(bǔ)水其內(nèi)外液面仍持平，鉆進(jìn)過程中進(jìn)尺困難、塌孔嚴(yán)重，無法鉆至設(shè)計標(biāo)高。

表1 項目4號泊位護(hù)筒施工質(zhì)量問題

2.2 不同樁徑和壁厚單護(hù)筒穿透性能對比

2.2.1既有護(hù)岸塊石層穿透用時對比

對不同樁徑護(hù)筒穿透3.3m既有護(hù)岸塊石層所用時間進(jìn)行統(tǒng)計，1 350,1 150,950mm護(hù)筒分別統(tǒng)計100根樁基，壁厚分別為12,8,6mm(見圖3)。φ1 350mm護(hù)筒穿過原有護(hù)岸塊石層所用時間均值約為50s；φ1 150mm護(hù)筒穿過既有護(hù)岸塊石層所用時間均值約為57s；φ950mm護(hù)筒穿過既有護(hù)岸塊石層所用時間均值約為66s。直徑越大，穿透既有護(hù)岸塊石層用時越短，φ950mm護(hù)筒穿透護(hù)岸用時比φ1 350mm護(hù)筒平均多約32%，因此上述3種直徑護(hù)筒均能順利穿透既有護(hù)岸結(jié)構(gòu)，且既有護(hù)岸的不影響后續(xù)灌注樁的成孔質(zhì)量。

圖3 護(hù)筒穿透既有護(hù)岸用時統(tǒng)計

2.2.2不同樁徑和壁厚護(hù)筒進(jìn)尺速率和沉樁時間對比

4號泊位不同直徑3根試驗護(hù)筒沉樁作業(yè)，對比其進(jìn)尺速率變化以及總振入時間，分析不同樁徑的護(hù)筒穿透性能，地質(zhì)柱狀圖編號為SGB02，3根試驗樁位于同一排，樁號為H8，G8及J8，其樁徑為950，1 150，1 350mm，其壁厚均為8mm，均沉樁至20m的入土深度，3種樁徑護(hù)筒不同進(jìn)尺速率和總振入時間如圖4所示。

圖4 不同樁徑護(hù)筒進(jìn)尺速率及沉樁時間統(tǒng)計

由圖4可知，直徑為950，1 150，1350mm的3根試驗護(hù)筒振入時間分別為18.6，13.7，10.2min，而終錘進(jìn)尺速率分別為0.23，0.55，0.88cm/min，后續(xù)灌注樁施工正常，3根樁基均無二次清孔，成樁質(zhì)量較好，因此壁厚相同情況下，樁徑越大，進(jìn)尺速率越大，沉樁時間越短，穿透能力越強(qiáng)。

5號泊位SGB06鉆孔附近選擇4根基樁進(jìn)行試驗，測試不同壁厚樁基在振入過程中進(jìn)尺速率的變化和總振入時間，均為海側(cè)第1排灌注樁，樁號為G48～G51,樁徑均為1 150mm，上述樁基的護(hù)筒壁厚分別為6，8，10，12mm，附近的鉆孔編號為SGB06，位于G49及G50之間，不同壁厚護(hù)筒進(jìn)尺速率及振入時間統(tǒng)計如圖5所示。

圖5 不同壁厚護(hù)筒進(jìn)尺速率及沉樁時間統(tǒng)計

由圖5可知，沉樁至20m入土深度時，6～12mm不同壁厚護(hù)筒終錘進(jìn)尺速率分別為0.24，0.53，0.76，0.82cm/min，總振入時間分別為18.1，15.5，12.2，11.3min。相同樁徑時，壁厚6～10mm，進(jìn)尺速率程明顯遞增、總振入時間明顯遞減，而10mm壁厚和12mm壁厚護(hù)筒進(jìn)尺速率和總振入時間差異并不顯著。

2.3 不同直徑護(hù)筒終錘進(jìn)尺速率統(tǒng)計

對項目1 350，1 150，950mm各100根鋼護(hù)筒的終錘進(jìn)尺速率進(jìn)行統(tǒng)計以及終錘進(jìn)尺速率進(jìn)行概率分布測算，以滿足95%保證率的終錘進(jìn)尺速率值作為不同直徑護(hù)筒終錘標(biāo)準(zhǔn)，終錘進(jìn)尺速率和概率分布如圖6所示。

圖6 不同直徑護(hù)筒終錘進(jìn)尺速率和概率分布

上述各直徑均100根樁護(hù)筒的終錘進(jìn)尺速率平均值為0.97，0.78，0.64cm/min，隨著樁徑增加，其終錘進(jìn)尺速率的平均值呈明顯遞增趨勢。不同直徑100根護(hù)筒滿足95%保證率的終錘進(jìn)尺速率分別為0.74，0.56，0.39cm/min，上述值作為各自樁徑的終錘控制標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)護(hù)筒沉施工均無再發(fā)生樁尖卷邊的情況。

3 結(jié)語

1)對于老港改造的既有護(hù)岸，灌注樁施工可采用單護(hù)筒，而對厚度為3.3m、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為12.5～16.7MPa的既有護(hù)岸，1 350，1 150，950mm直徑的護(hù)筒均能在100s內(nèi)穿透。

2)相同樁徑的鋼護(hù)筒，壁厚6，8，10mm時穿透能力持續(xù)遞增，而壁厚12mm鋼護(hù)筒的穿透能力與10mm相比并無明顯增加，因此從穿透性能及造價考慮10mm壁厚為性價比最優(yōu)。

3)為避免發(fā)生卷邊現(xiàn)象，帶既有護(hù)岸結(jié)構(gòu)的深厚砂層地質(zhì)情況下，1 350，1 150，950mm樁徑護(hù)筒進(jìn)尺的終錘標(biāo)準(zhǔn)可為：0.74，0.56，0.39cm/min。