水下擠密砂樁施工質(zhì)量控制

覃桂初

摘 要：水下擠密砂樁加固軟土地基技術(shù)加固效果明顯，可以快速提高地基承載力。文中結(jié)合某油田人工島體建設(shè)工程人工島的施工，對(duì)水下擠密砂樁打設(shè)的施工工藝和施工質(zhì)量控制等方面進(jìn)行總結(jié)和分析，以便更好地發(fā)揮水下擠密砂樁技術(shù)在類似工程中的重要作用。

關(guān)鍵詞：人工島 水下擠密砂樁 施工質(zhì)量控制

工程概況

某油田人工島體建設(shè)工程位于渤海遼東灣海域，工程包括三座人工島，工程所處海域地基以淤泥和粘土層為主，其中B島的淤泥和粉質(zhì)粘土層的厚度分別為8.6m、6.0m ，C島分別為5.1m、6.0m ，D島分別為9.3m、10.5m。因地基基礎(chǔ)較差，必須對(duì)靠泊體板樁周邊的地基進(jìn)行改良。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，靠泊體周邊地基處理采用擠密砂樁置換，進(jìn)行軟基處理。其中B島處理面積為：266.5×23.6m2，共5448根；C島處理面積為：208.1×23.6m2，共5016根；D島處理面積為：217.7×23.6m2，共5256根；砂樁樁徑600mm，間距1000mm，成正方形布置，擠密砂樁結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。砂樁工程量見表1，砂樁施工主要設(shè)備配備見表2。

其主要的施工流程為：測(cè)繪布設(shè)樁位平面圖——施工船機(jī)設(shè)備展布就位（砂樁船在測(cè)量指揮下拋錨就位，運(yùn)砂船、灌砂裝置就位）——移動(dòng)多功能樁機(jī)，將插管對(duì)準(zhǔn)孔位（拉緊提升杠桿，關(guān)閉插管下端的活瓣，檢查砂質(zhì)，復(fù)合樁位）?！虏遄猿林猎瓟偯妫▔褐谱』畎觊_口，松開拉桿）。啟動(dòng)振動(dòng)裝置，打插至設(shè)計(jì)深度，留振20秒——啟動(dòng)灌砂裝置即可進(jìn)行灌砂作業(yè)（核實(shí)樁深，砂量）——啟動(dòng)振動(dòng)裝置，緩緩拔管（插管下端的活瓣在重砂垂壓下便自動(dòng)打開，形成砂樁。）——孔口處留振20秒——沉樁結(jié)束（并做好施工記錄）——測(cè)量指揮移位至下一個(gè)樁孔——進(jìn)行第二次作業(yè)流程。

施工工藝

1、施工定位

根據(jù)人工島建設(shè)施工圖設(shè)計(jì)文件的具體要求，布設(shè)樁的位置、樁的間距和樁的具體分布形式；樁位平面位置偏差：20cm。關(guān)于船體的定位，船體定位對(duì)施工質(zhì)量有直接影響。首先確定岸上參考坐標(biāo)，在坐標(biāo)上裝置好GPS 接收機(jī)，將平面圖的坐標(biāo)點(diǎn)與船舶空間控制點(diǎn)依次輸入電腦，進(jìn)行準(zhǔn)確就位，其中一定要按照船體施工的空間劃分船位，船舶位置的改變應(yīng)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。GPS 定位系統(tǒng)可以實(shí)行整船定位，適合全天候施工，所以砂樁施工質(zhì)量能得到很好的保證。關(guān)于打樁機(jī)械定位，打樁機(jī)定位為機(jī)械定位，精度控制在1cm以內(nèi)。施工前先要結(jié)合支柱間距和布置形式將總排數(shù)和排支數(shù)進(jìn)行具體劃分出來；再進(jìn)行縱向定位，其中采取移動(dòng)打樁機(jī)大平臺(tái)；再次實(shí)施橫向單支定位，采取移動(dòng)小車平臺(tái)。沉樁時(shí)電腦顯示屏中跟蹤實(shí)際樁位偏差，控制樁平面位置用絞動(dòng)錨纜；樁管垂直度采用測(cè)斜儀進(jìn)行測(cè)量，控制樁管垂直度以保證沉樁質(zhì)量，在砂樁船施工時(shí)通過調(diào)整壓倉(cāng)水平衡船體可以，保證樁管垂直度偏差在允許偏差以內(nèi)。

2、套管的沉樁

其中沉樁一般在海上作業(yè)很容易受天氣劇烈的影響，因此要求所用采用的設(shè)備抗風(fēng)浪性能一定要高，保證施工進(jìn)度。在打設(shè)機(jī)械時(shí)用門架式的立柱結(jié)構(gòu)，有效提高左右搖擺時(shí)的穩(wěn)定性。在門架后座上設(shè)置可垂直調(diào)節(jié)螺桿，補(bǔ)償因打樁機(jī)械移動(dòng)引起的船體傾斜。活瓣式自動(dòng)回位樁頭設(shè)置在套管樁端部，沉樁過程中其可以自動(dòng)進(jìn)行閉合，管內(nèi)砂在自重作用下可以自動(dòng)開啟以便拔樁過程的順利進(jìn)行，有效地阻止淤泥的進(jìn)入。沉管施工過程中，將砂樁管打至需要加固地基設(shè)定的高程，一般采用振動(dòng)的方式進(jìn)行。大型振動(dòng)錘振動(dòng)沉管施工對(duì)象一般為深水大直徑砂樁，可使砂樁管及周邊土體處于強(qiáng)迫振動(dòng)狀態(tài)，從而使樁尖處土體抗力與管周土體摩阻力降低，樁管在振動(dòng)力的作用下和自重作用下克服土體阻力逐漸沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高處。

3、灌砂

砂樁船一般用干法灌砂，首先將沉管降到設(shè)計(jì)的高程，再集中進(jìn)行灌砂過程。砂樁上料斗提升時(shí)過程中，一定要保證和拔管同步，可采用邊灌砂和邊拔管施工工藝，以提高砂樁施工的效率，為了砂樁的施工密實(shí)度，施工工程中一定要保證管內(nèi)砂面高于樁尖6 m。關(guān)于短樁可以采用一次沉管到設(shè)計(jì)高程，然后再進(jìn)行集中灌砂的施工工藝；當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)高后，套管可以用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升上料斗至砂樁管口處進(jìn)行下料的工藝步驟。在上料斗側(cè)面設(shè)置附壁式振搗器，在下料時(shí)務(wù)必要開啟振搗器，以便于下料過程的順利進(jìn)行。根據(jù)砂樁設(shè)計(jì)要求的灌砂量，進(jìn)而確定計(jì)算需灌入的總砂量，再根據(jù)實(shí)際的進(jìn)砂量進(jìn)行合理調(diào)整；施工過程中的具體拔管速度必須要小于2.0m/min。；含砂樁用砂需采用中粗砂，泥量不得大于5%；如按現(xiàn)場(chǎng)試打確定的灌砂率，樁頂高程未達(dá)到設(shè)計(jì)高程，需要調(diào)整每米的灌砂量，施工前應(yīng)該對(duì)計(jì)量料斗具體指標(biāo)進(jìn)行校核。

4、振動(dòng)拔樁

拔管前和灌砂后應(yīng)仔細(xì)地檢查蝶形樁尖活頁(yè)牽引鋼纜質(zhì)量，拔管時(shí)在孔底一定要留振20s，然后拔起50cm-100cm，再次留振20秒 使活頁(yè)打開，為了均勻地振動(dòng)拔管要采用邊拔邊振的方式進(jìn)行施工，拔管速度一般為2m/min，同時(shí)砂樁管每拔2 m，檢測(cè)一次管內(nèi)砂面的標(biāo)高，以便較好地進(jìn)行控制砂樁連續(xù)性與均勻性；當(dāng)砂樁管尖離砂墊層頂面約2 m后一定要留振20秒，以保證砂樁頂部密實(shí)度。砂樁施工中：不允許中斷、脫節(jié)、縮徑、陷口，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在砂樁管拔出砂墊層頂面前，一定要保證砂墊層和砂樁樁頂相連，同時(shí)必須檢測(cè)管內(nèi)砂面高程。

施工質(zhì)量控制

1、樁位控制與樁身垂直度控制

沉樁前應(yīng)進(jìn)行試打根據(jù)水流、風(fēng)速、船型等條件確定樁的具體參數(shù)，然后準(zhǔn)確地定位樁位。在施工前一定要對(duì)測(cè)量定位系統(tǒng)進(jìn)行比測(cè)。下樁前調(diào)整砂樁管的抱樁器；調(diào)整船舶的壓艙水以確保船體水平。

2、樁灌砂量的控制與樁尖高程

進(jìn)行沉管施工時(shí)用的振動(dòng)錘應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)條件、樁長(zhǎng)、樁徑進(jìn)行試驗(yàn)確定，選擇錘型以確保沉管施工過程的順利進(jìn)行。在沉設(shè)過程中砂樁管處于密封狀態(tài)，可在砂樁管適當(dāng)位置設(shè)置小孔消除浮力作用，便于沉樁，確保樁尖順利進(jìn)入設(shè)計(jì)高程。砂樁管沉設(shè)過程中必須確保樁管底部的活頁(yè)關(guān)閉防止淤泥進(jìn)入樁管影響砂樁樁尖的高程。沉樁過程中，當(dāng)樁尖接近設(shè)計(jì)樁底高程時(shí)，停止下沉留振20秒即可停錘。當(dāng)設(shè)計(jì)樁尖土層頂面高程發(fā)生異常，如樁底高程和設(shè)計(jì)高程不等，按設(shè)計(jì)要求留振時(shí)間，其下沉量小于30cm/min，即可停錘。采用從樁管頂口下放測(cè)繩的方法進(jìn)行檢測(cè)，檢查砂樁管底是否進(jìn)泥。進(jìn)行灌砂過程中保證樁管底部無泥；若樁管內(nèi)存有淤泥就地拔起砂樁管，排除施工故障后才能重新進(jìn)行施工。

砂樁施工前應(yīng)試打后，進(jìn)行合理調(diào)整，確定砂樁施工現(xiàn)場(chǎng)的用砂量。砂樁管振沉后，按試打結(jié)果確定每延米的灌砂量。嚴(yán)格控制灌砂量計(jì)量的精度，確保砂樁用砂量滿足設(shè)計(jì)要求。為保證砂樁的有效高度，灌砂量要保證有一定富余量。

3、樁管施工時(shí)的速度控制

樁管沉至滿足加固深度，按設(shè)計(jì)確定的用砂量灌砂施工。樁管起拔前河砂量到位后要振動(dòng)20 秒，并且保證以2m/min的速度均勻進(jìn)行提升。當(dāng)起拔至樁頂高程時(shí)暫緩提升樁管，再留振20s，確保樁頂?shù)纳皹睹軐?shí)后再往上提升。

結(jié) 語(yǔ)

水下擠密砂樁的施工水平已可以施工成樁直徑1.6m-2m，最大置換率近70%。水下擠密砂樁施工工藝在某人工島地基加固處理施工中得到了全面實(shí)施，取得良好的處理效果。人工島采用水下擠密砂樁對(duì)地基加固的實(shí)踐表明，水下擠密砂樁有效地防止砂土的液化，起到置換和排水的作用，并且經(jīng)濟(jì)成本低等，在水上建設(shè)工程中具有廣泛的發(fā)展前景。

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（作者單位：廣東國(guó)信工程監(jiān)理有限公司）