水泥攪拌樁機(jī)引孔沉樁在老護(hù)岸加固工程中的應(yīng)用

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(yùn)作為資源節(jié)約型的綠色運(yùn)輸方式，具有能耗省、運(yùn)量大、對(duì)環(huán)境影響小、成本低等特點(diǎn)，在多式聯(lián)運(yùn)中越來(lái)越受重視。近二十年來(lái)，內(nèi)河航運(yùn)事業(yè)得到大力發(fā)展，原有航道等級(jí)逐漸不滿足要求，需要對(duì)航道進(jìn)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(duì)原有老護(hù)岸進(jìn)行加固，確保航道加深整治穩(wěn)定。在加固中經(jīng)常采用預(yù)制樁，如何在城區(qū)段沉樁施工值得思考。本文結(jié)合鹽河航道整治工程連云港市灌南城區(qū)段施工實(shí)例，就水泥攪拌樁機(jī)引孔沉樁在航道整治老護(hù)岸加固工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

1 老護(hù)岸加固方案

設(shè)計(jì)方案為在現(xiàn)有漿砌塊石老護(hù)岸外側(cè)打入300 mm×300 mm方樁，樁長(zhǎng)9.0 m，樁中心間距0.7 m；采用整體鋼模板插入樁外側(cè)，連同樁一并澆筑C25水下砼(即：將樁包裹在水下砼內(nèi))，最后澆筑帽梁及貼面砼。板塊劃分與老駁岸相同，長(zhǎng)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(zhì)粘土、砂質(zhì)粉土、夾雜砂、石子等)。

2 引孔沉樁方案的提出

2.1 預(yù)制方樁直接沉樁樁機(jī)的選擇

目前，在預(yù)制樁沉樁施工中，落錘、氣動(dòng)樁錘、柴油樁錘、電動(dòng)振動(dòng)樁錘、靜壓樁機(jī)和液壓振動(dòng)樁錘等樁基施工機(jī)械得到了廣泛應(yīng)用。但是，隨著現(xiàn)代城市對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求日趨嚴(yán)格，對(duì)沉樁噪音、振動(dòng)、擠土等監(jiān)控、檢測(cè)和防護(hù)措施的要求提高。柴油錘和電動(dòng)樁錘由于噪音大、振感強(qiáng)烈，它們?cè)诔擎?zhèn)地區(qū)的使用受到了越來(lái)越嚴(yán)格的限制，不適合鹽河航道整治工程灌南城區(qū)段預(yù)制方樁沉樁施工。與此同時(shí)，無(wú)環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題的靜壓沉樁，存在設(shè)備笨重且造價(jià)高、適用地質(zhì)條件單一及擠土環(huán)境效應(yīng)等缺陷，因該處預(yù)制方樁處于護(hù)岸岸邊，其陸上沉樁方案，存在老護(hù)岸結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足樁機(jī)承載力的問(wèn)題；在水上沉樁施工也因樁機(jī)笨重，存在岸邊水深不滿足船舶吃水要求等問(wèn)題，故無(wú)法采用靜壓沉樁方案。為解決該段城區(qū)老護(hù)岸加固預(yù)制方樁沉樁施工的環(huán)境影響問(wèn)題，經(jīng)綜合比較，決定采用噪音相對(duì)較小、振感相對(duì)較弱的高頻液壓振動(dòng)沉樁技術(shù)(一般安裝在挖掘機(jī)或吊機(jī)上)進(jìn)行試樁。由于挖掘機(jī)施工成本較低，且自身重量輕，移動(dòng)方便，同時(shí)對(duì)場(chǎng)地要求低，故與之配合的該高頻液壓振動(dòng)沉樁廣泛適用于中短預(yù)制樁、鋼板樁沉樁。

2.2 高頻液壓振動(dòng)打樁機(jī)沉樁原理

該振動(dòng)沉樁機(jī)由振動(dòng)器、夾樁器、傳動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)等組成。作業(yè)時(shí)，將沉樁機(jī)安裝在挖掘機(jī)上，用夾樁器夾住樁頂，進(jìn)行振動(dòng)沉樁。振動(dòng)打樁機(jī)施工原理是利用其高頻振動(dòng)，以高加速度振動(dòng)樁身，將機(jī)械產(chǎn)生的垂直振動(dòng)傳給樁體，導(dǎo)致樁周圍的土體結(jié)構(gòu)因振動(dòng)發(fā)生變化，強(qiáng)度降低，樁身周圍土體液化，減少樁側(cè)與土體的摩擦阻力，然后以挖掘機(jī)下壓力、振動(dòng)沉拔錘與樁身自重將樁沉入土中。拔樁時(shí)，在一邊振動(dòng)的情況下，以挖機(jī)上提力將樁拔起。打樁機(jī)械所需要的激振力根據(jù)場(chǎng)地土層、土質(zhì)、含水量及樁的種類、構(gòu)造等綜合確定。

2.3 高頻液壓振動(dòng)打樁機(jī)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(zhì)量安全控制要點(diǎn)

(1) 振動(dòng)打樁機(jī)操作人員必須熟悉該設(shè)備構(gòu)造、性能及操作要領(lǐng)，能夠合理選擇激振力，熟練、安全地操作機(jī)械。

(2) 振動(dòng)試沉樁前，各工作人員之間應(yīng)再次互對(duì)操作信號(hào)，并將其他無(wú)關(guān)人員清理出現(xiàn)場(chǎng)。

(3) 在吊樁前，務(wù)必再次認(rèn)真對(duì)成品樁進(jìn)行檢驗(yàn)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(zhì)量問(wèn)題的不合格樁在振動(dòng)沉樁過(guò)程中發(fā)生崩塌等安全事故，或振動(dòng)作用下樁的質(zhì)量問(wèn)題加重，影響其受力性能。

(4) 吊樁時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守安全技術(shù)操作規(guī)程，經(jīng)試驗(yàn)吊樁穩(wěn)固后，方可完全起吊。

(5) 樁吊裝完畢后，應(yīng)調(diào)正機(jī)械，先使樁尖位置與樁位一致；同時(shí)，測(cè)量、檢查樁身的垂直度，通過(guò)移動(dòng)挖掘機(jī)及調(diào)整機(jī)械臂，使樁身垂直度符合要求，并基本能確保沉樁過(guò)程樁身豎直度符合要求。

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

2.4 引孔沉樁方案的提出

試樁時(shí)，樁進(jìn)入持力層后，因持力層土層條件較好(夾雜砂、石)，振動(dòng)感仍然較大，且因存在4～6 m 淤泥層，振動(dòng)傳遞范圍也較遠(yuǎn)。當(dāng)然，與鹽河航道整治城區(qū)外的新護(hù)岸柴油樁錘沉樁相比，高頻液壓振動(dòng)打樁機(jī)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(hù)岸離居民房屋較近(普遍10～15 m遠(yuǎn))，且居民房屋基礎(chǔ)較為薄弱(大部分無(wú)樁基礎(chǔ)，以低矮房屋居多)，在試沉第三根樁時(shí)，遇到周圍居民阻工，高頻振動(dòng)沉樁方案難以繼續(xù)實(shí)施。

經(jīng)調(diào)查研究，城市預(yù)制樁基靜壓沉樁穿越砂層類土層施工困難時(shí)，常采用引孔的方法來(lái)處理[2]。為此，技術(shù)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(jī)械選擇

經(jīng)市場(chǎng)調(diào)查，引孔施工機(jī)械主要有旋挖鉆機(jī)和螺旋鉆機(jī)，其中，螺旋鉆機(jī)引孔應(yīng)用最為常見(jiàn)，但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，旋挖鉆機(jī)和螺旋鉆機(jī)并不適合鹽河航道整治工程灌南城區(qū)段預(yù)制方樁沉樁施工：一是兩者均采用樁位原位鉆孔取土來(lái)減少沉樁阻力，存在取土效應(yīng)，對(duì)抗滑樁的受力造成一定程度的影響；二是兩機(jī)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(yù)制方樁截面較小，難以找到比其更小的鉆頭；四是兩預(yù)鉆孔機(jī)作業(yè)成本較高。因此，提出了使用水泥攪拌樁機(jī)進(jìn)行預(yù)鉆孔，然后再用輕型錘擊樁機(jī)進(jìn)行試沉樁的方案。

3.2 水泥攪拌樁機(jī)引孔沉樁的可行性分析

(1) 傳統(tǒng)的旋挖鉆機(jī)引孔、螺旋鉆機(jī)引孔采用樁位原位對(duì)淺層土進(jìn)行鉆孔取土，減少施工階段樁身上部對(duì)淺層土的擠密效應(yīng)，從而減少沉樁時(shí)淺層土對(duì)樁的側(cè)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(jī)進(jìn)行預(yù)鉆孔，將樁身土攪松，減少土對(duì)樁的側(cè)向阻力。

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

(3) 因樁長(zhǎng)較短(樁長(zhǎng)9.0 m，實(shí)際插入土中6.6 m)，其水泥攪拌樁機(jī)鉆孔、空攪動(dòng)力均能滿足要求。

(4) 水泥攪拌樁機(jī)預(yù)鉆孔成本較低。

綜上，水泥攪拌樁機(jī)預(yù)鉆孔試沉樁是可行的。

4 水泥攪拌樁機(jī)引孔沉樁施工方法及質(zhì)量控制

4.1 放線定樁位

由測(cè)量技術(shù)人員放樁位、控制樁、水準(zhǔn)點(diǎn)等控制點(diǎn)，每個(gè)樁位用油漆在老護(hù)岸頂標(biāo)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(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，施工中每天對(duì)其高程進(jìn)行復(fù)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(jī)就位→鉆頭位置校核和鉆桿垂直度調(diào)整→鉆孔→檢查質(zhì)量(定時(shí)檢查校核和調(diào)整鉆桿垂直度)→鉆桿泥土清理→移鉆孔機(jī)→錘擊樁機(jī)移位沉樁。[1]

4.3 引孔及試沉樁主要工序控制要點(diǎn)

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(yù)鉆孔直徑采用比方樁邊長(zhǎng)略小5 cm的直徑。

4.3.2 鉆孔

調(diào)直機(jī)架挺桿，對(duì)好樁位，調(diào)整鉆孔樁機(jī)及鉆桿垂直度，開(kāi)動(dòng)機(jī)器鉆進(jìn)，達(dá)到控制深度后停鉆、提鉆。

4.3.3 預(yù)鉆孔過(guò)程控制

鉆孔深度以沉樁底高程以上約200 mm為宜，嚴(yán)格控制鉆孔深度，嚴(yán)禁超鉆，同時(shí)，隨時(shí)檢查控制鉆桿垂直度，尤其是在鉆進(jìn)遇有含石子較多的土層或含水量較大的軟塑粘土層時(shí)，必須防止軟塑粘土抱鉆或鉆桿晃動(dòng)引起的鉆孔垂直度偏差。經(jīng)過(guò)成孔檢查后，應(yīng)做好樁孔施工記錄。

4.3.4 吊樁沉樁

(1) 吊樁前再次對(duì)成品樁進(jìn)行檢驗(yàn)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(zhì)量問(wèn)題的不合格樁，應(yīng)嚴(yán)禁使用并清理出場(chǎng)。

(2) 吊樁時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守安全技術(shù)操作規(guī)程，防止打樁機(jī)傾斜、鋼絲繩從樁上脫落或破斷、樁和打樁機(jī)撞擊及其它人身事故的發(fā)生。樁吊裝完畢后應(yīng)調(diào)正樁架，使樁架與方樁向成一直線，同時(shí)測(cè)量、檢查和調(diào)整樁尖位置和樁身的垂直度，確保樁的位置和樁身、樁機(jī)塔身垂直度符合設(shè)計(jì)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(zhuǎn)入正式沉樁環(huán)節(jié)，同時(shí)，隨時(shí)檢查控制樁垂直度。

圖2 預(yù)鉆孔與水上吊樁、沉樁

圖3 沉樁效果

4.4 質(zhì)量控制

4.4.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1) 預(yù)鉆孔與沉樁采用跳打方式，即先進(jìn)行編號(hào)為奇數(shù)(1#、3#、5#、7#…)的預(yù)鉆孔沉樁，再進(jìn)行編號(hào)為偶數(shù)(2#、4#、6#、8#…)的預(yù)鉆孔沉樁，以此類推。對(duì)于同一樁位，預(yù)鉆孔與沉樁時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，防止時(shí)間過(guò)長(zhǎng)沉樁困難。同時(shí)，相鄰兩樁不能同時(shí)有孔無(wú)樁，防止對(duì)周圍建筑造成影響。

(2) 引孔垂直度控制：鉆孔樁機(jī)就位時(shí)，根據(jù)鉆塔兩個(gè)方向采用經(jīng)緯儀控制或吊線測(cè)量控制，調(diào)整樁機(jī)鉆桿垂直度，垂直度偏差不得超過(guò)1%，若出現(xiàn)鉆桿(鉆塔)傾斜情況，應(yīng)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(diǎn)，結(jié)合施工場(chǎng)地高程及鉆桿長(zhǎng)度，計(jì)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(zhǎng)在機(jī)架上分別作好標(biāo)記，樁底高程應(yīng)高出沉樁設(shè)計(jì)高程200 mm以上為宜[4]。

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

4.4.2 預(yù)鉆孔沉樁質(zhì)量檢驗(yàn)

為保障預(yù)鉆孔沉樁的安全性，還應(yīng)對(duì)沉樁質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，具體檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 預(yù)鉆孔樁質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

5 預(yù)鉆孔沉樁試驗(yàn)效果

5.1 老護(hù)岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

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

5.2 預(yù)鉆孔進(jìn)行順利

在預(yù)鉆孔施工過(guò)程中，水泥攪拌樁機(jī)負(fù)荷始終滿足要求，未出現(xiàn)預(yù)鉆孔超負(fù)荷鉆進(jìn)情況。

5.3 施工噪音小，振動(dòng)力顯著減小

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

5.4 引孔對(duì)樁承載力基本無(wú)影響

為試驗(yàn)引孔對(duì)樁承載力的影響，在試沉樁24小時(shí)后，用高頻振動(dòng)樁機(jī)進(jìn)行拔樁試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)難以上拔且振動(dòng)力較大，說(shuō)明此預(yù)鉆孔對(duì)持力層攪動(dòng)土影響較小，土壤重新固結(jié)速度快且效果好，證明引孔對(duì)樁的承載能力基本無(wú)影響。

因此，水泥攪拌機(jī)作為引孔機(jī)械進(jìn)行預(yù)鉆孔沉樁試驗(yàn)取得了成功。

6 結(jié)束語(yǔ)

水泥攪拌樁機(jī)用作預(yù)鉆孔引孔機(jī)械，具有施工安全可靠、操作簡(jiǎn)便易行、人員機(jī)械設(shè)備投入少、施工噪音小、振動(dòng)感低、施工成本低和對(duì)場(chǎng)地要求低、對(duì)樁承載力影響小等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)航道整治工程中靠近結(jié)構(gòu)物的預(yù)制樁沉樁預(yù)鉆孔引孔不失為一種簡(jiǎn)便、低廉的處理方案，可為類似的工程施工提供參考。