鋼筋混凝土大管樁鋼管組合樁沉樁施工效果分析

（福建省港口工程有限公司，福建 福州 350001）

在現(xiàn)代建筑工程施工中，地基加固方法與措施比較多。為了解決填方區(qū)現(xiàn)有建筑基礎不均勻沉降導致建筑結構產生的變形，消除安全隱患，應該采用經濟、快捷、安全的處理方案。混凝土和鋼管組合樁，是在人孔成孔灌注樁基礎上發(fā)展的，為了適應巖層裂隙復雜度要求，在打設鋼管后，采用注漿鋼管樁地基加固措施?；炷梁弯摴芙Y合體，就是混凝土鋼管組合樁。混凝土鋼管組合樁具有施工振動小、噪聲小、設備簡單、施工方便快速以及發(fā)揮作用快等優(yōu)點，對低劑不均勻沉降問題可以有效解決，在有濕陷性土體的區(qū)域建筑工程具有較好的應用效果。該文主要是圍繞鋼筋混凝土大管樁鋼管組合樁沉樁施工效果展開討論，結合實際工程與建設經驗，分析施工技術要點。

1 工程概況

該工程新建1個5萬噸級通用泊位，由1座碼頭平臺及2座棧橋組成。碼頭年貨物吞吐量合計為200萬t，設計年通過能力230萬t，位于寧德地區(qū)福安市灣塢鄉(xiāng)半嶼村西側，半嶼陸島交通碼頭下游。

1.1 樁基布置概況

碼頭平臺長270 m，寬28 m，采用高樁梁板式結構，排架間距10 m。樁基主要采用組合樁，持力層為含卵石粉質黏土。上部結構主要由靠船構件、樁帽、橫梁、軌道梁、縱梁及疊合面板等組成。組合樁上節(jié)采用D1200B322的大管樁，下節(jié)采用直徑950 mm的鋼管樁，共174根[1]。碼頭結構圖如圖1所示。

1.2 棧橋結構

棧橋總長256 m，寬12 m，采用高樁梁板式結構，排架間距10 m。樁基主要采用組合樁，持力層為含卵石粉質黏土。上部結構主要由樁帽、橫梁、預制空心板和現(xiàn)澆面層等組成。組合樁結構同碼頭樁基，共26根。棧橋結構圖如圖2所示。

1.3 工程地質概況

根據(jù)鉆孔資料顯示，碼頭、棧橋區(qū)土層自上而下，分別為淤泥、粉質黏土、卵石、含卵石粉質黏土、碎塊狀強風化花崗巖、中風化花崗巖，其中淤泥層厚為21 m～33 m，卵石層層厚為2.10 m～17.60 m（土層呈淺灰、灰黃色，卵石巖性主要為凝灰熔巖，呈中風化狀，卵石含量約占50%～60%，粒徑一般為30 mm～60 mm，個別粒徑可以達到120 mm，卵石呈次圓狀，級配較差，泥砂充填，膠結較差，局部卵石含量較少均勻性較差，沖洪積成因。稍密-中密，飽和）。且卵石層底下存有含卵石粉質黏土，揭示層厚4.60 m～15.40 m，場地上部軟弱土層厚度較大，工程地質條件較差。

2 設計要求

2.1 沉樁控制標準

沉樁控制須符合設計要求。該工程預制樁應采用不小于D-128樁錘二檔施打。沉樁控制標準如下：對于預制樁沉樁，必須參考貫入度。當樁端沒有到達設計標高，應當持續(xù)錘擊，直至貫入水平達標，同時確保平均貫入度小于控制貫入度。樁端標高大于設計標高時，應當聯(lián)合設計部門進行研究，協(xié)商解決辦法。

2.2 樁基檢測要求

直徑1 200 mm大管樁低應變檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的20%，且不少于10根；高應變檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的5%，且不得少于5根；考慮碼頭平臺大管樁和棧橋大管樁統(tǒng)一考慮基樁動測。具體可根據(jù)實際沉樁情況和高應變動力測試結果進行調整[2]。碼頭平臺樁基極限承載力：Φ1 200 mm大管樁樁基極限承載力標準值不小于9 000 KN；棧橋樁基極限承載力：Φ1 200 mm大管樁樁基極限承載力標準值不小于7 100 kN。

3 施工總體部署

根據(jù)施工圖紙，該工程碼頭和棧橋組合樁共計200根，根據(jù)施工進度的整體安排，在沉樁施工時，投入1艘打樁船（閩樁3）；大管樁為采購成品組合樁，大管樁和鋼管樁在專業(yè)預制廠拼接好后運輸至施工現(xiàn)場，考慮采購廠家與施工地點距離及組合樁施打的連續(xù)性，投入2艘運輸船，以滿足沉樁施工要求。沉樁施工先進行2#棧橋組合樁施打，由陸側向海側施工；2#棧橋完成后進行1#棧橋組合樁施工，由陸側向海側施工；最后進行碼頭組合樁施工，由碼頭上游向下游施工。

4 沉樁控制及成果

4.1 定位控制打樁船

在應用打樁船時，順流拋下八字錨，前后穿心錨共設置8根錨纜，同時懸掛8根海軍錨（4.956 t～5.982 t）。纜線直徑為36 mm，長度為300 m。借助起錨艇，布設錨纜。在沉樁操作時，按照潮位變化，對錨纜長度進行調整。

按照“閩樁3”打樁錨纜拋設，在后方護岸位置，設置地錨4個。與1#棧橋距離10 m、與2#棧橋距離60 m位置，分別設置2個地錨，地錨長度和寬度都為2.4 m，埋設深度為5 m。地錨最底部設置2道［18的槽鋼對焊，2道槽鋼上面鋪設600 mm間距的［18槽鋼，槽鋼上部回填塊石，φ36鋼絲繩系綁在底部槽鋼上并引至地面，用20 t卸扣與打樁船纜繩鏈接[3]。地錨受力驗算：根據(jù)“閩樁3”錨機技術參數(shù)工作拉力F=20 T，水平角取30 °。

地錨自重力

G=pV=2.5×2.4×2.4×5=72 t（回填塊石堆積密度取2.5 t）。

圖1 碼頭結構圖

根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ 94—2008打樁船系纜所需地錨重力 [G]=KPL/b=1.4×20×（√1.22+52）/1.2=64.7t式中：K為分項系數(shù)，取值1.4。P為系纜繩拉力。L為地錨頂部中心至地錨底部邊界的距離。b為地錨中心至地錨邊界的距離。經計算，G≥[G]，滿足要求。

4.2 沉樁定位控制

樁基工程測量定位主要采用2種方法：海上GPS 打樁定位和全站儀交會定位校核。第一種方法具有定位時間短、使用方便、不受天氣及光線影響等優(yōu)勢作、為了首先定位方法，第二種方法在GPS 出現(xiàn)故障或衛(wèi)星信號不佳時作為校核方案。為了便于岸上全站儀復核，建立碼頭施工坐標系：以碼頭前沿線端點B為原點，碼頭前沿線為橫軸E，與碼頭前沿線正交的方向為縱軸N，建立右手坐標系。為施工計算中不出現(xiàn)負值，將原點往陸域方向平移1 000 m，往9#泊位方向平移1 000 m。沉樁控制時擬采用2臺全站儀前交。在后視時，對視點坐標、高程、距離等進行反測，同時檢查控制點點位是否存在異常，例如位移、沉降等。在施工操作時，還應當對切線方位角進行再次復核，確保計算無誤差，將樁身偏位控制在標準范圍內。

4.3 控制貫入度

針對預制沉樁，應當按照貫入度、標高控制，明確停錘標準，同時應用D138樁錘開展沉樁操作，控制方法如下：1）鋼管樁樁尖滿足設計標高，每錘擊一次，貫入度小于5 mm，此時可以停止錘擊；平均貫入度大于5 mm，停錘之后，開展大應變試驗，按照大應變試驗結果，對停錘標準進行調整。2）鋼管樁樁尖不滿足設計標高：二者差值小于2 m，每錘擊一次，貫入度小于5 mm，此時可以停止錘擊；二者差值超過2 m，必須和設計單位做好溝通協(xié)商[4]。

4.4 沉樁及檢測結果

碼頭棧橋共沉樁200根，采用D138樁錘進行沉樁，通過沉樁施工記錄以及對比地質報告剖面圖發(fā)現(xiàn)，穿透此類卵石層，鋼管平均貫入度大概為8 mm/擊～12 mm/擊，混凝土管樁大概為3 mm/擊，沉樁錘擊數(shù)為600擊～1 800擊。高應變檢測10根，低應變檢測45根。檢測結果顯示碼頭樁基承載力均大于9 000 kN，棧橋樁基承載力均大于7 100 kN，樁基結構完整，均為Ⅰ類樁，滿足設計要求。

圖2 棧橋結構圖

4.5 施工注意事項

在漲潮、落潮時，隨著潮水漲落，適當?shù)厮删o纜繩，以此確保船位置不變，還可以避免個別錨纜受力過大。

在施工建設期間，必須全面參考地質勘察資料，對樁基入土程度進行分析。錘擊沉樁，詳細記錄沉樁過程，注重貫入度的變化，避免出現(xiàn)盲目施打和強行施打的現(xiàn)象，減少了超沉和斷樁問題。

仔細安放樁帽和樁墊層，在錘擊操作中，對錘墊進行修理和更換，以免樁頭壓力增加。樁帽必須夾著墊層，以此降低錘擊操作的振動，確保錘擊力均勻地分布在樁頭上。

嚴禁采用大能量錘擊施工法，當錘擊應力大于樁點混凝土抗壓強度、混凝土抗剪強度時，尤其試樁尖端進入硬土層，會減小貫入度，極易損傷樁頭和樁身。

控制點測量，采用三級驗收方式，對施工機械進行定期復核，避免由于沉降和位移所致定位影響。

對于順排架軸線方向，樁頂偏位必須小于10 cm。當偏位大于10 cm，小于15 cm時，不能超過直樁總數(shù)的10%。對于垂直排架軸線方向，樁頂偏位必須小于5 cm。針對斜樁來說，樁頂偏位控制在10 cm以內，樁縱軸線傾斜度偏差小于10 cm，當大于10 cm時，應該確保傾斜度偏度小于2%。

5 結論

該工程地質較為復雜，卵石層局部卵石含量較少，均勻性較差，卵石層中間有軟弱夾層（淤泥質土），設計要求樁基必須打穿卵石層，樁基持力層落在含卵石粉質黏土上，該工程施工難點在于確定樁基是否打穿卵石層，樁基持力層是否落在含卵石粉質黏土上。

該工程組合樁采用D138樁錘進行沉樁，通過沉樁施工記錄以及對比地質報告剖面圖發(fā)現(xiàn)，穿透此類卵石層，鋼管平均貫入度大概為8 mm/擊～12 mm/擊，混凝土管樁大概為3 mm/擊，沉樁錘擊數(shù)在600擊～1 800擊左右，混凝土管樁穿透卵石層較難，鋼管樁穿透卵石層比較容易；通過高應變及低應變檢測，樁基承載力及樁身完整性均滿足設計要求。目前《港口工程后張法預應力混凝土大管樁設計與施工規(guī)程》（JTS 167-6—2011）未對大管樁的總錘擊數(shù)給個合理范圍，根據(jù)該工程沉樁結果及樁基檢測數(shù)據(jù)，當大管樁采用D138樁錘進行沉樁時，總錘擊數(shù)建議控制在2 000擊以內，以保證樁身完整性。

通過該工程的沉樁施工，得出組合樁（上節(jié)采用D1200B32-2的大管樁，下節(jié)采用直徑950 mm的Q345鋼管樁，壁厚20 mm）在穿透卵石層地質時的施工可行性，通過應用該方案進行施工，并未出現(xiàn)施工質量不穩(wěn)定的問題，全面提升了工程施工質量，保證施工安全，盡量避免了由于施工質量隱患導致費用增加，今后對類似的工程施工具有一定的指導意義。