泰國海工工程群樁沉樁施工方法的研究與應(yīng)用

林志穎 姜海洋 中交二航局第三工程有限公司

1.工程概況

泰國和黃碼頭采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，碼頭總長為1700m，碼頭前后沿共6排樁，總計(jì)2057根鋼管樁，分別為外徑1200mm鋼管樁（分布于碼頭前后沿軌道梁），外徑1000mm鋼管樁（碼頭中間4排）。

2.鋼管樁的可打性分析

結(jié)合業(yè)主提供的少量地質(zhì)資料以及樁基設(shè)計(jì)最大承載力為5900kN，選用打樁船配備D180柴油錘（D138柴油錘備用）進(jìn)行沉樁，下文分析均選用D180柴油錘。

打樁分析主要根據(jù)業(yè)主提供的地勘資料和樁基高應(yīng)變動(dòng)測(cè)結(jié)果，采用GRLWEAP軟件對(duì)沉樁進(jìn)行打樁分析，其主要目的在于：（1）分析鋼管樁的可打性，選擇合適的試樁打樁設(shè)備（主要為樁錘）；（2）估算試樁的承載力，為試樁的動(dòng)力測(cè)試和靜載試驗(yàn)提供參考；（3）分析打樁過程中樁身應(yīng)力，防止試樁打樁過程中出現(xiàn)樁身損壞。

2.1 計(jì)算工況

選取軌道梁W排直樁進(jìn)行典型分析，該排樁設(shè)計(jì)承載力最大，其余類型樁基分析方法相同，計(jì)算工況如表1所示。

2.2 地層參考資料

如表1所示，對(duì)BH-B5孔位地層參數(shù)進(jìn)行分析取值。

（1）現(xiàn)場(chǎng)鉆孔地勘報(bào)告。BH-B5 孔（在樁位W 排處）剖面（0～30m）均為密實(shí)～非常密實(shí)砂層，16.0～17.0m處發(fā)現(xiàn)有卵石。標(biāo)貫N值普遍在50以上（非常密實(shí)砂），但在24～30m范圍內(nèi)，N值在30～50之間（密實(shí)砂）。

（2）現(xiàn)場(chǎng)靜力觸探報(bào)告。BH-B5孔靜力觸探的側(cè)壁摩阻力和錐尖阻力限制分別約為400kPa和25MPa，明顯高于砂層的極限側(cè)模和端阻。

（3）設(shè)計(jì)方提供的高應(yīng)變動(dòng)測(cè)報(bào)告。設(shè)計(jì)方提供有A27-W和A30-W兩根鋼管樁的高應(yīng)變動(dòng)測(cè)初打數(shù)據(jù)及復(fù)打數(shù)據(jù)，非常密實(shí)砂層的極限側(cè)模阻力約160kPa。估算極限端承阻力時(shí)，A27W（樁徑1.0m）的鋼管樁端阻閉塞效應(yīng)系數(shù)取0.3，A30W（樁徑1.2m）的鋼管樁樁端阻塞效應(yīng)系數(shù)取0.25，估算非常密實(shí)砂層的極限側(cè)模阻力約16000kPa。

2.3 地層參數(shù)

綜合分析BH～B5孔位地層資料，將土層主要分為5層，分別是（-10.2～-11.2m）密實(shí)砂層、（-11.2～-23.2m）非常致密砂層、（-23.2～-27.2m）密實(shí)砂層、（-27.2～-35.2m）非常密實(shí)黏土砂層、-35.2～-42.2m密實(shí)黏土砂層。各土層的極限側(cè)模阻力分別為0～10kPa、10～100kPa、80～100 kPa、120～180kPa、160kPa；端承阻力標(biāo)準(zhǔn)值分別為0～1000kPa、1500～16000kPa、10000～14000kPa、16000kPa、14000kPa。

2.4 GRLWEAP軟件參數(shù)設(shè)置

柴油錘最大打擊能量為610kJ，取3 檔時(shí)功效為89%，效率系數(shù)取0.5。各土層側(cè)阻、端阻結(jié)合工程資料確定。鋼管樁外徑1.0m樁端考慮20%樁端投影面積的端阻閉塞，外徑1.2m樁端考慮15%樁端投影封閉面積的端阻閉塞。側(cè)摩系數(shù)取0.8，端阻系數(shù)取1.0。

2.5 樁基可打性分析

通過GRLWEAP軟件進(jìn)行可打性分析，模擬沉樁總錘數(shù)為563，終錘（入土深度17.8m）貫入度為11.7mm/擊，最大壓應(yīng)力為204MPa，最大拉應(yīng)力為-46MPa，最終承載力6102kN，遠(yuǎn)小于極限承載力11800kN，故而入土深度不夠，還需對(duì)樁繼續(xù)錘擊增大入土深度。

表1 計(jì)算工況

2.6 增大入土深度及打樁分析及結(jié)論

結(jié)合上述可打性分析，W排樁基入土深度建議增大至31.8m，樁尖為-42m，由于樁極限承載力較大，柴油錘使用4檔（100%）沉樁，入土深度增大后打樁分析結(jié)果如下：模擬沉樁總錘數(shù)為2650，終錘（入土深度31.8m）貫入度為3.2mm/擊，最大壓應(yīng)力為228MPa，最大拉應(yīng)力為-67MPa，最終極限承載力為12365kN。經(jīng)打樁分析，各種工況下，終錘貫入度均大于3mm/擊，沉樁過程中樁身最大應(yīng)力均不超過樁身許用應(yīng)力，因此采用D180柴油錘均可打。

3.鋼管樁沉樁施工

3.1 試樁

結(jié)合地層參考資料及可打性分析，本工程鋼管樁樁端基本都在砂層或致密砂層中。樁基的承載力由樁身摩擦力及樁端承載力組成。結(jié)合打樁船施工特性，選取典型堪孔范圍內(nèi)的工程樁基進(jìn)行試樁作業(yè)，進(jìn)而收集各種類型樁基沉樁記錄、高應(yīng)變動(dòng)測(cè)報(bào)告以及靜載試驗(yàn)報(bào)告，為后續(xù)施工確立控制標(biāo)準(zhǔn)。

試樁過程中發(fā)現(xiàn)，采用D180柴油錘施工過程中，樁端打入到建議底標(biāo)高時(shí)，貫入度均＞4cm/擊，故而改用柴油錘1檔進(jìn)行施工，進(jìn)而減小貫入度。修正樁錘擋位后發(fā)現(xiàn)，貫入度依然＞2cm/擊，且最后3～4m貫入度均相似，因此分析得出常規(guī)的貫入度控制停錘標(biāo)準(zhǔn)無法滿足施工要求。

為更好地確認(rèn)停錘標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)同一種類型的樁基在試樁區(qū)域打入至不同的底標(biāo)高，同時(shí)記錄沉樁過程，部分樁基初打完成后立即進(jìn)行PDA檢測(cè)，采集樁身摩擦力及樁端承載力；然后對(duì)進(jìn)行過初打PDA檢測(cè)的樁進(jìn)行復(fù)打PDA檢測(cè)（7d），復(fù)打PDA檢測(cè)（30d），進(jìn)而收集地層不同恢復(fù)時(shí)長，樁基承載力的變化情況，根據(jù)大量的PDA報(bào)告統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)30d后的PDA檢測(cè)結(jié)果比7d后PDA檢測(cè)結(jié)果提升約10%；PDA檢測(cè)（7d）承載力比初打PDA檢測(cè)結(jié)果提升約1倍，并且初打過程中樁身摩擦力損失在80%左右，樁端承載力損失在30%左右，基本與砂層地質(zhì)沉樁特性類似，沉樁過程中樁身摩擦力損失較大，但砂層地質(zhì)承載力恢復(fù)較快。

綜上所述，本工程停錘標(biāo)準(zhǔn)可以采用樁底控制為主（與樁身摩擦力相關(guān)，且通過7d復(fù)打PDA檢測(cè)報(bào)告，可以得出不同地層摩擦力大小，對(duì)樁底標(biāo)高可以進(jìn)行量化調(diào)整），貫入度控制為輔（與樁端地層相關(guān)，貫入度相近的情況下，持力層基本相同，端承力基本相似）的控制方法。

為進(jìn)一步驗(yàn)證PDA結(jié)果的可靠性，選取不同類型的樁基進(jìn)行靜載試驗(yàn)（參照英標(biāo)）。為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行7d復(fù)打PDA檢測(cè)，復(fù)打完成后7天進(jìn)行靜載試驗(yàn)，確保兩次試驗(yàn)條件相近，靜載試驗(yàn)加壓至一定數(shù)值后，一旦不能繼續(xù)加壓，此時(shí)便可開始卸載，試驗(yàn)結(jié)束后繪制相關(guān)試驗(yàn)曲線，經(jīng)過對(duì)比兩根樁7d復(fù)打PDA檢測(cè)承載力和靜載試驗(yàn)得出的承載力基本吻合，進(jìn)而確認(rèn)PDA檢測(cè)的可靠性為后續(xù)便捷施工提供便利。

3.2 群樁沉樁施工

碼頭總長為1700m，為提高施工效率，保證施工質(zhì)量及進(jìn)度，沉樁作業(yè)可以進(jìn)行分段施工，每段約100m長，不同區(qū)域可以同時(shí)進(jìn)行施工。在每段沉樁施工開始時(shí)，根據(jù)試樁提供的部分樁底標(biāo)高及沉樁記錄為參照，同一類型選取3～4根實(shí)驗(yàn)樁沉樁至試樁底標(biāo)高，并結(jié)合沉樁記錄和7d PDA復(fù)打報(bào)告確認(rèn)該排樁基底標(biāo)高，其余樁基若沉樁記錄與實(shí)驗(yàn)樁相近，則定義該排樁基滿足設(shè)計(jì)要求。

此外，施工過程中還會(huì)另外出現(xiàn)一些特殊情況，具體作如下分析：

（1）終錘時(shí)，貫入度明顯高于同類型的樁，則說明樁端坐落與軟基上，樁端承載力較小，針對(duì)此類情況，需單獨(dú)進(jìn)行7d的PDA檢測(cè)，且地層恢復(fù)系數(shù)適當(dāng)調(diào)低，如果PDA檢測(cè)結(jié)果不能滿足設(shè)計(jì)要求，需進(jìn)行接樁處理。

（2）沉樁過程中，樁端還未到達(dá)初定的樁底標(biāo)高，但貫入度突然變小，錘芯跳高較大，此類情況分析樁端坐落在強(qiáng)風(fēng)化巖層，樁端承載力突然變的很大，此類情況下，由于端承力較大，基本可以滿足工程設(shè)計(jì)要求，可以選擇PDA檢測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。

4.結(jié)束語

結(jié)合泰國和黃碼頭工程樁基施工（砂質(zhì)摩擦樁為主），此類設(shè)計(jì)方僅提供承載力，施工成本風(fēng)險(xiǎn)均在承包商一方的工程，均可采用樁底標(biāo)高控制為主，貫入度控制為輔的方法進(jìn)行施工，該方法降低了隱蔽工程帶來的成本風(fēng)險(xiǎn)。