復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑PHC組合樁施工

◎ 劉振華 盛健 朱全 中交一航局第五工程有限公司

1.項目背景

印尼萬丹豐益工業(yè)園港一期工程屬于中國港灣在印尼地區(qū)豐益國際集團的第一個EPC項目，該項目擬建一個3萬噸的散雜貨泊位，采取的標準是英標，工期25個月。施工內(nèi)容包括碼頭、引橋、引堤、臨時圍堰及吹填工程，碼頭和引橋部分采用PHC組合樁，樁徑1.2m，單根樁長57m，共計683根。

2.地質(zhì)情況

項目所在地主要由平原區(qū)和山區(qū)兩大地質(zhì)單元構(gòu)成，地質(zhì)特點復(fù)雜，變化不均?？辈旖Y(jié)果表明，鉆探揭露深度（60m)內(nèi)地層分布較復(fù)雜，綜合地層的物理力學(xué)性質(zhì)等特征，對勘探深度內(nèi)的土層進行了單元土體的劃分，勘察區(qū)土層自上而下依次為：①1淤泥、①2有機質(zhì)土②1粘土、②2粘土②3粘土、②4細砂、砂質(zhì)粘土、膠結(jié)細砂、膠結(jié)粘土③1粘土和④1粘土。其中②4細砂：中密～密實，局部極密，淺灰色、黃褐色，混多量粘粒，局部呈膠結(jié)狀，局部含有機質(zhì)，土質(zhì)不均勻。該層分布較連續(xù)，揭示層厚0.6m～15.0m不等，揭示層底高程在-30.32m～-14.18m之間。平均標貫擊數(shù)為37.1擊；膠結(jié)細砂：密實為主，局部中密或極密，淺灰色、灰黃色，巖芯多呈膠結(jié)塊狀，局部夾銹斑、粉土和有機質(zhì)，土質(zhì)不均勻。該層分布不連續(xù)，多以透鏡體形式分布，揭示層厚2.1m～9.3m不等。平均標貫擊數(shù)為45.0擊。

3.關(guān)鍵問題

本工程屬于高樁碼頭，樁基部分的設(shè)計和施工是本工程的關(guān)鍵工序，通過設(shè)計不同的長度的鋼樁靴和PHC樁成組合樁，并采取提高錘擊能的方式，在確保在樁身完好的情況下，順利穿透厚度10m左右的砂層或者膠結(jié)砂層，最終達到設(shè)計標高或者貫入度標準。

4.試樁確定不同砂層不同樁靴的重錘輕擊工藝

對于膠結(jié)砂層超過10m的地質(zhì)，選擇大直徑的PHC樁穿透砂層比較困難，同時存在容易爆樁頭，樁身破損等風(fēng)險，通常水沖法為首要選擇，水沖法施工需要增加高壓水泵系統(tǒng)，該施工工藝的特點是功效較低日均2根左右，且對項目工期和成本要求高，所以本工程主要嘗試采用重錘輕擊的思路，解決PHC管樁穿砂層的難點，其施工流程和常規(guī)水上沉樁流程相同：打樁船駐位→運樁方駁駐位→鎖樁扣→吊樁→立樁入龍口→關(guān)閉下背板→戴替打→調(diào)整龍口斜度→打樁粗定位→收緊錨纜。

4.1 組合樁的選擇

本工程碼頭部分每個排架共計8根樁，其中4根直樁和4根斜樁。碼頭設(shè)計均載為20kPa，引橋部分每排3根直樁，設(shè)計均載10kPa。PHC樁的設(shè)計根據(jù)地質(zhì)勘查報告，砂層和膠結(jié)砂層下部為標貫擊數(shù)30～40的黏土層，因此以摩擦樁為樁長計算依據(jù)，單根樁長PHC部分為50m，同時因抗剪強度的要求，直樁部分選擇B型樁和斜樁部分選擇C型樁。為了確保樁身的完整性，分別對于三種典型的地質(zhì)工況進行樁靴設(shè)計并試樁。

樁靴構(gòu)成部分主要包括：PHC樁身（直徑1200mm，壁厚150mm，樁靴與PHC樁連接板（內(nèi)徑），剪切板8個（壁厚18mm），4鋼管部分，長度可根據(jù)砂層厚度試樁確定和加強板；本工程PHC組合樁試樁的分類依據(jù)如下表1，共計9根，不同地質(zhì)條件下最佳組合樁。

4.2 錘擊能的選擇

本工程試樁選錘，主要根據(jù)“重錘輕擊”的原則和計算，首選D-160柴油錘二檔進行沉樁，在沉樁砂層過厚區(qū)域，可以增加樁墊防護的情況下，提高錘擊能采用三檔。若采用其它樁錘，錘的有效能量不得小于D-160柴油錘二檔能量的有效能量。備用錘選擇的是D125柴油錘。

4.3 不同砂層的沉樁控制及數(shù)據(jù)

本次試樁采用的打樁船是中交一航局自有施工船舶打樁20號打樁船，最大沉樁能力為53m+水深，可以滿足本工程施工要求。根據(jù)地質(zhì)條件共計選擇三個區(qū)域作為典型土層，試樁部位選擇為碼頭相臨的引橋部位，試樁區(qū)域砂層的厚度分別為2m，7.5m，12m三種情況。試樁結(jié)果如下：

4.3.1 砂層12m區(qū)域

（1)2m樁靴：平均貫入度在5.3mm～14.1mm，總錘擊數(shù)為2502次，其中穿過標高-14.77m～-25.77m處厚砂層總錘擊數(shù)為1065次。過程表現(xiàn)為穿砂層較困難，錘擊數(shù)過多，錘過熱易停錘，錘損較大。（2)5m樁靴：平均貫入度在7.8mm～16.7mm，總錘擊數(shù)為1640次，其中穿過標高-14.77m～-25.77m處厚砂層總錘擊數(shù)為739次。過程表現(xiàn)為可以穿砂層，錘擊數(shù)減少明顯，錘過熱停錘次數(shù)減少。（3)8m樁靴：平均貫入度在8.1mm～18.5mm，總錘擊數(shù)為1459次，其中穿過標高-14.77m～-25.77m處厚砂層總錘擊數(shù)為479次。過程表現(xiàn)為易穿砂層，錘擊數(shù)減少，錘無過熱現(xiàn)場。

4.3.2 砂層7.5m區(qū)域

（1）2m樁靴:平均貫入度在8.6mm～18.2mm之間，總錘擊數(shù)為1817次，其中穿過標高-15.66m～-24.16m處厚砂層總錘擊數(shù)為444次；過程表現(xiàn)為穿透砂層困難，偶爾出現(xiàn)過熱停錘。（2）5m樁靴:平均貫入度在9.4mm～23.5mm之間，總錘擊數(shù)為1674次，其中穿過標高-15.66m～-24.16m處厚砂層總錘擊數(shù)為399次；過程表現(xiàn)為穿透砂層容易，錘無過熱現(xiàn)象。（3）8m樁靴：平均貫入度在11.4mm～38.5mm之間，總錘擊數(shù)為986，其中穿過標高-15.66m～-24.16m處厚砂層總錘擊數(shù)為156錘。易穿透砂層，錘無過熱現(xiàn)場，施工效率高。

表1 PHC組合樁試樁

4.3.3 砂層2m區(qū)域

本次沉樁在砂層厚度為2m處沉樁結(jié)果：由于砂層厚度較薄并位于土層上部，PHC樁自沉就可以穿過砂層。經(jīng)統(tǒng)計1m樁靴錘擊總數(shù)為1104次，2m樁靴錘擊總數(shù)為925次，3m樁靴錘擊總數(shù)為855次，效果不明顯，故此處不做重點分析。

4.4 樁檢測情況

本次試樁停錘標準為當沉樁貫入度已經(jīng)達到控制貫入度（最終10擊平均8mm/擊），而樁端距設(shè)計高程小于2m時，停止錘擊；當沉樁貫入度已經(jīng)達到控制貫入度（最終10擊平均8mm/擊），而樁端距設(shè)計高程大于2m時，應(yīng)繼續(xù)錘擊，直至貫入度達到5mm/擊。沉樁后分別進行高應(yīng)變檢測9次，低應(yīng)變檢測3次，檢測結(jié)果單軸豎向承載力均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，且樁身完整。

4.5 沉樁質(zhì)量控制要點

第一，PHC樁的質(zhì)量控制，穿透厚度超過10m砂層，PHC樁身無接樁，強度超過80MPa,同時關(guān)鍵部位樁頭部分要做加強處理，混凝土需要摻入適量的鋼纖維提高強度，減少樁頭錘擊能過大或者錘擊數(shù)過高的情況下爆樁頭。

第二，樁墊厚度：本工程采用紙板疊加厚度達到23cm，起到較好緩沖作用。

第三，樁靴加強箍筋：在樁靴外側(cè)增加1道直徑20cm的箍筋，可以增加穿透砂層的擾動，有利PHC樁部分穿過砂層。

第四，替打加強：在錘擊能增加的情況下，替打容易損壞，所以需要制作高強替打，同時增加備用替打數(shù)量。

第五，D160柴油錘防護：在水上碼頭樁基工程中，砂層或者膠結(jié)砂層厚度10m左右的區(qū)域，通過選擇D160型的柴油錘采取重錘輕擊的方式是可以穿透的，但是需要注意錘擊數(shù)和錘過熱問題。為了確保樁身完整性的情況下，通?？傚N擊數(shù)不易超過1800次，在穿過厚度10m的砂層可以把D160錘檔位提高到三檔，減少錘因為貫入度減小造成錘過熱的概率，提高柴油錘活塞環(huán)和噴油嘴的使用壽命。

5.結(jié)束語

綜上所述，在EPC項目中，對于砂層較厚地地質(zhì)工程，可以選擇鋼管樁或者PHC組合樁（開口），但是PHC樁的成本優(yōu)勢明顯，通過試樁優(yōu)化樁靴長度，選擇最優(yōu)組合樁方案，可以達到降低成本，提高施工功效的目的。