淺談液壓打樁錘進行U型混凝土板樁的施工

◎李國慶 歐陽豪 中交四航局第二工程有限公司

1.前言

U型混凝土板樁施工作業(yè)受潮水及地質(zhì)條件影響較大，施工質(zhì)量難以做到有效的保障，施工難度大成本高。為有效減少U型混凝土板樁施工受環(huán)境因素的影響，提高作業(yè)效率和質(zhì)量，降低施工成本。本文通過實踐操作采用液壓步履式樁架及液壓錘進行U型混凝土板樁沉樁施工的工藝進行探索分析。

2.工程概況

本工程處在濱海灣新區(qū)長安新區(qū)板塊東填海區(qū)，位于長安鎮(zhèn)海域，建設(shè)1384m的海堤工程，堤防結(jié)構(gòu)采用陡墻—斜坡式堤，陡墻采用C60混凝土U型混凝土板樁和預(yù)應(yīng)力高強管樁結(jié)構(gòu)結(jié)合的整體結(jié)構(gòu)。C60混凝土U型混凝土板樁共1384根采用先張法預(yù)制，參數(shù)為：截面高度h=450mm，截面寬度D=1020mm，混凝土板壁厚度B=120，根據(jù)超前鉆地質(zhì)情況樁長10m～16m。板樁典型截面如圖1所示。

圖1 板樁典型截面圖

3.施工重點難點分析

（1）本項目位于濱海灣新區(qū)最靠海側(cè)，與灣區(qū)觀海驛站相毗鄰，日常游客較多，常有接待社會各種大小活動。U型混凝土板樁作為海堤外側(cè)陡墻，對現(xiàn)場施工質(zhì)量及安全文明施工要求非常高；

（2）根據(jù)超前鉆地質(zhì)情況分析，施工區(qū)域內(nèi)淤泥厚度大，并且深淺不一。本項目板樁施工作業(yè)面與后方回填土方結(jié)合，板樁后方為海堤結(jié)構(gòu)回填砂土。U型混凝土板樁施工需要確保施工垂直度、板樁間咬合以及板樁沉樁的完成性，施工質(zhì)量控制難度大；

（3）沉樁施工需要保持板樁施工軸線線條順直，現(xiàn)場U型混凝土板樁截面高度h=450mm，截面寬度D=1020mm，混凝土板壁厚度B=120，根據(jù)超前鉆地質(zhì)情況樁長10m～16m，混凝土強度等級為C60，單位長度理論重量為439KG。U型混凝土板樁重量大，地質(zhì)淤泥層較厚，施工過程中對軸線調(diào)整難度高。

4.沉樁方案比選

根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況以及建設(shè)單位的需求，項目部初步制定幾種方案進行比選（見表1）。

綜合表1中方案對比，項目部確定采用方案三：液壓步履式樁架配合液壓錘進行沉樁施工。

表1 沉樁方案比選

5.樁機、樁錘選取及改造

5.1 樁機、樁錘選取

為確保本工程板樁垂直度及板樁的咬合，本工程板樁施工采用JB100B型液壓步履式樁架以及HHP12型液壓打樁錘進行錘擊式沉樁，采用樁架進行施工可以利用樁架的整體穩(wěn)定性有效控制板樁的垂直度，打設(shè)過程中不易偏位。

樁錘采用HHP12型液壓打樁錘，錘芯質(zhì)量12t,最大行程1.5m,最大打擊能量180KNm，因為《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》（JTS215-2018）中選錘標(biāo)準(zhǔn)未涉及板樁，因此根據(jù)樁周摩阻力折算為PHC管樁進行樁錘選型，本項目U型混凝土板樁截面周長為2.87m，相當(dāng)于直徑0.91m管樁的外周長。根據(jù)《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》（JTS215-2018）附錄H選錘標(biāo)準(zhǔn)800～1200的PHC管樁最大錘擊能量150KNm的液壓錘即可滿足施工要求，因此采用HHP12型液壓打樁錘可滿足本項目施工。

5.2 樁機、樁帽改造

傳統(tǒng)圓形樁帽替打進行U型混凝土板樁施工，容易造成板樁頂部破損，且難以控制板樁施工軸線順直，為U型混凝土板樁的施工質(zhì)量控制，需要對樁機樁帽進行改造，同時樁架下方設(shè)置限位裝置對板樁沉樁過程垂直度進行控制。

樁帽替打在原有圓形替打上根據(jù)U型混凝土板樁外形尺寸，增加樁機樁帽夾樁導(dǎo)向塊及替打座。具體尺寸按圖2、圖3進行改造。導(dǎo)向塊及替打由鋼結(jié)構(gòu)廠家生產(chǎn)，以保證導(dǎo)向塊及替打的質(zhì)量。

圖2 替打部位導(dǎo)向座1

圖3 替打部位導(dǎo)向座2

5.3 導(dǎo)向架設(shè)計

為確保施工垂直度，在樁機樁架上焊接下口導(dǎo)向架，導(dǎo)向架采用單樁固定，利用樁架進行板樁自重進行導(dǎo)向。導(dǎo)向架設(shè)計如圖7所示。

6.沉樁施工方法

6.1 沉樁工藝流程

沉樁工藝流程如圖9所示。

圖9 沉樁工藝流程

6.2 施工準(zhǔn)備工作

根據(jù)施工要求進行場地平整、樁位放樣。替打部位改造采取廠家加工的形式進行，提前做好替打改造并進行實樁測試。

6.3 測量放線

按施工圖紙計算出的板樁軸線位置及起始板樁中心位置坐標(biāo)。

軸線位置采用鋼筋頭標(biāo)識出拐點位置，直線段間距20m放樣一根軸線標(biāo)識，曲線段每根板樁放樣一根軸線標(biāo)識。根據(jù)軸線位置，用白灰將板樁內(nèi)外側(cè)邊線及起始邊線標(biāo)出，確保樁位精確。

6.4 吊樁、入帽

取樁時采用樁機左、右側(cè)主鋼絲繩，同時纏繞一圈板樁上端，慢慢起吊將板樁轉(zhuǎn)成垂直。起吊過程中采用纜風(fēng)繩控制板樁左右搖晃幅度并輔助拉入樁機夾具。為了保護陰陽槽口不受鋼絲繩壓壞，在鋼絲繩捆綁部位采用橡膠護套進行保護。

6.5 沉樁施工

6.5.1 對樁位

圖4 替打座及墊板

圖5 改造效果及夾樁效果圖

圖6 替打及導(dǎo)向塊成品圖

圖7 下口導(dǎo)向架示意圖

圖8 下口導(dǎo)向架安裝圖

樁套入樁帽后，利用纜風(fēng)繩將樁底部與提前用白灰撒出的內(nèi)外側(cè)及左右邊線重合，垂直度采用兩個吊錘于兩個正交方向進行監(jiān)測及經(jīng)緯儀進行測量。樁帽、樁錘的中心線應(yīng)在同一線上，當(dāng)樁就位后，用錘和樁帽的自重將其壓一下，重新檢測樁位，合乎要求后再施打。

6.5.2 首根板樁施打

合上底部導(dǎo)向架后，即開始進行首根板樁施打，施打過程中繼續(xù)采用吊錘及經(jīng)緯儀測量垂直度，發(fā)現(xiàn)超出規(guī)范允許的偏斜，利用樁機側(cè)移進行樁位糾正，因為本工程上部3m范圍為回填砂，因此在砂層施打時，采取低沖程施打，HHP12樁錘施打沖程控制在15cm以內(nèi)，防止溜樁。

施打過程中，上部捆綁鋼絲繩可跟隨板樁施打慢慢放松不可脫扣，當(dāng)打過砂層之后逐步放松，同時樁錘以5cm沖程輕擊，防止在淤泥層下沉過快。穿過淤泥層進入3-1粘土層后方可完全脫扣。當(dāng)打樁接近收錘時，應(yīng)嚴(yán)格控制液壓錘落距（5-10cm），以免打樁能量過大而將樁頭打爛或使樁身砼質(zhì)量受損。

6.5.3 其余板樁施打

板樁為咬合樁，因此需要依槽口方向，順序施打，其余樁施打時要注意底部陽榫斜口需背向已施打板樁。對好位，并插入第一根板樁槽口后，通過移動樁機進行垂直度控制。樁位、垂直度調(diào)整完之后，進行壓樁，同時樁機向第一根樁方向略偏，壓緊與第一根樁的榫口。

圖10 送樁器圖

圖11 已完成施工的板樁

經(jīng)過試樁驗證，在穿越砂土層時，樁極易側(cè)滑，因此穿越砂層時，全程保持導(dǎo)向架合攏，當(dāng)穿越完砂層進入淤泥層后，可打開導(dǎo)向架，如穿越砂層時接縫變大，可橫移樁機調(diào)整。進入淤泥層后，此時由于陽榫斜口作用，板樁會越壓越緊，直至粘土層。粘土層施打時同樣需控制液壓錘落距（5-10cm），以免打樁能量過大而將樁頭打爛或使樁身砼質(zhì)量受損。

6.5.4 二次沉樁及標(biāo)高控制

當(dāng)?shù)诙鶚冻翗吨辆嚯x設(shè)計標(biāo)高約80cm時，停止沉樁，轉(zhuǎn)為施打第三根樁，當(dāng)完成一個節(jié)構(gòu)段約20～30m沉樁后再利用送樁器依次將之前未沉至標(biāo)高的板樁施打至設(shè)計標(biāo)高。送樁器根據(jù)U型混凝土板樁外型尺寸由鋼結(jié)構(gòu)廠家進行加工，采用5cm厚鋼板加工，長度1米，上端截面與U型混凝土板樁橫截面一直，確保樁帽導(dǎo)向板與送樁器匹配；下端與板樁接觸截面為滿截面為1050mm×450mm，保證與板樁有足夠的接觸面。采用送樁器進行施工時，送樁器與板樁之間墊塞3cm后橡膠板進行緩沖保護U型混凝土板樁樁頭。

6.5.5 弧線段施工

本工程存在兩個弧線段，弧線段施工時，按弧線段圓弧逐根畫出每根板樁的位置后，現(xiàn)場放出每根板樁的內(nèi)外側(cè)及左右邊線，施打時控制方法同直線段。

7.體會

U型混凝土板樁施工總體軸線順直，完整性好，板樁外開挖整體效果滿足設(shè)計及規(guī)范要求?，F(xiàn)場采用液壓步履式樁架及液壓錘進行沉樁施工有效控制施工質(zhì)量，大大提高一次沉樁成功的效率，給后續(xù)施工爭取寶貴時間。

在進行沉樁施工過程中遇到同樣遇到問題及采取的處理措施如表2所示。

表2 沉樁常遇問題的分析及處理

8.結(jié)語

水利工程臨水陡墻施工，采取混凝土U型混凝土板樁進行圍護施工，U型混凝土板樁施工受到臨水、地質(zhì)和設(shè)備等原因施工質(zhì)量控制難度大。本工程通過對采用液壓步履式樁架及液壓錘配合改造樁帽替打、導(dǎo)向架進行U型混凝土板樁沉樁施工的成功實踐證明：采用液壓步履式樁架及液壓錘配合進行U型混凝土板樁沉樁施工的工藝是一種行之有效的方法，此工藝操作性強、施工效率高、安全性可靠以及對施工質(zhì)量控制強等特點。在本項目的實踐中滿足現(xiàn)場特殊施工區(qū)域及建設(shè)單位的需求，大大提高了施工質(zhì)量，很好完成施工任務(wù)，得到建設(shè)單位、監(jiān)理單位等上級單位的一致認可，可在類似工程作業(yè)中繼續(xù)探索優(yōu)化。