精細(xì)化設(shè)計施工在堆場樁基工程中的實踐

侯建飛，龐 然

（1.天津津港建設(shè)有限公司，天津 300222；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300220）

引言

天津港新建的大型自動化集裝箱碼頭，堆場內(nèi)采用雙懸臂ARMG 進(jìn)行堆取箱作業(yè)。ARMG 對軌道平整度、順直度要求很高，軌道基礎(chǔ)的沉降差標(biāo)準(zhǔn)需控制在0.1 %以內(nèi)；因堆場堆箱層數(shù)較高（6層）及自動化裝卸定位精度的需要，箱角梁允許的沉降量也非常小。設(shè)計階段經(jīng)過詳細(xì)計算分析，擬定在軌道梁及箱角梁下均采用樁基礎(chǔ)，且頂標(biāo)高保持一致，才能滿足使用要求。

本工程規(guī)模大、工期緊，堆場區(qū)的樁基超過1萬根，樁基的施工成為制約項目施工工期、保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。施工前期通過試驗施工對樁型、樁徑等進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)研、分析、論證，并針對以往預(yù)制樁施工中存在的樁長控制不精細(xì)的問題，采用動態(tài)設(shè)計和信息化施工模式，施工過程中分成若干施工小區(qū)對樁長逐區(qū)進(jìn)行分析、論證，精準(zhǔn)控制打設(shè)深度及截樁長度，降低了樁基造價，實現(xiàn)了樁基工程的精細(xì)化設(shè)計施工，取得了良好的效益。

1 試驗施工確定樁型、樁徑

場地地勘資料顯示，場地表層為較厚雜填土，雜填土厚度一般為2.20 m～7.00 m，呈雜色，松散狀態(tài)，成分復(fù)雜，主要由原臨時堆場結(jié)構(gòu)層、磚塊、大塊混凝土碎石、粉煤灰渣及廢土組成。雜填土以下為淤泥質(zhì)粘土、粘土、粉質(zhì)粘土及粉土等土層。樁基持力層可以考慮⑨1粘土層或⑨2粉土層，預(yù)估樁底標(biāo)高在-25～-35 m 之間。

軌道梁及箱角梁下的樁基礎(chǔ)可以采用PHC 樁或者灌注樁。從成樁難度來看，由于雜填土的存在，采用鉆孔灌注樁成樁更有保證?？紤]到 PHC 樁具有工程造價低、成樁速度快、質(zhì)量易控制，不受地下水影響，不存在泥漿排放帶來的場地污染問題等諸多優(yōu)點，采用PHC 樁更適合本工程在工期、造價及環(huán)保方面的要求。但本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，PHC 樁打穿堆場結(jié)構(gòu)層、大塊混凝土具有一定難度。

為檢驗PHC 樁成樁可行性，本工程于2019 年12 月組織了PHC 樁的試驗施工，試樁3 根。試驗施工采用含障礙物等硬土層穿透性強、抗彎、抗剪及抗扭強度高、符合復(fù)雜工況下受力要求PHC 800 AB 130 樁型。

樁長30 m 和32 m，分為三節(jié)打設(shè)，打樁機配備D100 柴油錘。打樁過程中，表層遇到較大混凝土塊，打樁遇到一定困難，采用挖掘機挖除后，后續(xù)打樁較為順利，3根樁沉樁時間分別為137分鐘、122 分鐘、140 分鐘，均順利打至預(yù)定底標(biāo)高。

圖1 現(xiàn)場大塊混凝土

經(jīng)過試樁檢驗，PHC 樁在未采用樁尖、引孔等輔助措施的情況下，能夠較順利穿透雜填土層，證明本工程場地采用PHC 樁完全可行，相較于灌注樁，造價更低、施工效率更高，且環(huán)保無污染。本工程軌道梁及箱角梁下的樁基礎(chǔ)擬采用高強預(yù)應(yīng)力管樁（PHC 樁）。

2 精細(xì)化設(shè)計施工優(yōu)化樁長

2.1 樁基長度控制原則

本工程設(shè)計要求單樁豎向極限承載力為3 800 kN。工程前期3 根非工程樁試驗施工打設(shè)底標(biāo)高分別是-25 m，-25 m，-27 m。經(jīng)靜載試驗檢測，3 根非工程樁極限承載力分別為2 280kN、3 420kN及3 800kN。試驗結(jié)果顯示，相同樁長情況下，不同平面位置樁基的豎向承載力差異很大；達(dá)到相同承載力的情況下，短樁與長樁的差值可達(dá)到8～10 m。且樁底標(biāo)高至少應(yīng)低于-27 m 并且進(jìn)入粉土持力層才有可能達(dá)到3 800 kN 單樁承載力。

本工程場地條件較復(fù)雜，樁基持力層標(biāo)高分布差異很大。圖2 為堆場樁基持力層分布范圍及頂板標(biāo)高等值線圖。

圖2 樁基持力層分布范圍和頂板標(biāo)高等值線

圖中可以看出場地西北側(cè)持力層深度較深，預(yù)估在-30～-35 m，其他區(qū)域在-27～-30 m 之間，本工程設(shè)計樁長預(yù)估在30～40 m 之間，需要分區(qū)控制樁長。

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計樁長差異較大且施工難以控制，尤其是各區(qū)域過渡區(qū)域樁長更難控制。如何最經(jīng)濟合理的控制各區(qū)域1 萬根樁的樁長，是擺在參建各方面前的一道難題。

經(jīng)過多次專題分析討論，本工程堆場樁基按照精細(xì)化控制的目標(biāo)，通過動態(tài)設(shè)計和信息化施工的手段控制樁長，對樁長逐區(qū)進(jìn)行優(yōu)化。將設(shè)計擬定的樁長分區(qū)，并與總體施工分區(qū)相結(jié)合，劃分為多個樁基打設(shè)小區(qū)，每個小區(qū)先在周邊按照初定的停錘標(biāo)準(zhǔn)打設(shè)，再根據(jù)典型樁的結(jié)果，專題分析后續(xù)本小區(qū)其他樁基的打設(shè)深度，確定是否調(diào)整停錘標(biāo)準(zhǔn)及樁長優(yōu)化的可能性，按照“劃分小區(qū)→每小區(qū)典型樁施工→對比地勘資料+高應(yīng)變檢測驗證→參建方每小區(qū)專題分析→調(diào)整樁長”的動態(tài)設(shè)計和信息化施工模式進(jìn)行樁基施工。

2.2 動態(tài)設(shè)計和信息化施工優(yōu)化樁長過程

根據(jù)試驗施工結(jié)果并結(jié)合初勘資料，按照貫入度與底標(biāo)高雙控的原則，初步確定樁基打設(shè)停錘標(biāo)準(zhǔn)：“打設(shè)底標(biāo)高不高于-27 m(預(yù)估-27～-35 m)，最后3 陣平均貫入度不大于5 mm/擊，當(dāng)已達(dá)到控制貫入度而樁端未達(dá)到-27 m 標(biāo)高時，應(yīng)繼續(xù)錘擊兩陣，每陣100 mm 或30～50 擊，貫入度平均值不大于3 mm/擊。”

根據(jù)2020 年1 月提供的的最新詳勘報告，結(jié)合前期試樁情況對重箱堆場區(qū)樁基打設(shè)長度進(jìn)行了詳細(xì)分區(qū)，不同分區(qū)樁長分別按照33 m～39 m 控制。

樁基正式施工后，按照第一次樁長分區(qū)方案，先在持力層較深的區(qū)域進(jìn)行5 根工程樁的典型施工，為保證達(dá)到設(shè)計承載力，5 根工程樁均按照貫入度控制停錘標(biāo)準(zhǔn)，最后 30 擊貫入度均小于100 mm。5 根樁最終打設(shè)長度為34.1 m，34 m，35.3 m，35.2 m，33.9 m。經(jīng)靜載試驗檢測，5 根樁單樁極限承載力均大于3800 kN。典型施工時發(fā)現(xiàn)：樁長及樁底標(biāo)高較難控制，距離不超過10 m 的兩根樁，達(dá)到相同貫入度時，樁底標(biāo)高相差達(dá)1.4 m，在不同樁長設(shè)計分區(qū)銜接過渡處的樁基長度也很難把握，按照原定設(shè)計分區(qū)進(jìn)行樁基打設(shè)很難實施，每個施工分區(qū)內(nèi)及施工分區(qū)邊界處需要多次樁基試打，才能確定最合理樁長，對施工效率影響很大。根據(jù)以上情況，參建各方對5 根工程樁的典型施工情況，及時進(jìn)行了總結(jié)，經(jīng)充分研究分析，將樁長初步合并調(diào)整為34 m 及37 m（局部）兩種樁長。

每個在地質(zhì)I、II 區(qū)的打樁分區(qū)樁基先按照34 m 少量配樁及打樁，根據(jù)樁基出露長度及高應(yīng)變結(jié)果進(jìn)行專題討論，確定后續(xù)打樁分區(qū)的大量樁基樁長是否可以再優(yōu)化，按照以上步驟，逐區(qū)進(jìn)行試打，發(fā)現(xiàn)B1 區(qū)、A1 區(qū)、B2～B5 區(qū)均可以進(jìn)行樁長優(yōu)化，經(jīng)對比地勘資料并高應(yīng)變檢測驗證后，確定B1 區(qū)樁長由34m 優(yōu)化為32m，A1 區(qū)也有約60根樁樁長可以優(yōu)化2m，B2～B5 區(qū)樁長可由34 m 優(yōu)化為33 m。優(yōu)化樁長的樁基，經(jīng)不利樁位的高應(yīng)變檢測后，承載力均滿足設(shè)計要求，證明在不降低設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況下，經(jīng)過動態(tài)設(shè)計及信息化施工，達(dá)到了樁長優(yōu)化的目的。后續(xù)施工過程中按照前期確定的原則和步驟，根據(jù)施工進(jìn)度，不斷對各區(qū)樁長進(jìn)行動態(tài)施工并及時總結(jié)調(diào)整，將本工程堆場PHC樁截樁長度大部分控制在1 m 以內(nèi)，實現(xiàn)了樁基工程的精細(xì)化設(shè)計施工，總的樁基優(yōu)化長度達(dá)到約6 300 m，取得了明顯的效益。

2.3 優(yōu)化經(jīng)驗小結(jié)

樁基精細(xì)化設(shè)計施工優(yōu)化效果明顯，并結(jié)合最終的檢測效果，總結(jié)出幾點經(jīng)驗，供后續(xù)類似樁基工程項目參考：1）地質(zhì)復(fù)雜、樁基持力層標(biāo)高變化較大的場地，各施工小區(qū)樁長控制建議以貫入度控制為主，樁底標(biāo)高控制為輔（同一小區(qū)內(nèi)樁長為定值，樁底標(biāo)高及截樁長度存在差異）。2）PHC 樁數(shù)較多的項目，為保證施工進(jìn)度，樁基檢測比例可較規(guī)范適當(dāng)放寬，因大多數(shù)樁不檢測，為保證100 %樁滿足承載力要求，樁基沒有出露長度或出露長度過小是有風(fēng)險的，適當(dāng)留有出露長度（可控制在<2 m）是合理的質(zhì)量保證措施。3）施工過程中應(yīng)避免出現(xiàn)樁長不夠再接短樁續(xù)打現(xiàn)象。增加樁基接頭（尤其是臨近樁頂?shù)慕宇^）將降低樁基質(zhì)量。一旦出現(xiàn)因樁長不夠?qū)е聵痘休d力不足需要接樁，意味著不僅檢測樁需要接樁，按照同一樁長控制標(biāo)準(zhǔn)打設(shè)的周邊未檢測樁，存在承載力不足的可能性也較大。只能對這些樁都進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果再評估后續(xù)處理措施，或者對未檢測樁直接接樁，但是需要接樁的樁的范圍及數(shù)量是很難確定的。一旦出現(xiàn)樁長不夠再接短樁續(xù)打現(xiàn)象，無論采取何種處理措施，后續(xù)的處理措施都將明顯降低施工效率，增加工期，對工程進(jìn)度是非常不利的，也不利于樁的質(zhì)量控制。

3 結(jié)語

本文通過回顧智能化集裝箱碼頭堆場樁基施工過程，證明了大面積樁基施工通過合理劃分施工分區(qū)，通過動態(tài)設(shè)計和信息化施工，能夠?qū)崿F(xiàn)樁基工程的精細(xì)化設(shè)計施工，確定出最經(jīng)濟合理的樁基參數(shù)。本工程的實踐經(jīng)驗，可供后續(xù)類似樁基工程項目參考。