復(fù)雜地質(zhì)情況下的大直徑超長(zhǎng)鋼管樁施工技術(shù)研究

駱廷松 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概況

廣州港南沙港區(qū)糧食及通用碼頭擴(kuò)建工程水工結(jié)構(gòu)工程施工項(xiàng)目位于廣州市南沙區(qū)內(nèi)。本工程建設(shè)2個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)通用泊位（18號(hào)、19號(hào)）、1個(gè)4萬(wàn)噸級(jí)件雜貨泊位（17號(hào)）和5個(gè)5千噸級(jí)通用駁船泊位（12～16號(hào)）。本工程共1082根鋼管樁，前墻鋼管樁直徑φ2220mm，壁厚為24mm，最長(zhǎng)39.6m，重51.47t，材質(zhì)選用Q420B。前墻管板組合樁采用300t履帶吊+HD180柴油錘+APE400型液壓振動(dòng)錘進(jìn)行打樁施工。

勘區(qū)位于河口三角洲地帶，地質(zhì)條件復(fù)雜，具有淤泥性土～黏性土和中粗砂、粗礫砂、粉細(xì)砂相交互的特點(diǎn)。

2.大直徑超長(zhǎng)鋼管樁施工技術(shù)分析

2.1 測(cè)量放線

為便于現(xiàn)場(chǎng)施工控制，組合樁軸線兩端設(shè)立兩個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)并定期復(fù)核觀測(cè)。

由于管板組合樁施工精度要求非常高，施工關(guān)鍵是打好鋼管樁。鋼管樁施工時(shí)必須全過程采用90°交匯跟蹤測(cè)量監(jiān)測(cè)鋼管樁的垂直度及偏位情況，過程中使用全站儀，控制沉樁過程中的垂直度。保證鋼管樁插打到位后樁位及垂直度偏差≤1%。精確計(jì)算每根鋼管樁的位置，施工過程反復(fù)測(cè)定。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

施工場(chǎng)地經(jīng)真空預(yù)壓處理后進(jìn)行卸載及開挖，開挖至設(shè)計(jì)高程，以此保證打樁區(qū)能順利實(shí)施。打樁前修筑道路，確保鋼管樁及鋼板樁能正常運(yùn)輸及設(shè)備正常工作。此外，詳細(xì)檢查打樁施工所用的機(jī)械設(shè)備以及鋼管樁等材料，確保無(wú)質(zhì)量問題。

2.3 導(dǎo)向架的設(shè)置

導(dǎo)向架的關(guān)鍵作用在于限位導(dǎo)向，導(dǎo)向架是確保打樁質(zhì)量的關(guān)鍵之一，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，打樁時(shí)樁的軸線偏差和傾斜控制要靠導(dǎo)向架來限位導(dǎo)向。且導(dǎo)向架設(shè)計(jì)時(shí)必須計(jì)算強(qiáng)度、剛度及整體穩(wěn)定性，確保施工過程安全質(zhì)量。

φ2220mm管板組合樁導(dǎo)向架，雙層布置，長(zhǎng)22m、高13m，由H700mm×300mm的H型鋼雙拼制作而成。上層H梁有調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)施工需求靈活移動(dòng)，從而控制鋼板樁，避免偏位以及垂直度偏差。定位樁采用φ630mm鋼管樁，由4根共同組成，分為地上、地下兩個(gè)部分，長(zhǎng)度均按12m控制，共24m。

2.4 導(dǎo)向架施工

2.4.1 設(shè)置定位錨樁

在導(dǎo)向架的四角設(shè)長(zhǎng)度為24m的φ630mm鋼管樁作為定位錨樁。實(shí)際操作中，先以設(shè)計(jì)圖紙為準(zhǔn)在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確測(cè)放管板樁組合墻軸線，再測(cè)量定位錨樁位置，分別為各個(gè)施工段配套定位錨樁；在正式打設(shè)時(shí)利用履帶式起重機(jī)操作，起吊振動(dòng)錘以便施打，在此過程中及時(shí)檢查施打量，露出地面12m時(shí)停止。

2.4.2 安裝導(dǎo)向架

定位錨樁打設(shè)至指定位置后啟用履帶吊，利用該設(shè)備將導(dǎo)向架吊至錨樁牛腿處；隨后檢測(cè)導(dǎo)向架的實(shí)際位置，用液壓千斤頂適當(dāng)調(diào)整該裝置的水平度，準(zhǔn)確就位后用金屬抱箍固定錨定抗滑樁與導(dǎo)向架，使其具有足夠的穩(wěn)定性。

導(dǎo)向架分兩層，各層沿軸線方向和垂直軸線方向均有定位板，分別為其設(shè)置限位螺栓，以防定位板在施工過程中出現(xiàn)偏位。導(dǎo)向架搭設(shè)時(shí)嚴(yán)格控制兩層卡位，使其對(duì)準(zhǔn)鋼管樁樁位，保證每處的平面誤差均在±15mm以內(nèi)，否則需調(diào)整并再次檢測(cè)，直至達(dá)到要求為止；兩層定位板垂直度偏差控制方面，要求垂直軸線方向＜0.8%，沿軸線方向＜0.6%。待導(dǎo)向架的各項(xiàng)安裝工作均結(jié)束且配套的鋼管樁也穩(wěn)定插打至設(shè)定位置后，組織導(dǎo)向架的拆除作業(yè)，在此過程中加強(qiáng)防護(hù)，避免磕碰；隨后，緊接著前一個(gè)排架向前安裝推進(jìn)，有秩序性地施工。

2.5 沉樁施工

φ2220mm鋼管樁施工時(shí)，根據(jù)鋼管樁最大起重量、鋼管樁最大長(zhǎng)度及地質(zhì)情況，確定施工設(shè)備分別為300t履帶吊、HD160沖擊錘、APE400液壓振動(dòng)錘。經(jīng)過計(jì)算鋼管樁起吊鋼絲繩采用32.5mm。

2.5.1 吊裝施工

鋼管樁到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后采用兩條28m長(zhǎng)直徑32.5mm鋼絲繩配30t眼型鉤，吊住鋼管樁兩端進(jìn)行卸樁。

待導(dǎo)向架安裝固定經(jīng)確認(rèn)過其平面尺寸及垂直度后符合要求后進(jìn)行鋼管樁的起吊工作。鋼管樁的起吊采用300t履帶吊，在樁頭附近對(duì)稱開2個(gè)吊孔，卸扣吊住脫鉤器，再使用脫扣器卡住吊孔，吊住樁頂徐徐上升，直至該樁垂直。

2.5.2 鋼管樁插樁

待鋼管樁放置穩(wěn)定后，首先采用履帶吊機(jī)將鋼管樁吊起，直至樁尖底部超過導(dǎo)向架頂部后，用人工配合將鋼管樁對(duì)準(zhǔn)定位板后將樁慢慢插入土中，待鋼管樁放置穩(wěn)定后用履帶吊起吊液壓振動(dòng)錘夾鉗夾牢樁的頂端，用2臺(tái)經(jīng)緯儀或全站儀成90°交匯將樁定準(zhǔn)位置后起動(dòng)振動(dòng)錘開始沉樁。如發(fā)現(xiàn)樁稍有偏位，測(cè)量員立即通知打樁專職指揮進(jìn)行調(diào)整，插樁直至尚有約50%的樁長(zhǎng)露出地面；若樁位偏差吊機(jī)無(wú)法調(diào)整時(shí)將樁拔起后重新振插，直到符合質(zhì)量要求為止。

2.5.3 鋼管樁錘擊沉樁

首先用液壓振動(dòng)錘沉樁，經(jīng)一段距離的下沉后，樁體因受阻而難以繼續(xù)向下推進(jìn)，此時(shí)轉(zhuǎn)為柴油錘沖擊錘，進(jìn)一步推送鋼管樁，此項(xiàng)操作直至樁體至導(dǎo)向架橫梁上口約1.2m處停止；若現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異常狀況拆除導(dǎo)向架，繼續(xù)向下錘擊鋼管樁，保證鋼管樁準(zhǔn)確到達(dá)指定位置。局部嵌巖樁難以有效沉樁到位時(shí)，由設(shè)計(jì)、監(jiān)理、業(yè)主共同商討，確定適用于實(shí)際施工條件的方案，做針對(duì)性的處理。

鋼管樁插打到位后，各樁的垂直度偏差必須在1%以內(nèi)，彼此間的凈距誤差在20mm以內(nèi)，否則可能會(huì)出現(xiàn)鋼板樁鎖口難以有效套入鋼管樁鎖口的情況。

2.5.4 鋼管樁終錘及控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，鋼管樁沉樁允許偏差見表1。

表1 鋼管樁沉樁允許偏差

滿足如下條件之一者，可以終錘：樁尖所處位置恰好是設(shè)計(jì)標(biāo)高處，且最后3 0 擊平均貫入度≤3mm/擊；樁尖位置準(zhǔn)確，但最后30擊平均貫入度＞3mm/擊時(shí)，在該基礎(chǔ)上繼續(xù)向下錘擊施工，直至實(shí)測(cè)的貫入度≤3mm/擊。

3.常見問題分析及措施

鋼管樁沉樁過程可能因?yàn)榈刭|(zhì)情況、施工措施不當(dāng)、鋼管樁管徑及長(zhǎng)度超規(guī)模等原因出現(xiàn)各種各樣的問題，僅列出常見的集中問題及解決辦法。

（1）鋼管樁未打入設(shè)計(jì)高程、貫入度達(dá)到終錘條件或者錘擊無(wú)下沉。鋼管樁2m范圍內(nèi)地質(zhì)鉆孔，驗(yàn)證鋼管樁是否入巖。如已進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層采用沖孔樁機(jī)沖孔，鉆孔至設(shè)計(jì)高程后重新采用柴油錘送樁，鋼管樁送至設(shè)計(jì)高程后，底部灌注混凝土封底，混凝土灌注長(zhǎng)度由設(shè)計(jì)根據(jù)計(jì)算確定；如未進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖層采用更大型號(hào)柴油錘送樁，如仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)高程仍需引孔。

（2）地表存在板結(jié)砂層或底部有孤石或者硬質(zhì)夾層，無(wú)法正常振插鋼管樁深度5m范圍內(nèi)采用挖機(jī)翻松或清除孤石，超過5m則用鉆孔樁機(jī)引孔。

（3）鋼管樁設(shè)計(jì)頂高程在地面以下，由于地下水高不能開挖送樁。采用挖機(jī)挖除設(shè)計(jì)頂高程至地面樁內(nèi)土，加工送樁器接長(zhǎng)柴油沖擊錘再進(jìn)行送樁。

（4）鋼管樁未打至設(shè)計(jì)高程由于設(shè)備故障停工時(shí)間過長(zhǎng)，鋼管樁管壁與土體密貼增加摩阻力采用柴油沖擊錘送樁困難。采用振動(dòng)錘來回振插鋼管樁，破壞鋼管樁管壁與土體密貼狀態(tài)后再采用柴油沖擊錘送樁。

4.結(jié)束語(yǔ)

鋼管樁在現(xiàn)階段的碼頭工程建設(shè)中取得廣泛的應(yīng)用，但部分工程的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件復(fù)雜，需要加強(qiáng)對(duì)施工技術(shù)的研究與應(yīng)用。通過本文的分析，提出一些鋼管樁施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，希望可以給類似工程提供參考。