管廊下深厚淤泥土錘擊管樁施工關(guān)鍵技術(shù)探究

孫春輝 周星宇 耿志華 楊 榮 王 杰

（中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100000）

0 引言

基于國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力管樁施工現(xiàn)狀，綜合在深厚淤泥質(zhì)土層中施做管樁的復(fù)雜度進(jìn)行研究，確保預(yù)應(yīng)力管樁在流塑狀態(tài)的淤泥沖擊下不發(fā)生剪切破壞，不出現(xiàn)偏樁、斷樁等成樁質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁穿越深厚淤泥質(zhì)土的施工過(guò)程中的關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)分析，以期指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力管樁施工。

1 工程概況

項(xiàng)目位于廣東省江門市濱江新區(qū)啟動(dòng)區(qū)，豐樂(lè)大道管廊布置于道路西側(cè)綠地，北起園山湖，南至華盛路，全長(zhǎng)約0.93km，下穿河道1 處。管廊基礎(chǔ)為預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)。貫入類型采用錘擊樁方式。管樁尺寸為樁徑600mm，壁厚130mm 的AB 型樁；樁徑700mm，壁厚130mm 的AB型樁還有500mm 樁徑的若干管樁。樁身混凝土等級(jí)為C80，項(xiàng)目管樁總工程量為510 根管樁。施工場(chǎng)地高程2.5m，設(shè)計(jì)樁頂高程-3.2m～-4.4m，樁長(zhǎng)約17m～30m，單樁豎向承載力特征值為1200kN。

2 地質(zhì)水文條件

2.1 地質(zhì)條件

江門穿越主河口沖淤積平原，地質(zhì)多為淤泥土發(fā)育，且地表平緩，高程在0.5m～4m，小河溝縱橫，水網(wǎng)發(fā)育，多魚塘、圍堤、稻田、耕地及各類果園用地，地層結(jié)構(gòu)上部為全新統(tǒng)濱海相沉積的軟土，同時(shí)砂層間斷分布，不具有連續(xù)性，分布范圍及分布深度離散型顯著。沿線場(chǎng)地多為魚塘、農(nóng)田。

2.2 水文條件

該地區(qū)雨量充沛，平均降雨量1785mm。4 月到9 月是當(dāng)?shù)氐亩嘤昶?，雨水豐富，可達(dá)1485mm，占全年總雨量 83%。雨季低洼地帶易受到水的侵蝕，出現(xiàn)短暫洪澇現(xiàn)象。項(xiàng)目的地下水有孔隙潛水和基巖裂隙水。主要來(lái)源于地表水和大氣降水。分層測(cè)得地下水混合靜止水位埋深在0.70m～5.60m。標(biāo)高-0.15m～- 0.05m。穩(wěn)定水位隨地形及季節(jié)性氣候影響而波動(dòng)。

3 管樁施工關(guān)鍵技術(shù)

綜上所述，該項(xiàng)目管廊基礎(chǔ)底部有較厚的淤泥軟土層分布，管樁在淤泥中側(cè)向穩(wěn)定性差，容易造成樁身缺陷甚至斷樁，難以保證施工質(zhì)量。且在基礎(chǔ)開挖或重載時(shí)，由于淤泥的流－軟塑狀態(tài)，易流動(dòng)，會(huì)對(duì)管樁形成側(cè)向擠壓和破壞，在樁基施工時(shí)需要充分考慮這些不利因素的影響。

PHC 預(yù)應(yīng)力樁按照國(guó)標(biāo)10G409《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》設(shè)計(jì)制造，管樁制作廠提供產(chǎn)品詳細(xì)圖紙大樣還有相關(guān)說(shuō)明（包括管樁力學(xué)性能指標(biāo)）并提供產(chǎn)品的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量保證書和型式檢驗(yàn)報(bào)告等。

3.1 試驗(yàn)樁施工

在實(shí)施預(yù)應(yīng)力管樁施打前，須就所在土層做試驗(yàn)樁施工。根據(jù)該項(xiàng)目和有關(guān)規(guī)范確定，該工程試驗(yàn)樁數(shù)量為6根。這項(xiàng)工作內(nèi)容為測(cè)出正式施工管樁時(shí)的錘擊力大下、加載頻率、加載速率、卸載條件、管樁偏位歪斜程度等施工參數(shù)具體指標(biāo)。通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)的反復(fù)測(cè)算復(fù)核，來(lái)提供正式管樁施工時(shí)候的錘擊方式。

3.2 樁身承載力分析

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)具體布置，從中間向四周施打；或從一側(cè)向另一側(cè)施打。該工程采用從一側(cè)向另一側(cè)施打施打順序。由于該工程施工須穿越20m 厚的淤泥質(zhì)土，其施打難度極大，前期試驗(yàn)樁的技術(shù)參數(shù)對(duì)正式結(jié)構(gòu)樁施工有重要影響。打樁前在樁身上用標(biāo)尺標(biāo)記出每m 情況線，方便在打樁時(shí)進(jìn)行記錄。每節(jié)樁吊運(yùn)起來(lái)并放入指定位置開始錘擊前都須經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查對(duì)中，校核無(wú)誤后，方可進(jìn)行。通過(guò)測(cè)量反復(fù)確定樁位準(zhǔn)確沒(méi)有歪斜，偏位等問(wèn)題。管樁施工步驟如圖1 所示。

管樁施打至持力層或達(dá)到設(shè)計(jì)要求的貫入度，即可收錘。貫入度值的測(cè)量以樁頭完好無(wú)損、柴油錘跳動(dòng)正常為前提。貫入度的測(cè)量采用收錘紙進(jìn)行收錘測(cè)驗(yàn)繪出管樁收錘時(shí)的回彈曲線，以測(cè)出最后貫入度值及回彈值，以便真實(shí)記錄和反映收錘情況。

送樁深度超過(guò)2m 且不大于6m 時(shí)，打樁機(jī)用三點(diǎn)支撐履帶自行式或步履式柴油打樁機(jī)；接樁注意連接端板的對(duì)中，其構(gòu)造如圖2 所示。樁帽和樁錘之間應(yīng)用豎紋硬木或盤圓層疊的鋼絲繩作“錘墊”，其厚度宜取150mm～200mm；施工現(xiàn)場(chǎng)配備樁身垂直度觀測(cè)儀器，隨時(shí)量測(cè)樁身的垂直度。

圖1 柴油錘擊樁施工工藝流程圖

圖2 PHC 管樁接樁示意圖

根據(jù)設(shè)計(jì)值給定，該工程所選管樁的實(shí)際施工后的單樁承載力特征值為1200kN。根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，由公式（1）可以反推單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

式中：R 為單樁承載力特征值，K 為單樁安全系數(shù)。安全系數(shù)一般取2；Q 為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

引入單樁極限承載力經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法，得到公式。

式中:q 為樁側(cè)第i 層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值； pkq 為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；u 為樁身周長(zhǎng)；l為樁周第i 層土的厚度；A 為樁端面積。

還需要再引入單樁承載力的安全儲(chǔ)備問(wèn)題，對(duì)安全出奔進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，如公式（3）所示。

通過(guò)對(duì)比值系數(shù)η 的計(jì)算，可以得出錘擊管樁試驗(yàn)的對(duì)比數(shù)據(jù)，按照10%的分位數(shù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，可得每一分位上的頻數(shù)分布N，將比值系數(shù)和頻數(shù)分布結(jié)合，得到頻數(shù)分布直方圖，便于分析。統(tǒng)計(jì)出試樁和正式打樁的3 種不同樁徑的頻數(shù)分布情況，如圖3 所示。

分布結(jié)果表明，比值系數(shù)趨于1.2-1.6 的為主要大多數(shù)管樁，這類樁安全儲(chǔ)備相對(duì)較高，基本處于I 類樁，其承載能力和質(zhì)量均符合要求。極少數(shù)量樁（大概在6 根左右）其安全儲(chǔ)備值位于0.8 和1.9，這2 類為廢樁，原因可能是在管樁受力過(guò)程中產(chǎn)生的偏樁和擠土效應(yīng)，在現(xiàn)場(chǎng)施工中須注意施打順序和土層研究，對(duì)錘擊力的荷載控制要結(jié)合頻數(shù)分布表來(lái)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

圖3 比值系數(shù)頻數(shù)分布直方圖

3.3 驗(yàn)收指標(biāo)

管樁施打過(guò)程中，宜重錘輕擊，保持樁錘、樁帽和樁身的中心線在同一條直線上，并隨時(shí)檢查樁身的垂直度。樁錘和樁帽與樁圓周的間隙為5mm～10mm。收錘標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)試樁最后三陣每陣10 擊貫入度確定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已做試樁結(jié)果，錘擊管樁的收錘標(biāo)準(zhǔn)見表1。

預(yù)應(yīng)力管樁全面施工后，應(yīng)在以下4 個(gè)方面進(jìn)行全面控制：1）選擇有代表性的位置進(jìn)行試沉樁，由于現(xiàn)場(chǎng)深厚淤泥大量發(fā)育，須在具有代表性的場(chǎng)地土層進(jìn)行管樁試樁，根據(jù)試沉樁結(jié)果會(huì)同相關(guān)各方共同協(xié)商后最終確定沉樁的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。2）管樁施工時(shí)按樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高及最終貫入度（根據(jù)施工藝協(xié)商確定）進(jìn)行雙控。根據(jù)詳勘報(bào)告意見，以貫入度為主，樁長(zhǎng)為輔。采用植樁法工藝時(shí)，應(yīng)以嵌入持力層深度控制為主。3）在群樁沉樁時(shí)應(yīng)合理布置壓樁順序，盡量減少擠土效應(yīng)。4）沉樁過(guò)程中遇孤石時(shí)，應(yīng)逐批進(jìn)行樁身低應(yīng)變動(dòng)力測(cè)試，對(duì)樁身有損傷的情況，根據(jù)其損傷程度決定是否補(bǔ)樁。

表1 錘擊管樁收錘貫入度指標(biāo)

3.4 機(jī)械引孔

現(xiàn)場(chǎng)深厚淤泥地質(zhì)分布有大量離散的砂層或砂質(zhì)土層，由于是離散型，地勘報(bào)告中無(wú)法準(zhǔn)確給出其所在范圍及標(biāo)高位置。因此根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)打樁情況，從經(jīng)驗(yàn)角度出發(fā)，認(rèn)為當(dāng)砂層超過(guò)3m 或間斷分布砂層總厚度達(dá)5m 及以上時(shí)，結(jié)合施工不可貿(mào)然錘擊管樁，而應(yīng)采取機(jī)械外力輔助引孔，再進(jìn)行管樁錘擊施工。

該工程選用方法為螺旋鉆桿干作業(yè)施工完成對(duì)砂層的鉆進(jìn)施工，工藝是將砂層全部鉆通，引出所在位置管樁的沉樁點(diǎn)，通過(guò)引孔，使得管樁透過(guò)砂層，從砂層底開始錘擊。這樣的施工方法將改善管樁施工效率，同時(shí)有利于管樁沉樁，不會(huì)對(duì)周邊土層帶來(lái)較大擾動(dòng)。因?yàn)樯皩右驯汇@透，管樁下沉過(guò)程不會(huì)遇到砂層的阻礙，不會(huì)受其影響而無(wú)法向下傳遞荷載。

3.4.1 引孔尺寸確定

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行引孔作業(yè)，需要明確引孔長(zhǎng)度和引孔大小。引孔大小容易確定。鉆進(jìn)設(shè)備可根據(jù)砂層所在厚度、地面標(biāo)高進(jìn)行選擇，鉆進(jìn)設(shè)備需要有足夠功率帶動(dòng)砂層攪拌切削，能保證正常鉆出孔，而引孔的深度確定原則為引孔深度穿越砂層，砂層底標(biāo)高根據(jù)區(qū)域內(nèi)砂層最深分布標(biāo)高確定。施工時(shí)可隨鉆隨打，并采取防坍孔措施。

3.4.2 引孔工藝流程

機(jī)械引孔根據(jù)已探明的砂層區(qū)域，進(jìn)行機(jī)械整平、鉆桿校正、鉆桿鉆具試配、安裝等前期工序，然后開始向下鉆進(jìn)。鉆到砂層底標(biāo)高，即可停鉆，隨鉆進(jìn)過(guò)程及時(shí)開展管樁施打。工藝流程如圖3 所示。

4 結(jié)論

該文所述預(yù)應(yīng)力管樁施工過(guò)程，在淤泥質(zhì)土層中效果顯著?？偨Y(jié)實(shí)際施工，得出下列結(jié)論：1）試驗(yàn)樁先行。在淤泥質(zhì)土層尤其是深厚淤泥質(zhì)土層中施工預(yù)應(yīng)力管樁，須在適當(dāng)區(qū)域施打足夠的預(yù)應(yīng)力管樁試驗(yàn)樁，其目的是確定正式管樁施工時(shí)的施工過(guò)程參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)的控制，防止出現(xiàn)由于土層的強(qiáng)剪切效應(yīng)帶來(lái)的偏樁、斷樁的不利情況。2）打樁過(guò)程中對(duì)施工錘擊的精確控制，不得超打，也不得欠打。須合理以貫入度最后三陣的指標(biāo)為參考，保證錘擊管樁施工就位，樁身順利到達(dá)土層指定位置進(jìn)行。3）深厚淤泥條件下的管樁施工容易遇到砂層的阻礙而無(wú)法順利完成施工，對(duì)于砂層的干擾，可采取機(jī)械引孔的方式把樁孔鉆投砂層，然后再送樁至砂層以下，進(jìn)行管樁施工。這個(gè)方法高效，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中可以明顯提升施工效率。

圖3 機(jī)械引孔輔助管樁工藝