大直徑PHC 管樁施工技術(shù)在海上的應(yīng)用

許谷星，謝玉磊

（江西省地質(zhì)工程（集團）公司，南昌 330030）

1 引言

大直徑PHC 管樁（直徑≥1 m）具有結(jié)構(gòu)強度高、剛度大、結(jié)構(gòu)承載力大、耐錘擊能力強、抗彎能力高、可貫入性好、抗?jié)B性能好等特點[1]。 隨著工程建設(shè)技術(shù)的快速發(fā)展，大直徑PHC管樁從工業(yè)建設(shè)發(fā)展到海上碼頭和橋梁的應(yīng)用。 由于在海上施工環(huán)境的特殊性，潮汐使海水平面起伏不定，洋流對樁身的破壞等問題的影響，需要在施工過程中綜合考慮，嚴格控制施工質(zhì)量。 本文通過福州港沙埕港區(qū)某作業(yè)區(qū)項目的大直徑PHC 管樁施工， 對施工過程進行嚴格控制并提出關(guān)鍵施工技術(shù)，確保了施工質(zhì)量及工期。

2 工程概況

2.1 項目概況

福州港沙埕港區(qū)某作業(yè)區(qū)為一個5×104t 級通用泊位，裝卸的主要貨種為紅土礦、建筑用砂和石板材，設(shè)計年通過能力為1.9×106t。 碼頭總長275.0 m，寬24.0 m，共分4 個結(jié)構(gòu)段，長度分別為66.5 m、66.5 m、66 m、76 m。 碼頭平臺北側(cè)兩個結(jié)構(gòu)段樁基采用直徑1 200 mm PHC 管樁（C 型）結(jié)構(gòu)：單個排架布置7 根樁， 其中有兩對叉樁，PHC 樁持力層為強風化凝灰熔巖。連接碼頭平臺是3 座棧橋，其中兩座棧橋長80 m，另一座長25 m， 棧橋?qū)挾染鶠?3.25 m。 棧橋排架由3 根直徑1 000 mm PHC 樁（B 型）組成，PHC 樁持力層為強風化凝灰熔巖。樁頂現(xiàn)澆C40 橫梁，上設(shè)空心板、現(xiàn)澆層及磨耗層。

2.2 巖土特征

根據(jù)勘察野外鉆探報告顯示本工程地層分為8 個工程地質(zhì)層。

①素填土：頂板標高24.68 m，層厚7.60 m，土層呈灰黃色，成分主要由凝灰熔巖風化砂土組成，松散，稍濕～濕。

②碎石：頂板標高-0.55～15.71 m，層厚0.80～4.70 m，土層呈深灰色，碎石含量約占60%，巖性主要以中風化凝灰熔巖為主，稍密，稍濕～飽和。

③淤泥：頂板標高-19.70～-0.44 m，層厚1.45～33.60 m，土層呈深灰色、淺灰綠色，成分主要粉黏粒，流塑，飽和。

③-1 粉砂：頂板標高-44.16～-33.15 m，層厚2.20～8.05 m，成分主要為粉砂，松散～稍密，飽和。

③-2 碎石：頂板標高-43.55～-26.76 m，層厚0.73～5.37 m，碎石含量約占50%～60%，松散～稍密，飽和。

④粉質(zhì)黏土：頂板標高9.14～80.28 m，層厚0.50～5.60 m，成分主要為粉黏粒及少量砂粒，可塑～硬塑，稍濕～飽和。

④-1 含碎石粉質(zhì)黏土： 頂板標高31.06～66.18 m， 層厚1.50～6.30 m， 成分主要由粉黏及砂粒組成， 可塑～硬塑，稍濕～飽和。

⑤含碎石粉質(zhì)黏土： 頂板標高-51.90～-6.33 m， 層厚0.70～7.00 m，成分主要由粉黏及砂粒組成，硬塑，飽和。

⑥全風化凝灰熔巖：頂板標高-49.05～78.48 m，層厚1.10～4.90 m，礦物成分基本風化破壞，巖芯砂土狀，砂感強，濕水易軟化。

⑦砂土狀強風化凝灰熔巖： 頂板標高-53.90～76.68 m，層厚0.80～15.40 m，砂感強，濕水易軟化，崩解。

⑧碎塊狀強風化凝灰熔巖：頂板標高-58.68～-8.00 m，層厚0.60～4.45 m，巖石堅硬程度為軟巖，為破碎狀態(tài)，等級為Ⅴ級。

2.3 水文情況

工程水域受地形控制，灣內(nèi)基本上是往復(fù)流，深槽部分漲落潮流向基本上與槽向一致， 而淺灘和灣沃部位流向略有分散， 潮流呈旋轉(zhuǎn)流性質(zhì)。 本海區(qū)漲潮歷時與落潮歷時相差不大，漲、落潮潮差也相差不大，呈正規(guī)半日潮的特性。

3 施工工藝

打樁船駐位→運樁方駁就位→劃樁→移船吊樁→樁入龍口、 套替打→沉樁就位→樁和替打自沉→壓錘→錘擊施工→夾樁施工→截、接樁。

4 施工控制要點

4.1 平面控制

PHC 管樁定位采用GPS 儀器進行測量放樣， 沉樁前期，岸上設(shè)1 臺全站儀、2 臺經(jīng)緯儀按前方任意角交會法[2]進行初步復(fù)核無誤后，再采用GPS 進行最終定位。 在使用過程中定期用GPS 靜態(tài)測量的方法進行復(fù)核校正。 控制點測量盡量采用一個固定的測量方法，避免系統(tǒng)誤差，確保軸線順直。

4.2 高程控制

在碼頭布設(shè)水準觀測點，觀測點采用銅芯制作，施工過程中做好保護措施。 標高測量采用高精水準儀測量，根據(jù)施工需要可在合適區(qū)域增加臨時水準觀測點。

4.3 預(yù)制樁裝船

裝船過程中，按照沉樁順序表以及樁駁圖進行落駁，遵循“以先施工后裝，后施工先裝”的駁樁原則[3]，避免后期施工出現(xiàn)翻樁。 疊放層數(shù)≤3 層，且同一層內(nèi)，先施工的擺放在兩側(cè)，后施工的擺放在中間。 PHC 管樁重量不超過駁船裝載限重的70%，保證航行安全。 裝船過程中，對每根樁進行嚴格的質(zhì)量檢查。 主要檢查項目：長度、直徑、軸線偏差、樁頭垂直度、吊點、合格證、數(shù)量等，表格填寫相應(yīng)情況。

裝樁時，底層下設(shè)置4 個支點進行擱置，擱置處設(shè)在樁端2 個吊點附近，墊塊水平度需要符合平整度要求，每層之間采用方木隔墊， 每層隔墊安放在同一位置并加塞木楔確保管樁堆放穩(wěn)固，無活動現(xiàn)象，最后采用緊固繩進行固定，以免在航運中PHC 管樁相互碰撞而損壞，如圖1 所示。

圖1 運樁船上樁的固定示意

4.4 試樁

在正式施工之前，進行試樁施工，確定各項施工參數(shù)。

1）確定試樁區(qū)各土層的樁側(cè)摩阻力和樁端極限阻力的兩個標準值， 確定樁端閉塞效應(yīng)系數(shù)及選擇碼頭區(qū)域基樁的合理持力層，為確定樁長提供根據(jù)。

2）根據(jù)各打入樁的沉樁情況，為正式施工的錘型和停錘標準提供參考資料。

3）通過高應(yīng)變動力測驗，為以后工程樁檢測并確定樁基承載力提供依據(jù)。

4.5 沉樁設(shè)備的選擇

4.5.1 打樁船

打樁船的樁架高度應(yīng)滿足最大樁長與水深之和的要求，其動力系統(tǒng)能適應(yīng)本工程的海上施工條件。 使用的打樁船主要參數(shù)見表1。

表1 打樁船主要性能參數(shù)表

4.5.2 樁錘選擇

本工程樁基為φ1 200mm、φ1 000mm PHC 管樁。 根據(jù)試樁施工參數(shù)，錘型采用D128 型柴油錘，D128 型柴油錘性能主要參數(shù)見表2。

表2 D128 型柴油錘性能參數(shù)表

4.5.3 沉樁停錘標準

沉樁停錘標準以標高控制為主，貫入度僅作校核[4]。 當樁尖未達到設(shè)計標高，采用D128 型，油門三擋，貫入度已小于5 mm/ 擊，應(yīng)繼續(xù)錘擊，錘擊30～50 擊或錘擊100 mm，若此時，平均貫入度仍小于5 mm/ 擊，且高程相差小于1 m 時，可停錘，若大于1 m 時，應(yīng)另行研究處理。

5 沉樁施工工藝

5.1 打樁船駐位

打樁船順流拋八字錨、前后抽心錨、上游打樁船施工段輔助錨共7 根錨纜， 端部安裝錨重12 t 的海軍錨6 口， 纜長約500 m，纜徑47.5 mm，兩口12 錨備用，施工過程中應(yīng)根據(jù)潮位等施工環(huán)境變化可調(diào)整錨纜的長短。

5.2 運樁方駁就位

為便于起吊，運樁方駁在打樁船左前定位（打樁船主鉤在樁頂一側(cè)），如圖2 所示。

圖2 打樁船錨纜布設(shè)示意圖

5.3 劃樁

樁頂以下10 m 范圍采用紅色油墨按10 cm 的間距進行半圈刻畫標線，其余范圍采用間距為50 cm 劃線。

5.4 移船吊樁

待樁駁駐位后， 打樁船松前進纜同時絞后錨和一側(cè)邊錨使打樁船以最快速度靠近樁駁， 船頭轉(zhuǎn)到運樁駁一側(cè)進行吊樁，采用四點吊起吊（采用四點吊時，下吊索長度取0.5～0.6L（L 為樁長），吊樁高度H' 不宜小于0.8L），進龍口采用樁頭2點吊。

管樁起吊時，先平穩(wěn)起吊到一定高度，再進行上部大鉤回收，起主要提升作用，下部大鉤緩緩放松起輔助作用，以免管樁無序晃動，最后進行立樁。

5.5 樁入龍口、套替打

立樁完畢， 通過調(diào)整樁架的垂直度和替打的高度使管樁上口嵌入替打裝置，完成樁入龍口，此時將下部大鉤落下并卸除，然后關(guān)閉抱樁器。

5.6 沉樁定位

打樁船通過采用RTK GPS 模式的3 臺GPS 站和2 臺傾角傳感器進行調(diào)整船體的位置、方向和姿態(tài)，通過調(diào)整直至樁位符合設(shè)計要求后進行沉樁。 圖3 和圖4 分別為船上定位儀和定位控制室。

圖3 船上定位儀

圖4 定位控制室

5.7 樁和替打自沉

樁定位完畢，啟動電動機，控制錘和替打的鋼絲繩緩慢下降，使樁和替打緩慢下沉，自動下沉至海底面。

5.8 壓錘

樁自沉至不能再下沉后， 逐步減少鋼絲繩的拉力采用樁錘進行壓錘[5]，在壓錘過程中需要不斷觀察樁的偏位和垂直度的情況，如果出現(xiàn)偏差過大情況，應(yīng)停止壓錘并提升樁錘，通過調(diào)整打樁船錨纜和樁架垂直度已滿足設(shè)計要求后重新壓錘。

5.9 錘擊施工

壓錘結(jié)束后，先替打，同步采用GPS 和傾角傳感器觀測樁的偏位及垂直度，當樁位及垂直度滿足設(shè)計要求時，可以開始錘擊。管樁施工順序為平行后退法施工。樁頂標高及貫入度由岸上水準儀和樁架上的高程監(jiān)測系統(tǒng)實時控制及校核。 打樁貫入度可以通過樁身劃線測量下沉量和配備“錘擊計數(shù)器”記錄的打樁錘擊數(shù)進行計算， 滿足設(shè)計要求后停止錘擊結(jié)束施工。

5.10 夾樁施工

每根樁施打完成后，及時由500 t 多功能駁（配50 t 吊機）進行夾樁作業(yè)，夾樁平臺采用鋼抱箍為支撐點，縱橫向安放雙扣22#槽鋼將其與周圍已沉樁連成片，夾樁平臺可以避免因自由長度過大或外力作用造成單樁發(fā)生移位或傾覆。 承重圍囹布置示意如圖5 所示。 夾樁時注意以下事項：

圖5 承重圍囹布置示意圖

1）選擇施工環(huán)境比較好時進行夾樁作業(yè)，當測量抱箍標高時， 工作船側(cè)應(yīng)安設(shè)連續(xù)的固定護舷或足夠的手提護球并慢慢接近樁體，以免樁身被碰撞破壞樁身防護層。

2）抱箍螺栓必須用專用扳手擰緊，并且擰緊過程中必須用手錘沿抱箍四周對稱敲擊使其密貼， 確保樁與鋼抱箍間的摩擦力能滿足夾樁平臺的垂直荷載要求。 但敲擊力度不能過大，以免損壞保護樁身的防腐層，需在鋼抱箍與樁身之間墊放橡膠墊減少沖擊和增加摩擦力。

5.11 截、接樁

夾樁完成后，由測量人員實測樁偏位數(shù)據(jù)，再根據(jù)樁頂標高放樣位置對樁頂進行切割或接樁并修平。 截樁先采用鋼絲繩捆綁樁頭，由吊機吊住后才能切割，以免截下的樁頭傾倒傷人或墜入海中，由吊機將切割下來的樁頭吊走。 接樁（不低于設(shè)計樁頂標高30 cm） 可以制作漏斗式模板與承臺一起澆筑。

6 結(jié)語

本工程通過在海上施工大直徑PHC 管樁的定位、 吊樁、錘擊過程關(guān)鍵工藝的控制， 并及時采用鋼抱箍平臺把單樁連成整體防外部因素的擾動破壞， 解決了海上施工大直徑PHC管樁的定位等施工難題。 大直徑PHC 管樁施工結(jié)束后7 d 進行高應(yīng)變動測（PDA），檢測結(jié)果均符合設(shè)計要求。