鋼筋混凝土錨樁在振沖密實區施工的探討

周偉，周維，王福強

（1.中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230；2.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430014）

1 工程概況

QICT二期項目[1-2]位于巴基斯坦卡拉奇市QASIM港，為現有QASIM港國際集裝箱一期碼頭的擴建工程。碼頭前軌基礎為鋼管樁與鋼板樁鎖口聯接的連片式結構，每根鋼管樁內采用2根錨桿分別與后方的錨碇系統相連，錨桿通過錨梁將力傳遞到連片式錨樁上，形成連續受力體；碼頭后軌基礎為灌注樁基礎。主要結構如圖1所示。

碼頭后方的錨錠系統采用鋼筋混凝土錨樁，該錨樁為非預應力C50混凝土實心樁，樁長9.0 m，截面尺寸1.09 m×0.8 m，單根樁質量約20 t。錨樁沉樁完成后樁頂標高為+3.5 m、底標高為-5.5 m，結構尺寸詳見圖2。錨樁間為陰陽榫互鎖結構，兩樁間隙允許偏差50 mm，垂直度控制在1∶75以內。

錨樁施工區域全為推填施工的粉細砂，振沖前粉細砂的標貫擊數為6～11擊。為了提高粉細砂的抗液化能力，在錨樁施工前，按照設計要求對粉細砂進行了加中粗砂的振沖施工。振沖施工后，錨樁施工區域的標貫擊數達到20～50擊。

2 施工機具性能

根據前述地質特性、設計要求和相關施工經驗，選用JB160全液壓步履式打樁機掛D80柴油錘施打非預應力鋼筋混凝土錨樁，施工設備性能參數見表1～表3[3]。

3 試樁施工

試樁施工利用JB160步履式打樁機配備D80柴油錘進行。施工方法采用單獨插打法，即定位1根，施打1根。為盡可能地避免打壞樁頭，施工過程中采用“重錘輕打”，即一般情況下采用D80柴油錘的二檔進行施工（三檔以上沉樁對樁頂部混凝土存在破壞），為了控制錨樁墻的軸線位置，保證樁的垂直度，減小樁的平面扭曲和提高定位的效率，施工時采用導向架進行限位，如圖3所示。

施工過程中采用導向架控制錨樁平面位置，1臺全站儀和1臺經緯儀交匯控制錨樁垂直度。

圖1 碼頭典型斷面圖

圖2 錨樁結構圖

圖3 導向架示意圖

表1 JB160全液壓步履式打樁機主要參數

表2 D80柴油錘技術參數表

表3 錨樁定位及垂直度測量控制設備

打樁施工見圖4。第1根錨樁（AW19）施工時，利用已經施工的AW12錨碇鉆孔樁作為安裝導向架的支撐樁，同時，由于本錨樁為單劈式樁尖，樁尖陰榫的倒角部分在沉樁時將受到較大的水平推緊力，使樁尖緊貼鄰近的錨樁。

圖4 錨樁施工示意圖

為了限制第1根樁在沉樁水平推力作用下發生偏位，AW19樁施工前在AW12錨碇鉆孔樁西側利用振動錘打入了長度超過9 m的H型鋼作為HN700定位鋼樁，利用HN700和AW12鉆孔樁共同抵擋這個水平推緊力，見圖3示。后續的錨樁施工就利用前1根錨樁的陰榫、左右的導向架滾輪和錨樁后側限位型鋼共同作用來控制錨樁的平面位置。

4 試樁施工存在的問題

本項目于2009年9月6日開始錨樁試樁施工，截至2009年10月12日，共施工錨樁11根。詳細情況見表4。

表4 試樁施工情況一覽表

錨樁施工后平面位置偏位較大，如圖5所示。

根據目前這11根試樁施工情況，發現存在如下問題：

（1）沉樁貫入度小，總錘擊數高；

（2）錨樁定位困難，沉樁過程中錨樁偏位嚴重；

（3）施工過程中樁頭破碎嚴重，樁身局部存在裂縫。

圖5 錨樁施工平面位置對比圖

5 問題分析和解決

5.1 沉樁貫入度小，總錘擊數高

通過表4可以發現錨樁沉樁過程中除了AW19樁沉樁貫入度稍大以外，其余的錨樁貫入度都很小，平均在2 mm左右，最小貫入度低于2 mm；且低于2 mm貫入度的錘擊數較多，持續時間較長。這對于D80柴油錘造成的損傷較大，同時也對錨樁樁頭和樁身混凝土造成一定的破壞。

分析原因，主要有以下幾點：

（1）振沖施工后，砂體密實，標貫擊數達到了20擊以上，最高達到51擊，這是造成錨樁總錘擊數過多的直接原因。對普通非預應力混凝土樁而言，標貫擊數在18～20擊，打樁困難的概率就已經很大了。

（2）粉細砂層在受打樁振動的影響下，錨樁附近的砂土顆粒重新分布而更加密實，吸收了大量能量。同時，錨樁沉樁過程中將等同于錨樁體積的土體擠入了周邊砂土中，使已經振沖密實的砂土更加密實了。由于錨樁是依次緊挨施打的，土體相繼被加密，因而更增加了后續沉樁施工難度。

（3）錨樁樁尖截面尺寸過大，為660 mm×500 mm的矩形體，不利于沉樁過程中的樁尖擠土。

（4）后錨樁樁尖與前錨樁樁身在水平擠土推力作用下產生的摩擦或陰陽榫相互擠壓摩擦，消耗了錘擊能量，增加錘擊次數，造成沉樁困難。

采取的施工措施：

（1）增加鋼樁尖度：通過增加鋼樁尖度，增加錨樁擠土能力，減少端阻力以減少總錘擊數。試驗樁分別為AW27和AW29樁。樁尖形式如圖6所示。

圖6 AW27、AW29錨樁鋼樁尖結構

經試驗，AW27和AW29樁鋼樁尖施工效果相對較好，能夠有效減小入土阻力，減少錘擊數。

（2）減小穿透密實砂體的厚度：由于AW24樁總錘擊數達到了4 247錘，對于長度只有9 m的樁來說，錘擊數明顯過高。為此，在錨樁施工前將錨樁施工區域開挖到-0.5 m再進行沉樁施工，開挖后，錨樁穿透砂體的實際厚度只有5 m左右。

從AW25樁開始，現場按照此方法進行施工。由于減少了錨樁穿透硬層的深度，所以錘擊數有所減少。但是相對的貫入度仍然很小。

（3）利用旋挖鉆機將施工區域旋挖后沉樁，見圖7。

圖7 錨樁施工位置旋挖

在AW28沉樁區域，施工前利用旋挖鉆機配直徑800 mm的螺旋鉆對錨樁沉樁區域進行了旋挖，旋挖深度8 m。旋挖完成后定位沉樁，定位時，周邊砂體坍塌到+0.5 m標高，壓樁后，樁尖壓到-0.2 m標高，開始沉樁。在樁尖從-0.2 m施工到-2.5 m的過程中貫入度較大，-1.5 m到-2.5 m的平均貫入度為2.72 mm，但是從-2.5 m到-5.5 m標高的沉樁平均貫入度為1.4 mm左右，仍不理想。

（4）控制沉樁的偏位，減少錨樁間摩擦或陰陽榫相互擠壓摩擦。具體的偏位控制后面有詳述。而且為避免出現陽榫被陰榫內的密實砂體擠出效應，在錨樁施打前要清理前1根錨樁陰榫內的密實砂體。

通過以上措施，在后續的沉樁施工中貫入度有了明顯改善，錘擊數也有了明顯的降低。基本上平均貫入度都在5 mm以上，錘擊數在2 000擊以內。

5.2 錨樁定位困難，沉樁過程中錨樁偏位嚴重

錨樁初定位中，由于受導向架的約束，可以很精確地進行初定位。然而一旦開始響錘后，由于海側土體容易被擠壓及樁尖水平推力共同作用下，接觸并擠動導向架定位滾輪和陰榫側的定位型鋼，造成導向架定位滾輪支座被剪切破壞，陰榫側定位型鋼發生形變，錨樁與導向架架體直接接觸。這導致了單根錨樁往往要經過定位→沉樁→拔樁（或挖樁）→再定位→再沉樁……才能開始正常沉樁施工，這個過程最長達到了3 h，沉樁拔樁4次。

錨樁定位導向架在錨樁定位的時候可以輔助錨樁快速定位，但是在錘擊的過程中，導向架無法限制住錨樁在水平推力作用下產生傾斜。

另外，由于側向限位不夠理想，沉樁阻力大，發生以陰榫槽為支撐點的旋轉。且旋轉發生有隨機性，導致樁軸線不在一條直線上。

根據以上實驗和分析，施工中采取如下改進措施：

（1）安裝混凝土定位梁：先將錨樁施工區域開挖約1 m，然后在錨樁區兩側整平各安裝1根混凝土定位梁，該梁長11.11 m，斷面為0.8 m×0.8 m，重約18 t，安裝如圖8所示。定位完成后，將混凝土定位梁兩側土體回填，形成一定壓力差，且重約160 t的打樁架在岸側直接壓在混凝土定位梁上施工，限制定位梁的位移，從而有效減少錨樁的偏位。

混凝土定位梁上采用植筋法安裝鋼梁，通過鋼梁上的雙 35對定位架安裝固定。

（2）安裝定位架：以混凝土定位梁為根基，鋼梁為銜接，在錨樁的西側固定2套定位架，高約1.9 m，具體如圖9所示。通過這兩個定位架可以有效限制錨樁向圖9中的左側位移，使得錨樁陽榫和前樁陰榫較好接觸，從而限制錨樁陽榫的側位移，有效避免錨樁扭轉。

圖8 定位梁安裝圖

圖9 定位架安裝圖

（3）改進替打：根據錨樁的截面尺寸加工替打，錨樁套入替打后，錨樁與替打間僅有1 cm間隙。將原有的3面封閉，1面開口的替打（為防止替打啃樁，在陽榫側，無替打擋裙），加工為4面封閉的替打（在陽榫側增加一個用螺栓連接的可拆卸擋裙，當錨樁快沉入設計標高后，拆除陽榫擋裙）。具體尺寸見圖10。

通過以上措施，后續的沉樁中偏位情況明顯改善，兩樁間隙基本控制在50 mm以內，垂直度控制在1∶75以內，滿足設計要求。

5.3 施工過程中樁頭破碎嚴重，樁身局部存在裂縫

由于錨樁錘擊貫入度極小，并且錨樁在錘擊過程中的位移導致樁身傾斜，產生偏心錘擊，從而導致樁頭破壞嚴重，甚至樁身出現裂紋[4]。

根據以上情況，采取施工措施如下：

（1）改進樁墊：原有樁墊為2層5 cm厚模板，改進為1層5 cm厚模板+2層3 cm麻繩。

（2）為了進一步摸清錨樁施工過程中的阻力情況和裂縫影響，對錨樁用CAPWAPC法進行了檢測分析，試驗結果如表5所示。

從表5可知，錨樁的完整性良好。

圖10 改進后的替打圖

表5 AW26樁高應變試驗結果

（3）從表觀質量和耐久性考慮，對樁頭進行修補。將原樁頭破損區域松散混凝土鑿除干凈，利用角磨機加鋼絲球對鋼筋進行打磨處理，安裝模板，涂抹環氧樹脂粘結劑，澆筑C50不收縮砂漿。

6 今后施工的建議

實施本項目，混凝土錨樁在振沖密實區的施工難度較大，而且每個錨樁的鎖口之間要有效地連接起來，定位難度相當大。為此，提出以下幾點建議，供類似工程參考：

（1）在設計允許的條件下調整振沖和打樁的施工順序，以盡量減少打樁施工的難度。

（2）錨樁的樁尖形狀要對稱，并核算樁的重心與樁尖著地面的中心及樁頂的中心在同一垂線上，可以有效減少定位難度和避免偏心受力。

（3）錨樁的鎖口形狀在設計受力允許條件下可以改成圓弧形，且鎖口接觸面可以考慮其他材料，以有效減少鎖口間的摩擦力，減少沉樁阻力。

（4）錨樁樁頭可增加護面鋼板保護，同時盡量采用大型液壓錘施工，以減少柴油錘沖擊速度對樁頭的破壞。

[1]巴基斯坦QASIM港QICT二期項目圖紙[Z].廣州：中交第四航務工程勘察設計院.

[2]巴基斯坦QASIM港QICT二期項目技術規格書[Z].廣州：中交第四航務工程勘察設計院.

[3]BS 8004：1986，Code of Practice for Foundations[S].

[4]徐群哲，廖宜勤.美國PIT低應變動測儀和高應變CAPWAPC法在基樁質量檢測中的應用[J].江西建材，2000，（3）.