淺析港口工程預制樁沉樁工藝及溜樁的質量控制

■阮寅鍇

(福建省港口工程有限公司，福州 350001)

0 引言

在高樁碼頭工程施工中，沉樁是重要工序之一，它對工程的質量和進度有著很大的影響。 根據克服土壤阻力的機理不同，主要的沉樁方法有錘擊法、震動法、射水法、壓入法及嵌巖沉樁法等。在軟土地基中，常用工藝為錘擊法。錘擊法沉樁是利用錘的斷續沖擊，樁周圍土體不斷受擠壓、剪切破壞、使樁逐步下沉的沉樁方法，它是預制樁最常用的沉樁方法之一。該法適應范圍廣，機械化施工速度快，樁身強度高，樁基質量有保證，無排污問題，現場文明程度高； 但也存在一些施工病害， 如施工時振動噪音大，大面積施工存在嚴重“擠土效應”，將會產生較大的超孔隙水壓力，使土體降起并向側向擠壓，后打樁將擠壓已打的工程樁使之產生偏移、上浮等副作用。錘擊法一般適用于松散、中密砂土、黏性土以及松散的碎卵石類土。

1 工程概況

“閩江馬尾對臺綜合客運碼頭1#～3# 泊位工程(水工及陸域形成部分)”項目建設地點位于福州市馬尾區瑯岐島西北部三平南兜村附近， 即福州閩江口內港區瑯岐岸段的1#～3# 泊位。 本工程主要包括擬建1#～3# 碼頭和棧橋、后方護岸陸域形成及回旋水域。

1# 泊位為5000 噸級客貨泊位(水工結構按靠泊2 萬GT 客貨滾裝船設計)， 采用高樁離岸式布置；2#、3# 泊位為2 個500GT 客運泊位，采用浮碼頭結構形式。 碼頭平臺總長度158m，分3 個結構段，第一與第三個結構段長50.5m，第二個結構段長57m。 碼頭均采用樁基結構，基樁采用248 根Φ600mm×600mm 預應力方樁(其中備樁12根)，樁基持力層落在中砂層上，預應力方樁樁尖需進入灰白-灰色中細砂層，樁長為50～57m。

連接碼頭和駁岸的棧橋采用樁基結構， 其中1# 和2# 棧橋共計采用Φ600mm×600mm 預應力方樁32 根(含備樁2 根)，斜度均為5∶1。 樁基持力層為灰白-灰色中細砂層，預應力方樁樁尖需進入灰白-灰色中細砂層，樁長為50～57m。

2#、3# 泊位工程中含有4 個撐桿墩與1 條應急通道需要沉樁，其中每個撐桿墩由4 根Φ600mm×600mm 預應力方樁組成，應急通道由8 根Φ600mm×600mm 預應力方樁組成。 樁基持力層均為中砂層，樁長為47～50m。

2 沉樁前準備及沉樁順序

2.1 主要施工機具

錘擊沉樁需要配備的主要施工船機有：打樁船1 艘、500hp 拋錨艇1 艘、方樁運樁船2 艘。 施工船機在工程開工前10 天進場。

根據設計樁型及對該地區類似地質資料的分析，同時根據施工總體部署和海上施工的有效作業時段， 本工程預應力方樁選用“閩樁3”打樁船實施海上打樁。 該船樁架高度能滿足樁長和水深要求，錨泊、收放等動力系統能適應本工程的施工環境。

本工程樁基為600mm×600mm 的預應力方樁， 樁長較長，樁基持力層落在中砂層上，預應力方樁樁尖需進入灰白-灰色中細砂層，承載力高。根據施工區地質特點、樁長、樁型參數及設計要求，樁錘選擇D128 型柴油錘。

2.2 測量工作

布設工程施工控制網，布設以滿足精度要求、方便后續施工測量放樣為原則。盡量選擇基礎穩定、通視條件良好的位置布設控制點。 控制網中邊長比、角度符合《水運工程測量規范》要求，控制點布設好后要注意保護，定期復測。

（1）平面控制：預應力樁沉樁采用GPS 定位與岸上全站儀共同定位。 沉樁期間，先采用GPS 定位，待到達樁位后，岸上設兩臺全站儀按前方任意角交會法校核樁位。施工放樣時以設計圖紙為依據， 計算測點在施工坐標系中的坐標，采用前方交會法定位，測量放樣按照先整體后局部、先控制后細部的原則進行。

（2）高程控制：以引接的水準點高程為依據，使用水準儀測放高程，局部區域根據工程需要增設臨時高程點。

2.3 沉樁順序

先由2# 棧橋開始施工，2# 棧橋全部沉樁完畢再進行1# 棧橋的施工，待1# 棧橋全部施工完畢后進行1# 泊位碼頭面的施工，1# 泊位碼頭面由28 排架開始呈階梯狀往1 排架進行施工， 全部施工完畢后最后進行2#、3#泊位應急通道與撐桿墩的施工。為加快施工進度，沉樁以盡快形成排架，盡早進行上部橫梁混凝土為原則。

3 沉樁施工工藝

3.1 工藝流程

沉樁施工的工藝流程如圖1 所示。

圖1 沉樁工藝流程

3.2 打樁船駐位

打樁船順流拋八字錨和前后穿心錨共8 根錨纜，懸掛錨重4.956～5.982t 的海軍錨8 根，纜長約300m，纜徑36mm，由起錨艇輔助下錨布纜，沉樁過程中應根據潮位變化適當調整錨纜的長短。

根據“閩樁3”打樁錨纜拋設需要，在后方護岸上布設4 個地錨，分別離1#、2# 棧橋距離10m 和60m 位置處各設置2 個地錨，地錨長、寬均為2.4m，埋深5m。

3.3 移船吊樁

錨纜布設完畢，緩緩移船靠近運樁駁取樁。吊樁采用鋼絲繩捆綁四點吊，吊點布置如圖2 所示。

圖2 預應力方樁吊點布置示意圖

3.4 立樁

預應力方樁起吊時，平穩起吊到一定高度，上部和中部吊點的大鉤帶勁回收，下部吊點的大鉤緩緩放松，進行立樁，錘、替打同步上升。

3.5 樁入龍口、套替打

立樁完畢，適當調整樁架的垂直度和替打的高度，使上口嵌入替打，依據設計采用軟質樁墊，此時將連接下部吊點的大鉤緩緩放松并解除，然后關閉抱樁器，如圖3 所示。

圖3 樁入龍口

3.6 沉樁定位

打樁船上布設3 臺GPS 流動站采用RTK-GPS 模式，配合兩臺傾角傳感器實時監控船體的位置、方向和姿態， 同時利用兩臺免棱鏡激光測距儀實時校正基樁的平面位置，與設計標高處坐標比較，從而得到船體的移動方向和移動量。據此指揮打樁船調整錨纜移動船位，直至樁位達到允許要求，方可進行沉樁。

樁頂標高及貫入度由岸上水準儀控制， 并由樁架上的高程監測系統實時校核。 通過測量下沉量，配合“錘擊計數器”記錄打樁錘擊數，計算打樁貫入度。

3.7 樁和替打自沉

樁定位完畢，放松連接錘和替打的鋼絲繩，讓樁和替打在自重作用下下沉。 下沉完畢，觀察樁位偏差，根據樁位偏差適當調整樁位。

3.8 壓錘

樁自沉完畢后，進行壓錘，并觀察樁的偏位，若發現樁位偏差過大， 則應起錘并根據偏位情況適當調整打樁船錨纜，然后重新壓錘。

3.9 錘擊施工

打樁船調整好自身的水平、 位置和樁架垂直度后壓錘和替打，GPS 再次觀測樁的偏位和垂直度，確定各項控制數據完全達到設計要求時，可以開始錘擊，見圖4。

圖4 水上錘擊沉樁

停錘控制標準按試樁后確定的參數進行控制。預制樁沉樁以貫入度為主，標高校核為輔，終錘前10 擊平均貫入度控制在3mm/擊，當沉樁貫入度已達到控制貫入度，而樁端未達到設計標高時， 應繼續錘擊貫入100mm 或錘擊30～50 擊，其平均貫入度不應大于控制貫入度；樁端標高仍高出設計標高2m 時應會同設計部門研究解決。

4 溜樁

水上沉樁施工中出現溜樁是比較常見的現象， 一般表現為沉樁中貫入度突然增大，樁基加速下沉，容易產生質量問題和安全事故。溜樁的原因主要有：(1)由不良地質條件引起， 比如淤泥質土層厚度大或者黏土中的含水量高，土質呈軟塑或流塑狀態；(2)樁錘選擇不當，比如樁錘選擇過大等；(3)樁錘檔位或作用力控制不當；(4)其它非技術上的原因。

本項目施工水域分布大量軟弱地基， 施工過程中就出現了高頻率、大幅度溜樁現象(溜樁長度22～38m)，該現象在全國范圍內均屬罕見， 造成水上沉樁存在較大安全隱患， 卷揚機及樁錘鋼絲繩等起重設備存在較大的損壞風險。

為確保沉樁施工過程中設備及人身財產安全， 我們組織相關人員進行了課題研究攻關， 最終提出了對樁錘吊具進行技術改造的方法， 即在原有D128 柴油錘上增設專用樁錘吊籠， 確保在沉樁施工過程中起重鋼絲繩直接作用于吊籠上，與柴油錘脫離，以保證在溜樁時設備及人員安全，順利地完成該項目沉樁施工。樁錘技術改造前后如圖5 所示。

圖5 樁錘技術改造過程

在使用吊籠之前， 長距離的溜樁會導致吊錘用鋼絲繩跟隨樁錘一起做自由落體運動， 同時由于卷揚機無法剎住鋼絲繩，鋼絲繩受牽引力的作用一直受到拉力，導致鋼絲繩在甲板上四處掃蕩，造成極大的安全隱患，同時架頭的導覽器與滑輪遭到快速滑動易損壞。 并且在溜樁完成后，由于樁錘還處于啟動的狀態會繼續錘擊，樁錘快速下落的力加上錘擊的力一起作用在方樁上， 極易導致斷樁事故的發生。

在使用吊籠之后，直接使用吊籠對樁錘進行吊起，取消了吊錘用鋼絲繩。在溜樁現象發生時，樁錘與樁同時下落， 而吊籠與樁錘分離停留在原位， 并且提前關閉了油門，使得樁錘不會再下落后繼續錘擊，保護了樁錘與樁，同時鋼絲繩與吊籠在溜樁完成后，操作手再操作其下降，這樣不僅不會造成安全隱患， 同時還保護了架頭的導覽器、滑輪與樁錘，延長了其使用壽命。

自樁錘吊籠改造完成至今， 已順利施打近三百根預應力方樁，未出現安全生產問題，并且沉樁數量由技術改造前的4 根/天提高至6 根/天，提高了生產效率，為打樁船水上沉樁順利進行提供安全技術保障， 達到良好的技改效果。

5 結論

(1)介紹了港口工程樁基錘擊沉樁施工的工藝流程。

(2)通過對D128 柴油錘的技術改造，解決了在沉樁施工過程中溜樁樁錘瞬間重力作用導致的設備高度負荷、鋼絲繩崩斷及亂甩問題，確保沉樁施工設施設備及人身財產安全，推動了技術管理創新活動的開展。

(3) 自樁錘吊籠改造完成至今未出現安全生產問題，設備穩定性高，并且有效地提高生產效率，為水上沉樁順利完成提供安全技術保障，達到良好的技改效果。

(4)通過技術改造，有效提高了“閩樁3”船市場競爭力，使其適應各種地質條件下的沉樁施工任務。

(5)鑒于閩江流域存在大面積軟土地基，地層變化較大，發生“溜樁”可能性極高，打樁錘吊具可充分發揮其優點，使打樁設備及人員安全風險極大降低，在軟土地層施工中將有著廣泛的應用前景。 同時也將進一步增強混凝土預制樁在軟土地基碼頭基礎工程中的競爭力。