厚軟土覆蓋層樁基施工溜樁處置措施

鄭清松

(福建省交通規(guī)劃設計院有限公司，福建 福州 350004)

樁基碼頭預制樁沉樁施工時經常發(fā)生溜樁現象。郭生昌等[1]根據實際工程對溜樁可能引發(fā)的問題和解決措施進行論述；閆澍旺等[2]對海洋樁基平臺溜樁的過程和發(fā)生機理進行探討，提出在砂土中采用別列柴策夫模式計算樁端部環(huán)狀基礎的地基極限承載力，并建立判斷溜樁范圍的分析計算方法；孫立強等[3]提出根據功、能原理可以實現對溜樁深度進行預測；李颯等[4]分析海洋平臺打樁過程中溜樁對樁基承載力的影響，認為溜樁對打樁結束時樁基承載力的影響最大可以達到計算值的17%。

為解決樁基碼頭厚軟土覆蓋層沉樁施工溜樁問題，本文以福建閩江口內某綜合客運碼頭預制樁施工為研究對象[5]，對溜樁產生的原因、處置措施及效果進行分析，為類似工程問題提供參考。

1 工程概況

1.1 地質條件

工程區(qū)地基土層主要有灰色淤泥夾粉砂、中細砂、黃色卵石、砂土狀強風化花崗巖等。其中，粉砂層處于流塑-軟塑狀態(tài)，為高壓縮性軟土，平均厚度為38.0 m，標準貫入試驗平均擊數為6擊；中細砂層平均厚度為9.0 m，標準貫入試驗平均擊數為31擊，極限端阻力標準值為6 000 kPa作為樁端持力層。碼頭平臺地質剖面見圖1，地質參數指標見表1。

圖1 碼頭平臺地質剖面(單位：m)

表1 地質參數指標

1.2 樁基結構

碼頭及棧橋預制樁形式為截面邊長為600 mm的預應力方樁，樁長50～59 m，樁頂2.5 m、樁尖2.6 m范圍為實心結構，其余為空心結構，空心段直徑為270 mm，混凝土強度等級為C50，樁尖設置鋼樁靴。樁基結構見圖2。

圖2 樁基結構(單位：mm)

1.3 沉樁施工

樁基采用在預制廠整根一次預制成型，駁船運至沉樁現場，打樁船水上施打。根據工程所在區(qū)域的地質特點，選用D128柴油錘二檔施工。在起始2根樁沉樁時便出現較長的溜樁，沉樁記錄見圖3。2-B-5樁在開錘6擊后發(fā)生溜樁，溜樁長26.9 m后穩(wěn)定，再次錘擊沉至設計高程；2-C-5樁在開錘5擊后發(fā)生溜樁，溜樁22.2 m后穩(wěn)定。

圖3 起始2根樁沉樁記錄

2 溜樁機理

樁基施工時的下沉是一個動態(tài)平衡的過程。樁基總的下沉阻力可按下式計算：

(1)

式中：Qd為樁所受的總阻力(kN)；Qf為樁所受側摩阻力(kN)；QR為樁端阻力(kN)；U為樁身截面周長(m)；qfi為第i層土的單位面積極限樁側摩阻力標準值(kPa)；li為樁身在第i層土中的長度(m)；qR為單位面積極限樁端阻力標準值(kPa)；A為樁身截面面積(m2)。

樁基總下沉力可按下式計算：

F=Wz+Wc

(2)

式中：F為樁的總下沉力(kN)；Wz為樁的自重扣除入水端所受的浮托力(kN)；Wc為樁錘的自重力(kN)。

當Qd≥F時，即下沉阻力大于總下沉力時，沉樁過程處于正常狀態(tài)；當Qd

經分析，本工程產生溜樁的主要原因是地基表層覆蓋有較厚的軟土層。

3 溜樁處置

3.1 常規(guī)措施

常規(guī)處置措施包括降低樁身自重和降低樁錘自重等。在工程施工期間通過調整樁型，降低樁身自重難以實現。工程區(qū)地基覆蓋軟土層較厚，該土層為流塑-軟塑狀態(tài)的高壓縮性軟土，本工程的溜樁現象主要發(fā)生在該土層，如果選用質量較小的樁錘無法避免溜樁現象，同時樁尖須進入密實度較高的砂土層，難以達到設計高程。以上兩種降低下沉力的措施不適用于本工程。

3.2 改進型措施

經過研究和論證，最終在施工中提出對樁錘吊具進行改造的技術方法，即在D128錘型頂部增設樁錘吊籠，沉樁施工時起重鋼絲繩直接作用于吊籠上。使用吊籠對樁錘進行起吊，取消原來的吊錘所用的鋼絲繩。發(fā)生溜樁時，樁錘與樁同時下沉，吊籠與樁錘分離后停留在原位，避免了因樁錘快速下沉而導致的鋼絲繩在打樁船夾板上四處擺蕩的現象。同時提前關閉油門，樁錘不會再繼續(xù)自由落體式下沉錘擊樁基，保護了樁錘，也避免了斷樁發(fā)生。沉樁完成后再操作吊籠和鋼絲繩下降，重新吊樁錘入吊籠，繼續(xù)錘擊沉樁，保護打樁架上的導纜器和滑輪，延長其使用壽命。改進后的吊籠結構及安裝見圖4。

圖4 改進型樁錘吊籠及安裝

4 沉樁質量

4.1 溜樁統(tǒng)計

該工程樁基施工期間為2017年6月—2018年1月，共耗時7個月。采用改進型樁錘吊籠，沉樁過程中未出現任何安全事故，也未出現斷樁。266根樁溜樁率為100%，最小溜樁長度15.2 m，最大溜樁長度38.3 m，平均溜樁長度30.4 m，溜樁長度區(qū)間主要發(fā)生在25～35 m，溜樁統(tǒng)計情況見圖6。

整個工程全部266根樁的最小錘擊數為129擊，發(fā)生在2#棧橋2-1-A樁；最大錘擊數為1 415擊，發(fā)生在碼頭平臺10-D樁；平均錘擊數678擊；錘擊數主要分布區(qū)間為500～900擊，占比68.04%。樁基錘擊數見表2。

圖5 樁基溜樁區(qū)間分布

表2 樁基錘擊數

4.2 質量檢驗

沉樁施工后選取29根樁進行低應變檢測，檢測結果全部為Ⅰ類樁。表明樁基在沉樁過程保證了其完整性，樁基未出現裂損和裂縫。

由于本工程樁基持力層為灰白-灰色中細砂，設計時采用以貫入度為主的沉樁控制標準，設計高程作為校核，沉樁控制貫入度為3 mm。根據沉樁記錄統(tǒng)計，樁尖實際高程最小低于設計高程3.5 m，最大高于設計高程6.5 m，樁尖實際高程和設計高程差值統(tǒng)計見表3。可以看出，有165根樁達到或低于設計高程，占比62.02%，101根樁實際高程高于設計高程，僅有16根樁超過設計高程3 m以上，占比6.01%，表明樁基基本達到了設計高程。沉樁完成后，對于高出設計高程較大的樁進行了高應變檢測，檢測結果表明樁基承載力滿足設計要求。

表3 樁尖實際高程與設計高程差值

設計計算樁長時，按設計樁頂高程和設計樁尖高程計算樁長后再富余3 m，這樣實際樁頂高程低于橫梁底高程的樁僅有9根，并且最大值僅0.5 m，可以通過局部降低橫梁底部高程保證樁頂與橫梁的連接，樁頂高程高于設計高程時直接進行截樁。

沉樁過程中另選取12根樁進行沉樁3 d后高應變檢測，其檢測結果見表4。根據檢測結果：僅有2根樁的檢測軸向承載力略小于計算值，其余樁基的檢測軸向承載力均大于計算值。檢測結果還表明，溜樁的過程中，土層受到擾動，承載力會降低，但溜樁結束，隨著擾動土層恢復，樁基承載力會逐漸加大，直至恢復原狀。

表4 樁基承載力高應變檢測值和計算值對比

對于1-B-1、2-B-1兩根樁，在初打結束后37 d，又對其進行了復打，復打樁基軸向承載力分別為5 930和5 820 kN，相對于初打值，分別提高8.61%和6.59%，表明樁基承載力又進一步得到恢復。本工程碼頭樁基軸力設計值最大為3 171.8 kN，棧橋最大為2 757.4 kN，軸向承載力均大于軸力，滿足規(guī)范和使用要求。

由以上沉樁質量檢測分析可知，雖然本工程在沉樁過程中發(fā)生了較大面積的溜樁，但采取改進型樁錘吊籠，樁基施工質量得到了保證。

5 結語

1)厚軟土覆蓋層預制樁施工時發(fā)生溜樁概率較大，常規(guī)的降低樁錘自重處置方式工程效果極不理想。通過增設樁錘吊籠的安全措施，樁錘不會再繼續(xù)自由落體式下沉錘擊樁基，避免斷樁發(fā)生。

2)經檢測，采用改進型樁錘吊籠設施，樁身未出現裂縫或斷樁，樁尖基本達到設計高程，樁基豎向承載力滿足設計要求，沉樁質量得到保證，其措施是可行的。