精細化設計施工在堆場樁基工程中的實踐

侯建飛，龐 然

（1.天津津港建設有限公司，天津 300222；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

天津港新建的大型自動化集裝箱碼頭，堆場內采用雙懸臂ARMG 進行堆取箱作業。ARMG 對軌道平整度、順直度要求很高，軌道基礎的沉降差標準需控制在0.1 %以內；因堆場堆箱層數較高（6層）及自動化裝卸定位精度的需要，箱角梁允許的沉降量也非常小。設計階段經過詳細計算分析，擬定在軌道梁及箱角梁下均采用樁基礎，且頂標高保持一致，才能滿足使用要求。

本工程規模大、工期緊，堆場區的樁基超過1萬根，樁基的施工成為制約項目施工工期、保證施工質量的關鍵環節。施工前期通過試驗施工對樁型、樁徑等進行了詳細的調研、分析、論證，并針對以往預制樁施工中存在的樁長控制不精細的問題，采用動態設計和信息化施工模式，施工過程中分成若干施工小區對樁長逐區進行分析、論證，精準控制打設深度及截樁長度，降低了樁基造價，實現了樁基工程的精細化設計施工，取得了良好的效益。

1 試驗施工確定樁型、樁徑

場地地勘資料顯示，場地表層為較厚雜填土，雜填土厚度一般為2.20 m～7.00 m，呈雜色，松散狀態，成分復雜，主要由原臨時堆場結構層、磚塊、大塊混凝土碎石、粉煤灰渣及廢土組成。雜填土以下為淤泥質粘土、粘土、粉質粘土及粉土等土層。樁基持力層可以考慮⑨1粘土層或⑨2粉土層，預估樁底標高在-25～-35 m 之間。

軌道梁及箱角梁下的樁基礎可以采用PHC 樁或者灌注樁。從成樁難度來看，由于雜填土的存在，采用鉆孔灌注樁成樁更有保證。考慮到 PHC 樁具有工程造價低、成樁速度快、質量易控制，不受地下水影響，不存在泥漿排放帶來的場地污染問題等諸多優點，采用PHC 樁更適合本工程在工期、造價及環保方面的要求。但本工程地質條件復雜，PHC 樁打穿堆場結構層、大塊混凝土具有一定難度。

為檢驗PHC 樁成樁可行性，本工程于2019 年12 月組織了PHC 樁的試驗施工，試樁3 根。試驗施工采用含障礙物等硬土層穿透性強、抗彎、抗剪及抗扭強度高、符合復雜工況下受力要求PHC 800 AB 130 樁型。

樁長30 m 和32 m，分為三節打設，打樁機配備D100 柴油錘。打樁過程中，表層遇到較大混凝土塊，打樁遇到一定困難，采用挖掘機挖除后，后續打樁較為順利，3根樁沉樁時間分別為137分鐘、122 分鐘、140 分鐘，均順利打至預定底標高。

圖1 現場大塊混凝土

經過試樁檢驗，PHC 樁在未采用樁尖、引孔等輔助措施的情況下，能夠較順利穿透雜填土層，證明本工程場地采用PHC 樁完全可行，相較于灌注樁，造價更低、施工效率更高，且環保無污染。本工程軌道梁及箱角梁下的樁基礎擬采用高強預應力管樁（PHC 樁）。

2 精細化設計施工優化樁長

2.1 樁基長度控制原則

本工程設計要求單樁豎向極限承載力為3 800 kN。工程前期3 根非工程樁試驗施工打設底標高分別是-25 m，-25 m，-27 m。經靜載試驗檢測，3 根非工程樁極限承載力分別為2 280kN、3 420kN及3 800kN。試驗結果顯示，相同樁長情況下，不同平面位置樁基的豎向承載力差異很大；達到相同承載力的情況下，短樁與長樁的差值可達到8～10 m。且樁底標高至少應低于-27 m 并且進入粉土持力層才有可能達到3 800 kN 單樁承載力。

本工程場地條件較復雜，樁基持力層標高分布差異很大。圖2 為堆場樁基持力層分布范圍及頂板標高等值線圖。

圖2 樁基持力層分布范圍和頂板標高等值線

圖中可以看出場地西北側持力層深度較深，預估在-30～-35 m，其他區域在-27～-30 m 之間，本工程設計樁長預估在30～40 m 之間，需要分區控制樁長。

本工程地質條件復雜，設計樁長差異較大且施工難以控制，尤其是各區域過渡區域樁長更難控制。如何最經濟合理的控制各區域1 萬根樁的樁長，是擺在參建各方面前的一道難題。

經過多次專題分析討論，本工程堆場樁基按照精細化控制的目標，通過動態設計和信息化施工的手段控制樁長，對樁長逐區進行優化。將設計擬定的樁長分區，并與總體施工分區相結合，劃分為多個樁基打設小區，每個小區先在周邊按照初定的停錘標準打設，再根據典型樁的結果，專題分析后續本小區其他樁基的打設深度，確定是否調整停錘標準及樁長優化的可能性，按照“劃分小區→每小區典型樁施工→對比地勘資料+高應變檢測驗證→參建方每小區專題分析→調整樁長”的動態設計和信息化施工模式進行樁基施工。

2.2 動態設計和信息化施工優化樁長過程

根據試驗施工結果并結合初勘資料，按照貫入度與底標高雙控的原則，初步確定樁基打設停錘標準：“打設底標高不高于-27 m(預估-27～-35 m)，最后3 陣平均貫入度不大于5 mm/擊，當已達到控制貫入度而樁端未達到-27 m 標高時，應繼續錘擊兩陣，每陣100 mm 或30～50 擊，貫入度平均值不大于3 mm/擊。”

根據2020 年1 月提供的的最新詳勘報告，結合前期試樁情況對重箱堆場區樁基打設長度進行了詳細分區，不同分區樁長分別按照33 m～39 m 控制。

樁基正式施工后，按照第一次樁長分區方案，先在持力層較深的區域進行5 根工程樁的典型施工，為保證達到設計承載力，5 根工程樁均按照貫入度控制停錘標準，最后 30 擊貫入度均小于100 mm。5 根樁最終打設長度為34.1 m，34 m，35.3 m，35.2 m，33.9 m。經靜載試驗檢測，5 根樁單樁極限承載力均大于3800 kN。典型施工時發現：樁長及樁底標高較難控制，距離不超過10 m 的兩根樁，達到相同貫入度時，樁底標高相差達1.4 m，在不同樁長設計分區銜接過渡處的樁基長度也很難把握，按照原定設計分區進行樁基打設很難實施，每個施工分區內及施工分區邊界處需要多次樁基試打，才能確定最合理樁長，對施工效率影響很大。根據以上情況，參建各方對5 根工程樁的典型施工情況，及時進行了總結，經充分研究分析，將樁長初步合并調整為34 m 及37 m（局部）兩種樁長。

每個在地質I、II 區的打樁分區樁基先按照34 m 少量配樁及打樁，根據樁基出露長度及高應變結果進行專題討論，確定后續打樁分區的大量樁基樁長是否可以再優化，按照以上步驟，逐區進行試打，發現B1 區、A1 區、B2～B5 區均可以進行樁長優化，經對比地勘資料并高應變檢測驗證后，確定B1 區樁長由34m 優化為32m，A1 區也有約60根樁樁長可以優化2m，B2～B5 區樁長可由34 m 優化為33 m。優化樁長的樁基，經不利樁位的高應變檢測后，承載力均滿足設計要求，證明在不降低設計標準的情況下，經過動態設計及信息化施工，達到了樁長優化的目的。后續施工過程中按照前期確定的原則和步驟，根據施工進度，不斷對各區樁長進行動態施工并及時總結調整，將本工程堆場PHC樁截樁長度大部分控制在1 m 以內，實現了樁基工程的精細化設計施工，總的樁基優化長度達到約6 300 m，取得了明顯的效益。

2.3 優化經驗小結

樁基精細化設計施工優化效果明顯，并結合最終的檢測效果，總結出幾點經驗，供后續類似樁基工程項目參考：1）地質復雜、樁基持力層標高變化較大的場地，各施工小區樁長控制建議以貫入度控制為主，樁底標高控制為輔（同一小區內樁長為定值，樁底標高及截樁長度存在差異）。2）PHC 樁數較多的項目，為保證施工進度，樁基檢測比例可較規范適當放寬，因大多數樁不檢測，為保證100 %樁滿足承載力要求，樁基沒有出露長度或出露長度過小是有風險的，適當留有出露長度（可控制在<2 m）是合理的質量保證措施。3）施工過程中應避免出現樁長不夠再接短樁續打現象。增加樁基接頭（尤其是臨近樁頂的接頭）將降低樁基質量。一旦出現因樁長不夠導致樁基承載力不足需要接樁，意味著不僅檢測樁需要接樁，按照同一樁長控制標準打設的周邊未檢測樁，存在承載力不足的可能性也較大。只能對這些樁都進行檢測，根據檢測結果再評估后續處理措施，或者對未檢測樁直接接樁，但是需要接樁的樁的范圍及數量是很難確定的。一旦出現樁長不夠再接短樁續打現象，無論采取何種處理措施，后續的處理措施都將明顯降低施工效率，增加工期，對工程進度是非常不利的，也不利于樁的質量控制。

3 結語

本文通過回顧智能化集裝箱碼頭堆場樁基施工過程，證明了大面積樁基施工通過合理劃分施工分區，通過動態設計和信息化施工，能夠實現樁基工程的精細化設計施工，確定出最經濟合理的樁基參數。本工程的實踐經驗，可供后續類似樁基工程項目參考。