不良地質(zhì)條件下的鋼管樁沉樁方式探究

◎ 郭楠楠 廈門港航綜合行政執(zhí)法支隊

在港口工程領(lǐng)域，高樁碼頭因其承載能力高，結(jié)構(gòu)輕便可靠，工藝成熟，適應復雜地質(zhì)條件強，因而在我國沿海地區(qū)被廣泛應用。常見碼頭樁基類型主要有預制混凝土樁、鋼管樁、灌注樁等，其中鋼管樁因其強度高、延展性好、穿透性強等特點運用于各種復雜地基。

樁基沉樁方式根據(jù)工程實際情況也有多種選擇。錘擊法沉樁是利用外力將樁錘擊沉入地基中，是最常用的沉樁方法。振動法沉樁是在樁頭上剛性連接一個震動錘，由錘內(nèi)幾對相對放置的偏心塊產(chǎn)生振動力，使樁在振動體系的壓重作用下沉入土中，適用于砂性土。射水法沉樁是在樁尖內(nèi)部或外部設置射水管，從管中噴出高壓水來沖刷破壞樁尖下的土壤結(jié)構(gòu)，樁在自重及壓重作用下沉入土中，適用于砂性土。壓樁法是一種新的沉樁方法，它借助樁架自重及壓重，通過滑輪換向把樁壓入土中，適用于均質(zhì)的軟土地基。相關(guān)專業(yè)學者，工程界人士也對不同沉樁方式及施工工藝作了很多分析和討論。郝偉力介紹了采用柴油錘和振動錘聯(lián)合沉樁法來解決實際施工過程中遇到的困難，解決了單一沉樁工藝無法解決的部分沉樁任務。李寶鑫介紹了射水振動沉樁法，在粉土、砂土、礫砂素填土中采用振動沉樁法，當沉入困難時，采用射水輔助措施。利用高壓水射流使土疏松，降低樁尖阻力，從而易于沉樁。陳楚鵬、薛超等介紹了靜壓管樁施工技術(shù)要點，該技術(shù)在未有嚴格的國家標準規(guī)范的情況下，闡述了該技術(shù)的工作原理及施工注意事項。

但是工程實際中，單一方法沉樁往往無法適用于復雜多變的地質(zhì)條件，在同一工程中采用不同沉樁方法又會受施工場地、工期進度、經(jīng)濟成本等因素的限制，所以在實際施工過程中，要綜合多方因素，選取最合適的沉樁方式。本文主要是借助廈門某碼頭擴建工程的灌注樁施工平臺方案設計與實施，探討在不良地質(zhì)條件下，鋼管樁的沉樁方式確定以及相關(guān)監(jiān)測手段的應用。

1.工程概況

本工程擴建客運泊位總長度102 m，采用順岸布置的浮碼頭形式，浮碼頭通過后方擴建的95m×22m 固定平臺與現(xiàn)有客運大樓相連，平臺采用高樁墩式結(jié)構(gòu)，分為前方墩臺及后方墩臺。其中，前方墩臺共設 6 個墩臺，2 號至 6 號墩臺基礎設置30 根φ1200mm 灌注樁（嵌巖），1號墩臺基礎設置6根φ1000mm灌注樁（嵌巖）。后方墩臺共設3個墩臺，基礎設置45 根φ1000mm灌注樁（嵌巖）。樁基施工臨時平臺采用鋼結(jié)構(gòu)平臺，即采用鋼管樁支撐、工字鋼縱橫梁、槽鋼+鋼板鋪面結(jié)構(gòu)。

工程鳥瞰效果圖見圖1，典型斷面地質(zhì)剖面見圖2。

圖1 工程鳥瞰示意圖

圖2 典型斷面工程地質(zhì)剖面圖

2.地質(zhì)條件分析

通過地質(zhì)勘察報告，可知項目所在地的地質(zhì)條件及其不良影響主要有：

（1）擬建碼頭后方分布較大范圍的填石（見圖 3），填石塊徑較大，部分區(qū)域為條石岸堤，且分布密度較大，會導致局部區(qū)域鋼管樁沉樁受限。

圖3 碼頭后方填石

（2）擬建場地上分布著雜填土、填石和填砂，成分較復雜，回填時間久，均勻性差，力學強度低，挖除工程量大，不適用于緊張的工期條件。且挖除會導致后方岸坡有側(cè)滑風險。

（3）勘察區(qū)淺表部普遍分布一定厚度的淤泥質(zhì)黏土層，該層為高含水量、孔隙比大、觸變性強、高壓縮性、高靈敏度軟土，工程地質(zhì)性質(zhì)差。在上部荷載和振動的長期作用下，會使其強度降低，此外，在有效附加應力的作用下還會發(fā)生沉降，從而給工程造成不良影響。

（4）擬建碼頭緊鄰現(xiàn)有碼頭，施工場地狹小，機械設備進出場受限。且現(xiàn)有碼頭處于運營狀態(tài)，游客、船只來往頻繁，對工程實施階段的安全環(huán)保等工作提出考驗。

3.鋼管樁沉樁方式選取

3.1 平臺基本構(gòu)造

本工程施工平臺設計總長度108 米，寬度30 米，下部樁基采用Φ630×8mm 的鋼管樁；平臺樁頂橫梁采用三拼I36b的工字鋼，上部縱梁采用I36b工字鋼，間距 0.4m，鋪面采用［20 槽鋼間距5cm布置，上部再設置10mm厚花紋鋼板布置，四周采用鋼管設置防護圍欄，高度 1.2m。由于地質(zhì)原因，鋼管樁的入土深度對施工平臺的穩(wěn)定性影響極大，因此在低水位和樁頂間的6m范圍采用剪刀撐及水平撐加固，剪刀撐及水平撐采用［20槽鋼，橫排和縱排均設立。（平臺斷面圖見圖4）

圖4 平臺斷面圖

3.2 鋼管樁沉樁方式

根據(jù)地勘詳勘鉆孔資料，現(xiàn)場鋼管樁打樁可分為三種情況：

①對于拋石層較薄有下臥土層（可貫入）區(qū)，采用 50 t 履帶吊DZ60 振動錘打設鋼管樁，以貫入度控制為主，標高控制復核，底部進入全風化巖面 1m，為避免貫入度過大對樁頭產(chǎn)生不利影響，停錘標準2cm/2min 進行鋼管樁沉樁控制。

②如鋼管樁基地質(zhì)表層為較厚的拋石層，鋼管樁無法打入，采用預先對樁孔位置拋石進行人工清理，或采用水上挖機對局部塊石進行挖除，采用種樁形式施打鋼管樁，待達到停錘條件后，在樁底底座擴大面積及砼墩（80＊80＊50cm 包裹鋼管樁）加固，對樁基底座再進行四邊拋袋裝碎石穩(wěn)固，保證鋼管樁入土深度并和外側(cè)幾排的鋼管樁連成整體。（見圖 5）

圖5 砼墩包裹樁底

③對于拋石塊徑過大，不便挖除的情況，若鋼管樁打入深度不夠，則在鋼管樁底部四周加焊支撐架（支撐架距離鋼管樁底端1m，傾斜角度45度），以增大鋼管樁支撐截面，保證鋼管樁的穩(wěn)定。（見圖 6）

圖6 增加斜支撐樁底

為避免岸坡側(cè)滑，采用先海側(cè)再岸側(cè)的施工順序進行沉樁。待海側(cè)平臺初步搭設完成，形成對淤泥層的側(cè)向約束后，再岸側(cè)推進，逐步施打。

4.施工期位移監(jiān)測

鋼管樁沉樁及灌注樁施工期間產(chǎn)生的噪音、動荷載等可能對土層產(chǎn)生一定的擾動影響。由于淤泥黏土層自身穩(wěn)定性差的特點，以及工程施工的特殊性。因此，為監(jiān)測地基的位移，控制施工速率，最大程度的降低施工過程中對土層和臨近設施的影響，本工程還對不同深度土層進行位移監(jiān)測，匯總監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，為建設方及時監(jiān)控重大安全和質(zhì)量問題及其決策提供技術(shù)依據(jù)，對本工程的安全順利施工和臨近碼頭運營的安全保障具有重要意義。

本工程采用伺服加速度式測斜儀進行深層位移觀測，共布置四個觀測點，監(jiān)測孔編號分別為 CX1-1,CX1-2.CX2-1，CX2-2，各觀測點位置見圖7。斜管底端應進入硬土層至少3.0米。施工期間每1天觀測一次，特殊情況加密觀測。監(jiān)測設計控制指標為30天累計位移量50mm，位移速率4mm/d內(nèi)。

圖7 深層位移監(jiān)測孔布置圖

鋼管樁施工平臺于2020年10月初開工到2021年1月初完工，文章收集了自施工平臺開工至完工后兩個月的深層位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，各監(jiān)測孔深層位移量見圖8；

各監(jiān)測孔土層位移速率見圖 9；

圖9 監(jiān)測孔位移速率圖

通過對不同深度總位移和位移速率的統(tǒng)計可知：

（1）如圖8所示，各孔位土體深層位移均在設計控制指標30天累計位移量50mm。本次監(jiān)測周期初期，各孔位不同深度土層出現(xiàn)小幅度位移，至2021年1月30日左右，各監(jiān)測孔位移量直線上升，而后逐漸趨于平穩(wěn)。結(jié)合施工進度安排，考慮為灌注樁施工準備階段，相關(guān)設備進場以及灌注樁典型施工造成的土體位移。最大位移量發(fā)生2021年2月28日，孔號CX1-2附近，深度9.0m處，為30.52mm，方向為指向岸側(cè)，考慮為灌注樁沖孔施工過程中擠壓周圍土體造成的。

圖8 監(jiān)測孔深層位移圖

（2）如圖 9 所示，在整個鋼管樁施工平臺施工期間，土體位移速率都在設計允許的4mm/d范圍內(nèi)。其中，最大位移速率發(fā)生在2020年12月17日，孔號CX2-2，深度0.5m處，為3.8mm/d。工程實施初期，各監(jiān)測孔的位移速率變化較大，位移速率圖像圍繞X軸上下振蕩，隨著工程的推進至最后平臺完工，土體逐漸穩(wěn)定，位移速率逐漸趨于平穩(wěn)并指向0，這與工程實際相符合。

（3）截至到樁基礎施工作業(yè)完成，施工平臺拆除前，位移監(jiān)測數(shù)據(jù)一直處于設計允許范圍內(nèi)，表明文中提供的沉樁方式可行，可為類似工程提供經(jīng)驗。

5.結(jié)論

本文結(jié)合廈門某高樁碼頭工程的地質(zhì)勘察資料和灌注樁臨時施工鋼平臺搭設方案，探討了不良地質(zhì)條件下的沉樁方式選擇，分析了土層位移情況，并提出后續(xù)施工的建議：

（1）復雜地質(zhì)條件下，鋼管樁無法達到設計入土深度情況下，采用“種樁”、增加支撐的方式是可行的，并有望在其他類似工程中推廣使用。

（2）類似工程中，開展深層位移監(jiān)測是十分必要的。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，上述沉樁方式的選擇造成的淤泥層位移在設計控制指標范圍內(nèi)，從側(cè)面印證了沉樁方式是可靠性的。

（3）考慮到后續(xù)灌注樁施工造成上部荷載變化，應繼續(xù)加強監(jiān)測。為了保證平臺穩(wěn)定，沖孔灌注樁施工順序應為先海側(cè)墩臺樁基再陸側(cè)墩臺樁基,并跳樁施工。