孟憲剛

一、工程概況

蘇南運(yùn)河三級(jí)航道整治吳江聯(lián)豐段航道施工項(xiàng)目WJ1標(biāo)段西岸老護(hù)岸的坍塌段加固采用板樁成墻結(jié)構(gòu)，板樁斷面為0.45m×0.60m，D1型結(jié)構(gòu)板樁長(zhǎng)19.50m，D2型結(jié)構(gòu)板樁長(zhǎng)12.5m。

二、施工存在問(wèn)題

本標(biāo)段航道幅面狹窄，平均寬度60m，局部寬度不足40m，此外老護(hù)岸緊鄰S227省道，車(chē)流量大。

三、施工方案的選定

方案一：使用大型水上專(zhuān)業(yè)船舶進(jìn)行沉樁施工。優(yōu)點(diǎn)：施工專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)成熟。缺點(diǎn)：老護(hù)岸加固需近岸施工，施工船舶有時(shí)需要進(jìn)行垂直河岸施工，對(duì)航道通航具有很大影響。

方案二：水上施打鋼管樁，頂部鋪設(shè)、連接拉森鋼板樁，與岸上鋪設(shè)的拉森鋼板樁形成簡(jiǎn)易的水上支架平臺(tái)，使用滾筒式樁架及導(dǎo)桿式樁錘沉樁施工。優(yōu)點(diǎn)：占用施工空間小，對(duì)航道及陸上交通影響均較小。缺點(diǎn)：水上平臺(tái)的支撐力來(lái)自于鋼管樁與土之間的摩擦力，因此需要進(jìn)行嚴(yán)密計(jì)算，并采取措施加大安全系數(shù)，以降低土質(zhì)變化帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

由于蘇南運(yùn)河通航繁忙、航道幅面狹窄，使用大型水上專(zhuān)業(yè)船舶進(jìn)行施工不僅嚴(yán)重影響航道運(yùn)輸，還具有很大的安全隱患。因此選擇方案二。

四、施工工藝

水上施打鋼管樁，頂部鋪設(shè)、連接拉森鋼板樁，與岸上鋪設(shè)的拉森鋼板樁形成簡(jiǎn)易的水上支架平臺(tái)，使用滾筒式樁架及導(dǎo)桿式樁錘沉樁施工。

1.水上支架平臺(tái)承載力計(jì)算

計(jì)算依據(jù)：《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）、《港口樁基規(guī)范》（JTJ254-98）和工程地質(zhì)勘察報(bào)告。

（1）單樁承載力計(jì)算

基本計(jì)算公式：

Quk＝Qsk+Qpk＝u ∑ li×βi×fsi+a×qc×Ap

未進(jìn)入持力層，開(kāi)口樁不考慮端承載力。

則公式簡(jiǎn)化為 Quk＝Qsk＝u∑li×βi×fsi

直徑d＝273mm；

截面積Ap＝0.06m；

周長(zhǎng)u＝0.86m。

①第1～3土層

粉質(zhì)粘土混粉砂，側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs＝17.9 kPa；

層面標(biāo)高為-0.6m；

層底標(biāo)高為-1.4m；

土層厚度li1＝0.8 m；

求 βi＝10.04×17.9-0.55＝2.054

極限承載力 Qk1=u×li×βi×fsi＝0.86×0.8×2.054×17.9＝25.29kN。

②第2土層

淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs＝3.5kPa；

層面標(biāo)高為：-1.4m；

層底標(biāo)高為：-5.1m；

土層厚度li2＝3.7m；

淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土取βi＝1；

極限承載力 Qk1=u×li×βi×fsi＝0.86×3.7×1×3.5＝11.14kN。

③單樁承載力合計(jì)

總極限摩阻力Qk＝∑Qk1＝36.43kN。

（2）受力平衡分析

樁機(jī)荷載分布區(qū)域?yàn)?2m（長(zhǎng)）×5.6m（寬）；

樁機(jī)（樁架加樁錘）重40t，板樁重13t；

①支架受力簡(jiǎn)圖

簡(jiǎn)化詳見(jiàn)圖1。

②各受力點(diǎn)受力計(jì)算

M1＝0，G0×2.5－F2×5＝0；

M2＝0，G0×2.5－F1×5＝0；

可以得出 F1＝260kN，F(xiàn)2＝260kN；

③水上支架設(shè)計(jì)

a.各種機(jī)械設(shè)備自重

單根拉森鋼板樁重G1i=0.26t；

單根鋼管樁重G2i=0.36t。

b.安全系數(shù)2

（Qk×N）÷（F2＋G1i×2＋G2i×N）=2

則N=20。

2.邊坡穩(wěn)定計(jì)算

滑動(dòng)安全系數(shù)為1.849。

3.水上支架搭設(shè)方法

該工程采用一臺(tái)DD60導(dǎo)桿式樁錘和滾筒式樁架進(jìn)行施工（圖2）。

（1）樁機(jī)安裝

水上支架必須搭建完成（至少30m），樁機(jī)直接安裝在水上支架上，第一根樁沉入后，板樁夾具前部直接套在已沉入的第一根樁上，后部用鋼絲繩吊住，確保夾具中心與板樁軸線一致后，內(nèi)外用兩個(gè)手拉葫蘆拉緊，確保夾具不移位、不晃動(dòng)，隨后樁機(jī)沿著第一根板樁由前往后進(jìn)行依次施工，每一根樁必須垂直插入夾具中，確保板樁軸線不偏位。

（2）水上支架

水上支架采用Φ27.3cm、長(zhǎng)8m的鋼管樁（開(kāi)口），支架搭于板樁軸線外側(cè)2.8m水中（雙排，梅花形布置），用PC220挖機(jī)壓入，入土約4.5m。要求管樁頂部標(biāo)高一致，高度比老護(hù)岸岸上設(shè)置的拉森鋼板樁略高20～30cm，以防加載后岸上與水下土質(zhì)不同發(fā)生不均勻沉降。管樁頂部扣上長(zhǎng)10m、寬 0.4m、高 0.15m、壁厚 8mm的拉森鋼板樁，使用φ30cm的木樁與鋼管樁連接形成縱向、橫向剪刀撐，使支架連成整體，以利于整體受力（管樁間距設(shè)定為1.2m），支架必須平整結(jié)實(shí)不搖晃。岸上設(shè)置兩根拉森鋼板樁以均布受力。

（3）水上支架防護(hù)

在平臺(tái)北方（船舶航行方向）?？恳凰荫g船，船舶拋錨并與岸上帶纜連接牢固，以起警示作用，并在萬(wàn)一有船舶誤駛向支架平臺(tái)時(shí)起到防護(hù)作用。

（4）水上支架預(yù)壓

水上支架平臺(tái)搭設(shè)完成后，逐步進(jìn)行預(yù)壓，逐步放置15根8.5m方樁（每根約2t，總重約30t）在支架上均勻放置使之受力；待受力平衡沉降穩(wěn)定后移走方樁，豎起樁架（約35t），在支架上反復(fù)行走多次；視情況裝配樁錘（6t），再次行走；最后使用兩根板樁（每根重約13t）斜向放置在支架上，進(jìn)行超過(guò)最大荷載20%的預(yù)壓。所有預(yù)壓過(guò)程持續(xù)約2d，過(guò)程中認(rèn)真觀測(cè)、記錄沉降量及水上平臺(tái)的偏移量。

（5）沉降觀測(cè)

內(nèi)容一：記錄兩排鋼管樁的樁頂高程，測(cè)量?jī)x器為水準(zhǔn)儀，沉降觀測(cè)從水上支架搭設(shè)完成即開(kāi)始，記錄頻率隨荷載增加而相應(yīng)調(diào)整，在樁架豎直后沉降觀測(cè)頻率為1h觀測(cè)一次，在水上平臺(tái)進(jìn)行最大靜荷載120%預(yù)壓，沉降基本穩(wěn)定正常施工后，沉降觀測(cè)恢復(fù)至每3h一次的頻率；內(nèi)容二：記錄附近建筑物的高程數(shù)據(jù)，以分析沉降變化情況，并仔細(xì)觀察建筑物上是否有裂縫，以防施工造成建筑物破壞。

（6）偏移觀測(cè)

內(nèi)容一：水上平臺(tái)的水平位移，測(cè)量?jī)x器為GPS測(cè)量?jī)x，觀測(cè)頻率同沉降觀測(cè)；內(nèi)容二：附近建筑物的位移情況，防止施工對(duì)建筑物的地基產(chǎn)生擾動(dòng)，造成偏移失穩(wěn)。

4.沉樁施工作業(yè)布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，合理安排樁機(jī)作業(yè)面，先打坍塌嚴(yán)重的地段，再打坍塌長(zhǎng)度較長(zhǎng)的地段。打板樁擬采用水上運(yùn)樁，岸上吊樁，搭設(shè)水上排架架設(shè)打樁機(jī)的打樁方法。抓斗挖泥船進(jìn)場(chǎng)后，按規(guī)定位置與方式停靠。施工過(guò)程中，抓斗挖泥船沿河岸邊采用后退法進(jìn)行清槽作業(yè)，為打樁機(jī)跟進(jìn)作業(yè)提供作業(yè)面。泥駁布置于航道一側(cè)，清槽的土方由泥駁裝運(yùn)至指定的地點(diǎn)進(jìn)行處理。運(yùn)輸船只運(yùn)樁到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，沿岸邊順航道方向及時(shí)?？浚⒐潭ǚ€(wěn)當(dāng)，系好固定纜。施工過(guò)程中，在確認(rèn)水深滿足吃水深度要求的情況下，根據(jù)打樁的進(jìn)度，沿河道岸邊跟進(jìn)移船。

沉樁施工中，如遇樁無(wú)法入土，要及時(shí)探明水下情況，如果為殘留障礙物，應(yīng)采用抓斗挖泥清除；若有特殊地質(zhì)狀況，應(yīng)向監(jiān)理、業(yè)主匯報(bào)。在沉樁過(guò)程中應(yīng)認(rèn)真記錄沉樁各項(xiàng)數(shù)據(jù)，注意對(duì)已打樁、周邊設(shè)施及原有護(hù)岸進(jìn)行保護(hù)。

五、水上支架平臺(tái)板樁沉樁方案的實(shí)踐結(jié)論

經(jīng)過(guò)該工程的實(shí)踐檢驗(yàn)，基本可以證明搭設(shè)水上支架平臺(tái)進(jìn)行板樁沉樁施工可行。

（1）可以節(jié)省施工空間，對(duì)周邊區(qū)域的生產(chǎn)、生活影響小，操作簡(jiǎn)便，施工成本低、周期短，尤其適用于水上近岸施工。

（2）水上支架平臺(tái)的承載力與土質(zhì)情況關(guān)系大，必須認(rèn)真分析地質(zhì)勘探資料，進(jìn)行承載力和穩(wěn)定性計(jì)算。

（3）施工前應(yīng)對(duì)水上支架平臺(tái)進(jìn)行超過(guò)最大荷載的靜態(tài)預(yù)壓。

（4）應(yīng)加強(qiáng)沉降和位移觀測(cè)，確保水上支架平臺(tái)及周邊建筑物的穩(wěn)定，以保證施工安全