鄭清松

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，福建 福州 350004)

樁基碼頭預(yù)制樁沉樁施工時經(jīng)常發(fā)生溜樁現(xiàn)象。郭生昌等[1]根據(jù)實際工程對溜樁可能引發(fā)的問題和解決措施進(jìn)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(jī)理進(jìn)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(chǔ)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(qiáng)等[3]提出根據(jù)功、能原理可以實現(xiàn)對溜樁深度進(jìn)行預(yù)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(rèn)為溜樁對打樁結(jié)束時樁基承載力的影響最大可以達(dá)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(nèi)某綜合客運(yùn)碼頭預(yù)制樁施工為研究對象[5]，對溜樁產(chǎn)生的原因、處置措施及效果進(jìn)行分析，為類似工程問題提供參考。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

工程區(qū)地基土層主要有灰色淤泥夾粉砂、中細(xì)砂、黃色卵石、砂土狀強(qiáng)風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)貫入試驗平均擊數(shù)為6擊；中細(xì)砂層平均厚度為9.0 m，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗平均擊數(shù)為31擊，極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為6 000 kPa作為樁端持力層。碼頭平臺地質(zhì)剖面見圖1，地質(zhì)參數(shù)指標(biāo)見表1。

圖1 碼頭平臺地質(zhì)剖面(單位：m)

表1 地質(zhì)參數(shù)指標(biāo)

1.2 樁基結(jié)構(gòu)

碼頭及棧橋預(yù)制樁形式為截面邊長為600 mm的預(yù)應(yīng)力方樁，樁長50～59 m，樁頂2.5 m、樁尖2.6 m范圍為實心結(jié)構(gòu)，其余為空心結(jié)構(gòu)，空心段直徑為270 mm，混凝土強(qiáng)度等級為C50，樁尖設(shè)置鋼樁靴。樁基結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 樁基結(jié)構(gòu)(單位：mm)

1.3 沉樁施工

樁基采用在預(yù)制廠整根一次預(yù)制成型，駁船運(yùn)至沉樁現(xiàn)場，打樁船水上施打。根據(jù)工程所在區(qū)域的地質(zhì)特點，選用D128柴油錘二檔施工。在起始2根樁沉樁時便出現(xiàn)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(shè)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(jī)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(cè)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(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(dāng)Qd

經(jīng)分析，本工程產(chǎn)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(diào)整樁型，降低樁身自重難以實現(xiàn)。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(xiàn)象主要發(fā)生在該土層，如果選用質(zhì)量較小的樁錘無法避免溜樁現(xiàn)象，同時樁尖須進(jìn)入密實度較高的砂土層，難以達(dá)到設(shè)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(jìn)型措施

經(jīng)過研究和論證，最終在施工中提出對樁錘吊具進(jìn)行改造的技術(shù)方法，即在D128錘型頂部增設(shè)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(jìn)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(dǎo)致的鋼絲繩在打樁船夾板上四處擺蕩的現(xiàn)象。同時提前關(guān)閉油門，樁錘不會再繼續(xù)自由落體式下沉錘擊樁基，保護(hù)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(hù)打樁架上的導(dǎo)纜器和滑輪，延長其使用壽命。改進(jìn)后的吊籠結(jié)構(gòu)及安裝見圖4。

圖4 改進(jìn)型樁錘吊籠及安裝

4 沉樁質(zhì)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(jìn)型樁錘吊籠，沉樁過程中未出現(xiàn)任何安全事故，也未出現(xiàn)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(shù)為129擊，發(fā)生在2#棧橋2-1-A樁；最大錘擊數(shù)為1 415擊，發(fā)生在碼頭平臺10-D樁；平均錘擊數(shù)678擊；錘擊數(shù)主要分布區(qū)間為500～900擊，占比68.04%。樁基錘擊數(shù)見表2。

圖5 樁基溜樁區(qū)間分布

表2 樁基錘擊數(shù)

4.2 質(zhì)量檢驗

沉樁施工后選取29根樁進(jìn)行低應(yīng)變檢測，檢測結(jié)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(xiàn)裂損和裂縫。

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

表3 樁尖實際高程與設(shè)計高程差值

設(shè)計計算樁長時，按設(shè)計樁頂高程和設(shè)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(shè)計高程時直接進(jìn)行截樁。

沉樁過程中另選取12根樁進(jìn)行沉樁3 d后高應(yīng)變檢測，其檢測結(jié)果見表4。根據(jù)檢測結(jié)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(jié)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(jié)束，隨著擾動土層恢復(fù)，樁基承載力會逐漸加大，直至恢復(fù)原狀。

表4 樁基承載力高應(yīng)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(jié)束后37 d，又對其進(jìn)行了復(fù)打，復(fù)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(jìn)一步得到恢復(fù)。本工程碼頭樁基軸力設(shè)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(zhì)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(jìn)型樁錘吊籠，樁基施工質(zhì)量得到了保證。

5 結(jié)語

1)厚軟土覆蓋層預(yù)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(shè)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(jīng)檢測，采用改進(jìn)型樁錘吊籠設(shè)施，樁身未出現(xiàn)裂縫或斷樁，樁尖基本達(dá)到設(shè)計高程，樁基豎向承載力滿足設(shè)計要求，沉樁質(zhì)量得到保證，其措施是可行的。