許谷星，謝玉磊

（江西省地質(zhì)工程（集團(tuán)）公司，南昌 330030）

1 引言

大直徑PHC 管樁（直徑≥1 m）具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、剛度大、結(jié)構(gòu)承載力大、耐錘擊能力強(qiáng)、抗彎能力高、可貫入性好、抗?jié)B性能好等特點(diǎn)[1]。 隨著工程建設(shè)技術(shù)的快速發(fā)展，大直徑PHC管樁從工業(yè)建設(shè)發(fā)展到海上碼頭和橋梁的應(yīng)用。 由于在海上施工環(huán)境的特殊性，潮汐使海水平面起伏不定，洋流對(duì)樁身的破壞等問(wèn)題的影響，需要在施工過(guò)程中綜合考慮，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。 本文通過(guò)福州港沙埕港區(qū)某作業(yè)區(qū)項(xiàng)目的大直徑PHC 管樁施工， 對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制并提出關(guān)鍵施工技術(shù)，確保了施工質(zhì)量及工期。

2 工程概況

2.1 項(xiàng)目概況

福州港沙埕港區(qū)某作業(yè)區(qū)為一個(gè)5×104t 級(jí)通用泊位，裝卸的主要貨種為紅土礦、建筑用砂和石板材，設(shè)計(jì)年通過(guò)能力為1.9×106t。 碼頭總長(zhǎng)275.0 m，寬24.0 m，共分4 個(gè)結(jié)構(gòu)段，長(zhǎng)度分別為66.5 m、66.5 m、66 m、76 m。 碼頭平臺(tái)北側(cè)兩個(gè)結(jié)構(gòu)段樁基采用直徑1 200 mm PHC 管樁（C 型）結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蝹€(gè)排架布置7 根樁， 其中有兩對(duì)叉樁，PHC 樁持力層為強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖。連接碼頭平臺(tái)是3 座棧橋，其中兩座棧橋長(zhǎng)80 m，另一座長(zhǎng)25 m， 棧橋?qū)挾染鶠?3.25 m。 棧橋排架由3 根直徑1 000 mm PHC 樁（B 型）組成，PHC 樁持力層為強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖。樁頂現(xiàn)澆C40 橫梁，上設(shè)空心板、現(xiàn)澆層及磨耗層。

2.2 巖土特征

根據(jù)勘察野外鉆探報(bào)告顯示本工程地層分為8 個(gè)工程地質(zhì)層。

①素填土：頂板標(biāo)高24.68 m，層厚7.60 m，土層呈灰黃色，成分主要由凝灰熔巖風(fēng)化砂土組成，松散，稍濕～濕。

②碎石：頂板標(biāo)高-0.55～15.71 m，層厚0.80～4.70 m，土層呈深灰色，碎石含量約占60%，巖性主要以中風(fēng)化凝灰熔巖為主，稍密，稍濕～飽和。

③淤泥：頂板標(biāo)高-19.70～-0.44 m，層厚1.45～33.60 m，土層呈深灰色、淺灰綠色，成分主要粉黏粒，流塑，飽和。

③-1 粉砂：頂板標(biāo)高-44.16～-33.15 m，層厚2.20～8.05 m，成分主要為粉砂，松散～稍密，飽和。

③-2 碎石：頂板標(biāo)高-43.55～-26.76 m，層厚0.73～5.37 m，碎石含量約占50%～60%，松散～稍密，飽和。

④粉質(zhì)黏土：頂板標(biāo)高9.14～80.28 m，層厚0.50～5.60 m，成分主要為粉黏粒及少量砂粒，可塑～硬塑，稍濕～飽和。

④-1 含碎石粉質(zhì)黏土： 頂板標(biāo)高31.06～66.18 m， 層厚1.50～6.30 m， 成分主要由粉黏及砂粒組成， 可塑～硬塑，稍濕～飽和。

⑤含碎石粉質(zhì)黏土： 頂板標(biāo)高-51.90～-6.33 m， 層厚0.70～7.00 m，成分主要由粉黏及砂粒組成，硬塑，飽和。

⑥全風(fēng)化凝灰熔巖：頂板標(biāo)高-49.05～78.48 m，層厚1.10～4.90 m，礦物成分基本風(fēng)化破壞，巖芯砂土狀，砂感強(qiáng)，濕水易軟化。

⑦砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖： 頂板標(biāo)高-53.90～76.68 m，層厚0.80～15.40 m，砂感強(qiáng)，濕水易軟化，崩解。

⑧碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖：頂板標(biāo)高-58.68～-8.00 m，層厚0.60～4.45 m，巖石堅(jiān)硬程度為軟巖，為破碎狀態(tài)，等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

2.3 水文情況

工程水域受地形控制，灣內(nèi)基本上是往復(fù)流，深槽部分漲落潮流向基本上與槽向一致， 而淺灘和灣沃部位流向略有分散， 潮流呈旋轉(zhuǎn)流性質(zhì)。 本海區(qū)漲潮歷時(shí)與落潮歷時(shí)相差不大，漲、落潮潮差也相差不大，呈正規(guī)半日潮的特性。

3 施工工藝

打樁船駐位→運(yùn)樁方駁就位→劃樁→移船吊樁→樁入龍口、 套替打→沉樁就位→樁和替打自沉→壓錘→錘擊施工→夾樁施工→截、接樁。

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 平面控制

PHC 管樁定位采用GPS 儀器進(jìn)行測(cè)量放樣， 沉樁前期，岸上設(shè)1 臺(tái)全站儀、2 臺(tái)經(jīng)緯儀按前方任意角交會(huì)法[2]進(jìn)行初步復(fù)核無(wú)誤后，再采用GPS 進(jìn)行最終定位。 在使用過(guò)程中定期用GPS 靜態(tài)測(cè)量的方法進(jìn)行復(fù)核校正。 控制點(diǎn)測(cè)量盡量采用一個(gè)固定的測(cè)量方法，避免系統(tǒng)誤差，確保軸線順直。

4.2 高程控制

在碼頭布設(shè)水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)采用銅芯制作，施工過(guò)程中做好保護(hù)措施。 標(biāo)高測(cè)量采用高精水準(zhǔn)儀測(cè)量，根據(jù)施工需要可在合適區(qū)域增加臨時(shí)水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)。

4.3 預(yù)制樁裝船

裝船過(guò)程中，按照沉樁順序表以及樁駁圖進(jìn)行落駁，遵循“以先施工后裝，后施工先裝”的駁樁原則[3]，避免后期施工出現(xiàn)翻樁。 疊放層數(shù)≤3 層，且同一層內(nèi)，先施工的擺放在兩側(cè)，后施工的擺放在中間。 PHC 管樁重量不超過(guò)駁船裝載限重的70%，保證航行安全。 裝船過(guò)程中，對(duì)每根樁進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查。 主要檢查項(xiàng)目：長(zhǎng)度、直徑、軸線偏差、樁頭垂直度、吊點(diǎn)、合格證、數(shù)量等，表格填寫相應(yīng)情況。

裝樁時(shí)，底層下設(shè)置4 個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行擱置，擱置處設(shè)在樁端2 個(gè)吊點(diǎn)附近，墊塊水平度需要符合平整度要求，每層之間采用方木隔墊， 每層隔墊安放在同一位置并加塞木楔確保管樁堆放穩(wěn)固，無(wú)活動(dòng)現(xiàn)象，最后采用緊固繩進(jìn)行固定，以免在航運(yùn)中PHC 管樁相互碰撞而損壞，如圖1 所示。

圖1 運(yùn)樁船上樁的固定示意

4.4 試樁

在正式施工之前，進(jìn)行試樁施工，確定各項(xiàng)施工參數(shù)。

1）確定試樁區(qū)各土層的樁側(cè)摩阻力和樁端極限阻力的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值， 確定樁端閉塞效應(yīng)系數(shù)及選擇碼頭區(qū)域基樁的合理持力層，為確定樁長(zhǎng)提供根據(jù)。

2）根據(jù)各打入樁的沉樁情況，為正式施工的錘型和停錘標(biāo)準(zhǔn)提供參考資料。

3）通過(guò)高應(yīng)變動(dòng)力測(cè)驗(yàn)，為以后工程樁檢測(cè)并確定樁基承載力提供依據(jù)。

4.5 沉樁設(shè)備的選擇

4.5.1 打樁船

打樁船的樁架高度應(yīng)滿足最大樁長(zhǎng)與水深之和的要求，其動(dòng)力系統(tǒng)能適應(yīng)本工程的海上施工條件。 使用的打樁船主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 打樁船主要性能參數(shù)表

4.5.2 樁錘選擇

本工程樁基為φ1 200mm、φ1 000mm PHC 管樁。 根據(jù)試樁施工參數(shù)，錘型采用D128 型柴油錘，D128 型柴油錘性能主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 D128 型柴油錘性能參數(shù)表

4.5.3 沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)

沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)以標(biāo)高控制為主，貫入度僅作校核[4]。 當(dāng)樁尖未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，采用D128 型，油門三擋，貫入度已小于5 mm/ 擊，應(yīng)繼續(xù)錘擊，錘擊30～50 擊或錘擊100 mm，若此時(shí)，平均貫入度仍小于5 mm/ 擊，且高程相差小于1 m 時(shí)，可停錘，若大于1 m 時(shí)，應(yīng)另行研究處理。

5 沉樁施工工藝

5.1 打樁船駐位

打樁船順流拋八字錨、前后抽心錨、上游打樁船施工段輔助錨共7 根錨纜， 端部安裝錨重12 t 的海軍錨6 口， 纜長(zhǎng)約500 m，纜徑47.5 mm，兩口12 錨備用，施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)潮位等施工環(huán)境變化可調(diào)整錨纜的長(zhǎng)短。

5.2 運(yùn)樁方駁就位

為便于起吊，運(yùn)樁方駁在打樁船左前定位（打樁船主鉤在樁頂一側(cè)），如圖2 所示。

圖2 打樁船錨纜布設(shè)示意圖

5.3 劃樁

樁頂以下10 m 范圍采用紅色油墨按10 cm 的間距進(jìn)行半圈刻畫標(biāo)線，其余范圍采用間距為50 cm 劃線。

5.4 移船吊樁

待樁駁駐位后， 打樁船松前進(jìn)纜同時(shí)絞后錨和一側(cè)邊錨使打樁船以最快速度靠近樁駁， 船頭轉(zhuǎn)到運(yùn)樁駁一側(cè)進(jìn)行吊樁，采用四點(diǎn)吊起吊（采用四點(diǎn)吊時(shí)，下吊索長(zhǎng)度取0.5～0.6L（L 為樁長(zhǎng)），吊樁高度H' 不宜小于0.8L），進(jìn)龍口采用樁頭2點(diǎn)吊。

管樁起吊時(shí)，先平穩(wěn)起吊到一定高度，再進(jìn)行上部大鉤回收，起主要提升作用，下部大鉤緩緩放松起輔助作用，以免管樁無(wú)序晃動(dòng)，最后進(jìn)行立樁。

5.5 樁入龍口、套替打

立樁完畢， 通過(guò)調(diào)整樁架的垂直度和替打的高度使管樁上口嵌入替打裝置，完成樁入龍口，此時(shí)將下部大鉤落下并卸除，然后關(guān)閉抱樁器。

5.6 沉樁定位

打樁船通過(guò)采用RTK GPS 模式的3 臺(tái)GPS 站和2 臺(tái)傾角傳感器進(jìn)行調(diào)整船體的位置、方向和姿態(tài)，通過(guò)調(diào)整直至樁位符合設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行沉樁。 圖3 和圖4 分別為船上定位儀和定位控制室。

圖3 船上定位儀

圖4 定位控制室

5.7 樁和替打自沉

樁定位完畢，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，控制錘和替打的鋼絲繩緩慢下降，使樁和替打緩慢下沉，自動(dòng)下沉至海底面。

5.8 壓錘

樁自沉至不能再下沉后， 逐步減少鋼絲繩的拉力采用樁錘進(jìn)行壓錘[5]，在壓錘過(guò)程中需要不斷觀察樁的偏位和垂直度的情況，如果出現(xiàn)偏差過(guò)大情況，應(yīng)停止壓錘并提升樁錘，通過(guò)調(diào)整打樁船錨纜和樁架垂直度已滿足設(shè)計(jì)要求后重新壓錘。

5.9 錘擊施工

壓錘結(jié)束后，先替打，同步采用GPS 和傾角傳感器觀測(cè)樁的偏位及垂直度，當(dāng)樁位及垂直度滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可以開(kāi)始錘擊。管樁施工順序?yàn)槠叫泻笸朔ㄊ┕ぁ俄敇?biāo)高及貫入度由岸上水準(zhǔn)儀和樁架上的高程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制及校核。 打樁貫入度可以通過(guò)樁身劃線測(cè)量下沉量和配備“錘擊計(jì)數(shù)器”記錄的打樁錘擊數(shù)進(jìn)行計(jì)算， 滿足設(shè)計(jì)要求后停止錘擊結(jié)束施工。

5.10 夾樁施工

每根樁施打完成后，及時(shí)由500 t 多功能駁（配50 t 吊機(jī)）進(jìn)行夾樁作業(yè)，夾樁平臺(tái)采用鋼抱箍為支撐點(diǎn)，縱橫向安放雙扣22#槽鋼將其與周圍已沉樁連成片，夾樁平臺(tái)可以避免因自由長(zhǎng)度過(guò)大或外力作用造成單樁發(fā)生移位或傾覆。 承重圍囹布置示意如圖5 所示。 夾樁時(shí)注意以下事項(xiàng)：

圖5 承重圍囹布置示意圖

1）選擇施工環(huán)境比較好時(shí)進(jìn)行夾樁作業(yè)，當(dāng)測(cè)量抱箍標(biāo)高時(shí)， 工作船側(cè)應(yīng)安設(shè)連續(xù)的固定護(hù)舷或足夠的手提護(hù)球并慢慢接近樁體，以免樁身被碰撞破壞樁身防護(hù)層。

2）抱箍螺栓必須用專用扳手?jǐn)Q緊，并且擰緊過(guò)程中必須用手錘沿抱箍四周對(duì)稱敲擊使其密貼， 確保樁與鋼抱箍間的摩擦力能滿足夾樁平臺(tái)的垂直荷載要求。 但敲擊力度不能過(guò)大，以免損壞保護(hù)樁身的防腐層，需在鋼抱箍與樁身之間墊放橡膠墊減少?zèng)_擊和增加摩擦力。

5.11 截、接樁

夾樁完成后，由測(cè)量人員實(shí)測(cè)樁偏位數(shù)據(jù)，再根據(jù)樁頂標(biāo)高放樣位置對(duì)樁頂進(jìn)行切割或接樁并修平。 截樁先采用鋼絲繩捆綁樁頭，由吊機(jī)吊住后才能切割，以免截下的樁頭傾倒傷人或墜入海中，由吊機(jī)將切割下來(lái)的樁頭吊走。 接樁（不低于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高30 cm） 可以制作漏斗式模板與承臺(tái)一起澆筑。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程通過(guò)在海上施工大直徑PHC 管樁的定位、 吊樁、錘擊過(guò)程關(guān)鍵工藝的控制， 并及時(shí)采用鋼抱箍平臺(tái)把單樁連成整體防外部因素的擾動(dòng)破壞， 解決了海上施工大直徑PHC管樁的定位等施工難題。 大直徑PHC 管樁施工結(jié)束后7 d 進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)測(cè)（PDA），檢測(cè)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。