振動沉管砂樁在護岸工程中應用技術(shù)要點分析

陳廣清

（福建省陸海建設(shè)管理有限公司，福建 福州 350007）

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

某工程護岸長度為2.024km，結(jié)構(gòu)形式為斜坡堤，其中K0+000～K1+530 段位于臨海堤段，待處理的天然軟弱土層厚度均較大，設(shè)計對該護岸工程的軟基處理采用塑料排水板和砂樁兩種形式組合，堤身結(jié)構(gòu)為砂被斜坡堤結(jié)構(gòu)形式，砂樁直徑80cm 砂樁，原設(shè)計采用水上施打形式，砂樁置換率30%，設(shè)計砂樁間距1.29m，按正方形布置，根據(jù)直徑計算每延米理論體積為0.5m3，要求單根砂樁施工灌砂量充盈率取1.4。砂樁排水墊層采用袋裝砂排水墊層，砂樁樁體用砂采用外購中粗砂，其要求含泥量小于5%，經(jīng)檢測其滲透系數(shù)大于5×10-3cm/s，根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)砂樁樁長在15.4m，必須穿透軟弱土層[1]。

1.2 砂樁施工技術(shù)要求

1.2.1 砂樁要求打穿軟弱土層，并進入下臥硬土層不少于1m。

1.2.2 設(shè)計砂樁水平偏差不應大于0.1 倍工具套管外徑，砂樁成樁垂直度偏差不應大于1%。

1.2.3 設(shè)計成樁直徑偏差應控制在5%～10%之間。

1.2.4 設(shè)計樁長偏差應不小于樁長＋100mm。

2 施工作業(yè)平臺分析與選擇

在水運工程護岸結(jié)構(gòu)振動沉管樁施工作業(yè)平臺主要有管樁船水上作業(yè)、搭設(shè)臨時鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)平臺水上作業(yè)和回填料作業(yè)平臺陸上作業(yè)三種形式，選擇哪種作業(yè)平臺應根據(jù)現(xiàn)場實際工況條件和材料獲取難易程度確定。該項目原設(shè)計采用水上施打方案，但現(xiàn)場風量較大，根據(jù)相關(guān)要求大于六級風就不能作業(yè)。采用管樁船作業(yè)在技術(shù)上存在以下問題：

船舶作業(yè)時間受限，因工程量較大，作業(yè)周期較長，項目所在地常年受風浪影響，季風季節(jié)時間較長，嚴重影響工期進度；

受風浪影響，船舶定位精度難以滿足設(shè)計和規(guī)范要求；

受項目所在地水深影響，船舶需趕潮水作業(yè)，作業(yè)時間進一步受限，且船舶能夠作業(yè)的范圍有限，必須配合其他作業(yè)平臺施工。

因此，管樁船舶作業(yè)在本項目技術(shù)上不可行，而鋼結(jié)構(gòu)平臺在技術(shù)上和經(jīng)濟上也存在大量問題，主要情況如下：

該項目為條形基礎(chǔ)，砂樁采用正方形布設(shè)，砂樁直徑80cm，間距1.29m，鋼結(jié)構(gòu)平臺的開孔較密，且下層為天然軟弱土層，能夠滿足該條件的鋼結(jié)構(gòu)平臺設(shè)計難度較大。該項目砂樁直徑80cm，長度15.4m，能滿足現(xiàn)場施工需求的砂樁機設(shè)備較大，另外鋼結(jié)構(gòu)平臺還需要大量的儲砂空間便于砂樁填充施工，在此情況下，鋼結(jié)構(gòu)平臺搭設(shè)的穩(wěn)定性難以保證，平臺自身的剛度和強度更是難以滿足要求。該項目砂樁施工長度為1.53km，寬度為35m，在保證工期的條件下，需一次性搭設(shè)大量平臺，且配合的船機較多，所需的臨時工程費用巨大。

而根據(jù)該項目的實際工況和取材條件，采用回填料作業(yè)平臺則存在以下優(yōu)勢：該項目取砂條件較為理想，砂質(zhì)較好，含泥量較少，可快速實施回填砂平臺作業(yè)?；靥钇脚_后由水上作業(yè)轉(zhuǎn)為陸上作業(yè)，施工受制條件較少，有利于砂樁施工的現(xiàn)場管理和砂樁施工過程的質(zhì)量控制。

回填料作業(yè)平臺抗風浪能力強，不受風力和季風季節(jié)影響，施工效率有保障；回填料作業(yè)平臺空間利用率高，作業(yè)條件充裕，便于開工展布和分區(qū)分段作業(yè)；回填料作業(yè)平臺承載力高，可通過增加回填料厚度、土工布加筋等諸多形式增加作業(yè)平臺的承載力和穩(wěn)定性。該項目堤身結(jié)構(gòu)為充填袋裝砂，回填料平臺采用砂回填，后續(xù)可以重復利用，避免浪費[2]。

綜上所述，該項目砂樁施工平臺選擇回填料平臺具有諸多優(yōu)勢，而其存在的問題主要是平臺臨時工程費用較高、不同的水域需要回填不同的厚度、同樣受到潮水高差影響、在臺風季節(jié)抗臺能力較弱等問題，但相較于船舶作業(yè)和鋼結(jié)構(gòu)平臺而言，其存在的問題同等對比仍存在一定優(yōu)勢，所以該項目根據(jù)實際工況和生產(chǎn)條件選擇回填砂平臺作業(yè)，但不同項目有不同項目情況，還是應根據(jù)其自身項目特點選擇相適應平臺，無論采用何種平臺都應對平臺的承載力和穩(wěn)定性進行驗算，并形成專項方案。

3 工藝流程與施工方法

3.1 工藝流程

平整砂樁施工作業(yè)場地─劃分施工區(qū)段與確定打樁順序─樁位放樣─樁機就位─調(diào)整打樁機平整度和樁管垂直度─沉管─灌注砂料─振動并提升樁管─效果檢查─樁機移位進行下一根樁施工。

3.2 施工方法

3.2.1 施工準備：通過典型施工段試樁，確定符合該工況的施工參數(shù)，并結(jié)合當?shù)爻毕惋L力情況，制定施工方案和施工計劃，劃分施工區(qū)域，進行砂樁施工場地平面布置，組織進場砂樁機檢查，確保砂樁機性能滿足要求。

3.2.2 施工定位：根據(jù)施工進度計劃要求及功效分析，本工程采用砂樁機進行施工，首先根據(jù)施工平面圖進行繪制施工計劃線，確定施工段砂樁總排數(shù)和每排砂樁數(shù)量，同時可以采用RTK 進行樁位的精確定位。

3.2.3 樁位放樣：依據(jù)樁位布置圖，確定各砂樁機每日施打范圍和施打順序，并結(jié)合控制點和施工軸線對每日施打砂樁樁位進行放樣，放樣過程應嚴格控制砂樁的位置偏差，確保樁位準確。

3.2.4 樁機就位：砂樁機就位前應對場地進行平整，樁機移到到位后，應用水平儀檢查砂樁機的平整度，另外用全站儀對砂樁管的垂直度進行檢查，發(fā)現(xiàn)偏位時，根據(jù)測量員的指示進行相應調(diào)整，并保證調(diào)整措施的穩(wěn)固性，確保樁機樁尖與樁位，且施工過程中砂樁管垂直度滿足要求。

3.2.5 沉管：沉管前檢查樁尖閉合情況，符合要求后，啟動振動器下沉砂樁管；下沉過程觀察周圍情況，是否出現(xiàn)地面隆起或塌陷，若出現(xiàn)異常情況，應及時停機，同時檢查砂樁機平整度，確保砂樁機不出現(xiàn)傾斜，并用測量儀器核對樁管垂直度，直至沉管至設(shè)計底標高，確保砂樁施工完成后樁長和垂直度滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

3.2.6 樁管灌砂：沉管底達到設(shè)計標高后，開始進行填砂施工，每根砂樁填砂量按照設(shè)計砂量的1.4倍計算備砂量，并根據(jù)規(guī)范要求進行灌入，若樁管中一次裝不下計算填砂量，則在拔管過程中進行補充灌砂，主要在振動擠密過程中補足，直至灌滿管樁的全部砂量。在實施過程中，向管內(nèi)填砂的同時，可輔以向管內(nèi)注水或者通入壓縮空氣的方式，利于砂排到樁管下，便于成樁；若排砂不暢通時，可根據(jù)現(xiàn)場情況適當加大風壓或水壓，增加排砂壓力。但當砂樁管臨近拔出地面時，應減小風壓和水壓，防止砂料外飄出。

3.2.7 振動并提升樁管：首次拔管高度控制在80～100cm，提升過程根據(jù)樁尖結(jié)構(gòu)形式，打開樁尖（不同樁尖有不同的打開方式）；樁尖打開后，砂樁管內(nèi)填砂會流入下層空隙，啟動振動器，根據(jù)規(guī)范要求留振，并觀察砂樁內(nèi)填砂下沉情況，后續(xù)控制拔管速度為1m/min，并根據(jù)規(guī)范要求控制提升高度的留振時間，該項目為每拔管0.5m 留振20s，直至拔管出地面，并及時對灌砂量進行核算，確保砂樁實際灌砂量滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

3.2.8 砂樁補料：砂樁管拔出地面后發(fā)現(xiàn)樁內(nèi)灌砂未填滿，應及時通過砂樁用砂進行填補，填補過程應采用相應工藝對補回填砂進行密實處理?，F(xiàn)場可利用砂樁機振動錘和水沖法對補料進行密實，并通過相應典型施工確定實施參數(shù)，確保補料密實度滿足要求，實現(xiàn)整根砂樁的成樁連續(xù)性和均勻性。

3.2.9 將該砂樁計算填砂量完全充填完成，提管提至地面，移動砂樁機到下一樁位施工。

4 典型施工

由于不同工況和不同的土質(zhì)指標，在振動沉管砂樁施工前必須進行典型段施工，以確定滿足設(shè)計成樁指標所需的振密電流、用砂量和留振時間等砂樁施工過程的控制參數(shù)指標，具體實施如下：

典型施工前，應編制典型施工專項方案，確定典型施工數(shù)量以及需明確的參數(shù)和檢驗方式方法，報請設(shè)計單位確認，明確后續(xù)施工質(zhì)量控制參數(shù)；

典型施工時，必須詳細做好每根砂樁的施工記錄，尤其要記錄清楚每根砂樁打設(shè)時的用砂量、充盈系數(shù)和地基土的隆起情況以及成樁效果；

施工完成后，根據(jù)規(guī)范時間間隔開展相應檢測，主要檢測項目有砂樁原位鉆孔檢測、砂樁的標貫檢測、靜力觸探檢測等。根據(jù)施工記錄和檢測結(jié)果進行典型施工總結(jié)，確定全面施工控制參數(shù)，明確施工控制技術(shù)要點，展開全面作業(yè)。

5 施工技術(shù)要點

砂樁沉管時，可能碰到遭遇局部硬土層，也有可能會遇到孤石，處理不當會造成樁長不夠。如遇此情況，應即時停止施工，采取相應方式盡量確定無法沉管的范圍，并及時聯(lián)系設(shè)計單位，確定處理方案；另外，樁底部填砂不足，會導致成樁問題，并影響后續(xù)地基加固效果，拔管前應嚴格控制留振時間，且必須保證灌滿砂料。

施工過程對砂樁機性能及時進行檢查，各個位置做好記號，通過準確控制砂樁機，滿足砂樁樁位偏差和垂直度偏差規(guī)范要求，并由此確保樁長及砂料灌入量滿足要求；每臺設(shè)備安排一名技術(shù)人員，在砂樁施工過程中如實記錄各項參數(shù)和施工情況，做好全面且準確地施工記錄。確保砂樁的底標高應滿足設(shè)計要求，灌砂量不應低于每根砂樁的計算成樁用砂量，出現(xiàn)無法打至設(shè)計標高時，應及時聯(lián)系設(shè)計人員解決。每一根砂樁都應嚴格控制水平偏差、垂直度和成樁直徑，若出現(xiàn)兩根以上連續(xù)偏差，則應立即停工，檢查設(shè)備，確保樁位水平偏差、垂直度偏差、成樁直徑偏差滿足規(guī)范要求。

每一根砂樁施工完成，應及時核算填砂量，并按不小于設(shè)計樁長＋100mm 的樁長控制填砂量，確保樁長滿足規(guī)范要求。擠密砂樁的允許偏差、檢驗數(shù)量和方法應符合表1的規(guī)定。

表1 擠密砂樁和碎石樁的允許偏差、檢驗數(shù)量和方法《水運工程質(zhì)量檢驗標準》（JTS257-2008）

6 質(zhì)量控制措施

振動沉管砂樁施工前應在現(xiàn)場檢查施工設(shè)備，保證設(shè)備性能良好和各項表盤度數(shù)準確。施工前做好測量工作，尤其是施工基線和控制點的復核工作，標明控制基線和控制點應用規(guī)范標志物并進行相應保護。

施工前，檢查振動沉管砂樁用砂進場情況和進場砂質(zhì)量，是否滿足施工用量和質(zhì)量按要求。砂樁施工前，根據(jù)實際工況和砂樁機性能，對施工區(qū)域進行分區(qū)，并在現(xiàn)場標出分界線，編制安排打設(shè)順序，樁機上應有明顯的打設(shè)深度標記，以便控制和記錄沉管施打深度。

另外，砂樁的樁尖結(jié)構(gòu)種類多樣，具體施工中應通過典型施工選用合適的樁尖結(jié)構(gòu)，其目的在于保證砂樁施工過程中樁尖能順利打開，并滿足成樁漏砂要求，保證低故障率。沉管打設(shè)至設(shè)計標高后，應檢查沉管內(nèi)外實際高差，以防止泥土等雜物從樁尖進入套管內(nèi)，影響成樁質(zhì)量。若發(fā)現(xiàn)砂樁管內(nèi)有雜物不能繼續(xù)進行填砂施工時，應首先清除雜物，分析造成雜物進入的原因，排除隱患后，再重新作業(yè)。

砂樁施工過程中發(fā)現(xiàn)無法沉管至設(shè)計標高時，不能直接灌砂施工，應首先分析相應地區(qū)的地勘圖紙，并及時與設(shè)計人員取得聯(lián)系，說明詳細情況，確定解決方案。

7 質(zhì)量檢驗

振動沉管砂樁施工完成后，檢查各項原始記錄是否滿足要求，然后進行實驗檢測，檢測內(nèi)容主要包括：砂樁原位鉆孔檢測、砂樁的標貫檢測、靜力觸探檢測，檢測時間根據(jù)規(guī)范要求的間隔時間實施，其中粉質(zhì)黏土地基和粉土地基施工和檢測的間隔時間不同，相差一周時間。各項檢測的數(shù)量和要求按有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，基本要求如下：砂樁原位鉆孔檢測用來檢驗砂樁的成樁效果，鉆孔深度要求貫穿砂樁樁體，檢測頻率為砂樁總樁數(shù)的0.5%；砂樁標貫檢測用來檢驗砂樁的密實度和成樁效果；靜力觸探檢測用來檢測砂樁間土的加固效果，檢測頻率為砂樁總數(shù)的0.5%，檢測深度為打設(shè)深度，檢測位置均勻分布在打設(shè)范圍內(nèi)。

8 結(jié)語

綜上所述，本文通過對某工程振動沉管砂樁施工全過程的分析，總結(jié)該工藝在護岸工程中應用的技術(shù)要點，同時提出了施工作業(yè)平臺選擇的分析方法，并對質(zhì)量控制要點進行相應總結(jié)，希望能夠為后續(xù)同類型項目提供一點參考和借鑒作用。