超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁沉樁施工關(guān)鍵技術(shù)

◎胡文棟 中交四航局第五工程有限公司

1.工程概況

溫州港樂清灣港區(qū)通用作業(yè)區(qū)（C區(qū)）一期工程新建1個(gè)10萬噸級(jí)2#泊位（水工結(jié)構(gòu)按靠泊15萬噸級(jí)散貨船設(shè)計(jì)和建設(shè)）及1#棧橋，2#泊位建設(shè)長(zhǎng)365m、寬30.5m，1#棧橋建設(shè)長(zhǎng)542m、寬15.55m，且2#泊位與1#棧橋組合管樁樁徑均為1200mm，屬于高樁梁板式結(jié)構(gòu)，主要用于煤炭及鐵礦石卸船，預(yù)計(jì)每年來往總量為800萬噸（卸載的礦石和煤炭分別為530萬噸和270萬噸）。2#泊位樁基采用φ1200mm后張法預(yù)應(yīng)力組合大管樁（混凝土大管樁64 m+鋼樁靴20 m～23 m組合而成），樁長(zhǎng)84～87m，共416根；1#棧橋1#～20#排架樁基采用φ1200mm先張法預(yù)應(yīng)力PHC組合大管樁（混凝土PHC大管樁62m+鋼樁靴9m～10m組合而成），樁長(zhǎng)71～72m，共81根。

2.工程施工難點(diǎn)及解決措施

2.1 施工難點(diǎn)

參考項(xiàng)目地形地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，可觀測(cè)到沉樁場(chǎng)域內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，該施工場(chǎng)域表層土壤多為軟弱土，中部以黏性土為主，下部分布為碎石土和黏性土層，局部樁身需穿越含黏性土礫砂層，沉樁控制難度大。

沉樁施工海域內(nèi)受風(fēng)浪影響大且具有明顯的季風(fēng)特征，同時(shí)受潮汐影響，水位波動(dòng)較大，沉樁海域南側(cè)分布有較多養(yǎng)殖網(wǎng)箱，打樁船沉樁定位困難。

超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁管徑大、數(shù)量多、扭角與斜度大、斜樁占比99%、最大重量95t，開展吊樁和沉樁作業(yè)難度極大。

2.2 施工難點(diǎn)解決措施

根據(jù)以上施工困難點(diǎn)，本項(xiàng)目超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁沉樁過程中采取以下措施：

1）在開展沉樁作業(yè)之前，應(yīng)合理安排沉樁次序，并根據(jù)沉樁次序設(shè)計(jì)落駁圖，并核實(shí)沉樁和落駁次序的可行性。

2）在開展打樁作業(yè)之前，要仔細(xì)調(diào)查實(shí)際的地質(zhì)數(shù)據(jù)，對(duì)有無滑樁體的情況進(jìn)行分析，并制定預(yù)防措施。在施工前開展施工現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)交流，并采集現(xiàn)場(chǎng)沉樁實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為下一階段開展沉樁施工提供數(shù)據(jù)分析。

3）打樁時(shí)選用D-138型柴油錘開二檔，重錘輕擊，管樁樁頂與替打之間墊麻繩或紙墊厚155mm，樁錘錘擊力作用在替打的鋼絲繩上，目的以緩沖樁頂受力，避免樁頭被打碎，長(zhǎng)管節(jié)大管樁沉樁替打應(yīng)設(shè)置排氣孔。

3.沉樁施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工工藝流程及質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

沉樁整體的施工流程如下：制樁→運(yùn)樁→樁船定位→樁船移位吊樁→移船立樁→測(cè)量定位→立樁穩(wěn)樁→錘擊沉樁→水上夾樁（檢樁）。

根據(jù)標(biāo)高控制沉樁施工，并進(jìn)行貫入度檢查；樁頂標(biāo)高需符合預(yù)設(shè)高度，且最后階段10次沖擊的平均貫入度需＜20mm；待觀測(cè)到最后10次打樁的平均貫入度＜3mm/次，樁頂標(biāo)高未超過3m時(shí)，連續(xù)敲打樁身100mm或30～50次，如貫入度沒有增加，則可以終止沉樁作業(yè)；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)高度滿足預(yù)設(shè)高度3m，但其貫入度不能滿足所需的預(yù)設(shè)要求時(shí)，應(yīng)立即通知設(shè)計(jì)師。在開展沉樁作業(yè)時(shí)，要注意嚴(yán)格掌控打樁速度，以避免水下岸坡穩(wěn)定性出現(xiàn)異常，同時(shí)要注意對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)沉樁發(fā)生異常現(xiàn)象時(shí)，需由設(shè)計(jì)員、業(yè)主、監(jiān)管單位和施工部門四方共同商討解決。

沉樁后，按現(xiàn)行規(guī)范要求，通過高、低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)樁基承載力及完整性，作為樁基質(zhì)量評(píng)定依據(jù)。

3.2 超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁制作及運(yùn)輸

為確保超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁施工質(zhì)量、施工進(jìn)度和施工效率，專業(yè)制樁單位需參照施工的先后次序來制作樁體，管節(jié)采用離心成型技術(shù)，鋼筋混凝土樁靴則以螺旋焊縫鋼管來建造，將兩者連接成為整體。在樁頂部進(jìn)行特殊的防銹處理，將涂料涂抹在鋼筋混凝土表層以預(yù)防腐蝕。當(dāng)大型超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力大管樁施工完畢，并通過相關(guān)部門的校驗(yàn)后，采用專業(yè)的船塢起重機(jī)開展裝置作業(yè)。由制樁廠將樁體以2500t駁船運(yùn)送至施工場(chǎng)域。該2500t駁船倉(cāng)寬度為25m，兩邊每間距10m以工字鋼鋼架構(gòu)建一道封倉(cāng)架，該倉(cāng)架高度為1.5m。超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁由150mm×200mm×800mm的木塊在樁與樁間發(fā)揮支墊作用，底部樁與樁之間則以200mm×200mm×2000mm的木質(zhì)塊發(fā)揮支墊作用，且底部大管樁采用木頭楔塊加固。

3.3 定位、吊樁及沉樁

3.3.1 運(yùn)樁船定位

因該項(xiàng)目所處的海潮落差較大，施工作業(yè)開展期間季風(fēng)較強(qiáng)，且其施工指定位置與漲潮、落潮方位呈現(xiàn)出垂直擺向趨勢(shì)。為了提高駁船的定位準(zhǔn)確性，將船尾定位錨的重量由1.0t調(diào)整為1.5t，錨索長(zhǎng)度則從100m延長(zhǎng)到300m。該調(diào)整措施可使駁船在不使用其他輔助設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)卸樁施工作業(yè)的要求。在打樁設(shè)備安裝完畢后，將左前方和右前方的錨具放置在原地，待船體定位準(zhǔn)確后，將兩個(gè)錨具向外拋擲壓緊運(yùn)樁船的錨索，然后開展下一階段的吊樁施工。

3.3.2 移船吊樁及就位

樁船與運(yùn)輸船保持緊密的距離，樁架向前方傾斜，讓吊索與管樁相垂直。下吊索長(zhǎng)度（包括捆綁長(zhǎng)度）通?？刂圃?.5～0.6倍樁長(zhǎng)，吊樁高度則要在0.8倍樁長(zhǎng)以上；在樁沒有被吊出船倉(cāng)前，由起重工進(jìn)行統(tǒng)籌安排，在吊裝時(shí)，應(yīng)留意管樁的兩端有無觸動(dòng)倉(cāng)壁，打樁船將樁身吊到合適的高度（如超過駁船上所有錨機(jī)、封艙架等障礙物）后，打樁船往后退，橫向移動(dòng)到預(yù)設(shè)樁位；根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理調(diào)整樁架傾斜角度，使樁進(jìn)入龍口，關(guān)上、下背板、解副鉤吊索，移船吊樁施工圖如圖1所示。

圖1 移船吊裝示意圖

超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁采用四點(diǎn)吊立施工工藝，四點(diǎn)吊示意圖及吊點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 四點(diǎn)吊示意圖

3.3.3 樁身定位

測(cè)量沉樁及其定位采取GPS定位、全站儀校驗(yàn)的“雙控”方法。該打樁船裝配置3處GPS（RTK）接收設(shè)備（流動(dòng)站）、1個(gè)傾斜儀和1個(gè)樁架角度板來測(cè)定船體方位和狀態(tài)，以此判斷出船體上樁的所在位置，從而完成對(duì)樁體的定向、定位，在左側(cè)屏幕上，可以及時(shí)顯示出樁體的傾斜角度和沉樁錘擊次數(shù)（通過語音傳感器來讀出錘擊次數(shù)，有效代替以前的人工讀數(shù)方式）。采用在岸邊安裝的全站儀器測(cè)量和控制高程，并及時(shí)測(cè)量和控制超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁的定位和傾斜度。當(dāng)船上與岸上的雙控制定位信息相符后，才能開展下樁作業(yè)。如果發(fā)生定位信息不一致的情況，則要對(duì)誤差原因進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上處理好誤差問題再開展下樁作業(yè)。在進(jìn)行斜樁沉樁定位時(shí)，應(yīng)注意提前量和落后量，一般將其掌控在10～15cm范圍內(nèi)。

3.3.4 替打設(shè)置

由于1#棧橋與2#泊位超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁直徑均為φ1200mm，采用φ1200mm替打裝置可通用，不用互相切換而影響施工進(jìn)度。在替打裝置頂端提前鋪設(shè)錘墊，該錘墊以廢棄鋼絲繩構(gòu)成，擁有滿足施工要求的強(qiáng)度及剛度。錘墊麻繩或紙墊厚155mm，管樁樁頂與替打裝置之間墊麻繩或紙墊，替打裝置的長(zhǎng)度一般預(yù)設(shè)為1.3m，錘擊力則主要作用在替打設(shè)備的鋼絲繩上。該裝置可有效減震和緩沖壓力，更好地減小樁頭所產(chǎn)生的壓力，預(yù)防錘擊時(shí)樁頭受到損傷。

3.3.5 錘擊沉樁

在下樁時(shí)，應(yīng)留意樁錘、替打設(shè)備及樁體保持在同一條軸線上，可使用帶緊錨纜調(diào)整樁錘中心線，并帶緊樁船錨纜以避免發(fā)生偏錘現(xiàn)象。在開展錘擊作業(yè)時(shí)，不可采用移船法調(diào)整樁體傾斜的問題，尤其是斜樁，以免導(dǎo)致樁體發(fā)生斷裂。在開展錘打沉樁作業(yè)時(shí)，應(yīng)注意觀察和記載貫入度，待樁體越過黏性土壤和淤泥土壤之后，再增加錘擊力度，并及時(shí)記載沉樁狀況和偏樁現(xiàn)象。棧橋三個(gè)樁基位于岸邊淤泥土壤處，其淺層存有大小各異的碎石塊。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查材料顯示，這些碎石塊大約有5～10m厚。在開展沉樁作業(yè)時(shí)，使用錘子敲擊150～250次后將由拋石層到達(dá)淤泥土壤層，此時(shí)大管樁會(huì)以較快的速度迅速下沉。在錘擊過程中，應(yīng)以重錘輕擊的方式開展錘擊，以避免出現(xiàn)滑樁現(xiàn)象。

3.4 截樁及樁頂處理

對(duì)于需截樁的樁頭，在上部現(xiàn)澆施工平臺(tái)搭設(shè)后采用繩鋸截樁施工工藝，與傳統(tǒng)的人工環(huán)切+風(fēng)鎬鑿除工藝相比，有以下特點(diǎn)：1)繩鋸截樁設(shè)備動(dòng)力強(qiáng)勁、功效高，有效降低作業(yè)人員投入及施工成本；2)繩鋸截樁設(shè)備具有無線遙控、過載保護(hù)功能，操作安全可靠；3）繩鋸截樁屬于線性施工，截面平整美觀，解決了傳統(tǒng)人工環(huán)切+風(fēng)鎬鑿除工藝中樁頂破損、截樁面平整度差等質(zhì)量缺陷，尤其有效解決了不同斜率管樁截成水平面的問題。繩鋸截樁具有功效高、安全可靠、質(zhì)量好等推廣價(jià)值。

3.5 水上臨時(shí)夾樁

在沉樁作業(yè)完畢后，為預(yù)防樁體出現(xiàn)移動(dòng)或者偏斜，應(yīng)及時(shí)對(duì)施工完畢的樁身開展夾樁作業(yè)，在分析本工程特征后，采用[16槽鋼開展夾樁。槽鋼吊掛在樁頂下方，槽鋼間縱橫2個(gè)方向相互牢固焊接，以聯(lián)系整個(gè)樁群。夾樁作業(yè)需在沉樁作業(yè)完畢后及時(shí)開展，以避免因樁體長(zhǎng)時(shí)間處于自由狀態(tài)造成樁體出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象。同時(shí)需在樁體周邊配置顯著標(biāo)識(shí)，在夜間配置紅燈顯示，預(yù)防來往船舶發(fā)生碰撞。

-1#、0#、40#、41#排架的26根樁基沉樁完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行圍囹加固（2個(gè)排架之間也應(yīng)進(jìn)行聯(lián)系加固），施工加固措施應(yīng)與業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位進(jìn)行協(xié)商確認(rèn)。

3.6 清理樁芯淤泥

沉樁后，檢查樁內(nèi)是否有升高泥芯，若有且泥芯頂標(biāo)高超過樁芯混凝土底標(biāo)高，須立即用水槍沖后抽出，處理至樁芯混凝土底標(biāo)高以下，樁頂排氣孔立即封堵。

3.7 沉樁質(zhì)量控制

水上沉樁允許偏差見表1。

表1 水上沉樁樁頂允許偏差表

4.施工注意事項(xiàng)

（1）碼頭區(qū)域原泥面標(biāo)高-7m，由于2#泊位為10萬噸級(jí)兼靠15萬噸碼頭，前沿停泊水域疏浚設(shè)計(jì)底標(biāo)高-19.3m，存在泥面標(biāo)高高差較大，所以沉樁前需對(duì)碼頭區(qū)域進(jìn)行疏浚削坡挖泥，防止后期疏浚導(dǎo)致碼頭滑移、跑樁的情況。

（2）由于預(yù)應(yīng)力組合大管樁長(zhǎng)度較大，所以在進(jìn)行樁身設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到樁身的制作、運(yùn)輸和吊樁的實(shí)際施工的可行性，同時(shí)還要考慮到樁身整體設(shè)置需求、場(chǎng)地狀況以及打樁船運(yùn)行要求，在設(shè)計(jì)圖紙上及時(shí)推演施工狀況，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的沉樁次序和施工方案。比如，在2#碼頭交匯點(diǎn)安裝的C1樁體，在施工初期調(diào)整傾斜角度后，因受2#碼頭交匯處施工影響，難以準(zhǔn)確定位，給后續(xù)工程施工造成了影響。經(jīng)與設(shè)計(jì)人員商討研究后，最終將該樁調(diào)整為直樁。施工作業(yè)期間，應(yīng)與監(jiān)管、設(shè)計(jì)單位保持良好的交流，對(duì)任何不正常的現(xiàn)象都要及時(shí)進(jìn)行報(bào)告，以縮短船舶窩工時(shí)長(zhǎng)。

（3）在工程建設(shè)期間，因工程場(chǎng)域地質(zhì)條件復(fù)雜，存在大量超過預(yù)設(shè)高度、影響下一樁工程施工的問題，因此必須及時(shí)與監(jiān)管、設(shè)計(jì)單位商討研究，及時(shí)采取截樁措施。由于其他施工船只無法在最短的時(shí)間內(nèi)抵達(dá)施工場(chǎng)域，而使用施工船則會(huì)耽誤其它工程施工的效率，而且打樁船的工作人員也更專業(yè)、熟練。因此，大多數(shù)影響到工程進(jìn)度的施工作業(yè)均安排給打樁船工作人員，由工作人員及時(shí)開展切割、轉(zhuǎn)運(yùn)及其處理作業(yè)，在惡劣的施工條件下，施工速度得到了極大的提升。

（4）出現(xiàn)類似因異常超高樁而進(jìn)行補(bǔ)勘作業(yè)的，則需要大規(guī)模范圍內(nèi)調(diào)整沉樁次序，也需要調(diào)整原有的超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合大管樁制作和沉樁的次序。且必須及時(shí)與制樁單位進(jìn)行交流，在商討研究后，及時(shí)調(diào)整制作樁體和運(yùn)送樁體的次序。對(duì)于已生產(chǎn)和裝駁的樁，應(yīng)及時(shí)采取“以長(zhǎng)替短”的辦法，同時(shí)積極與業(yè)主、設(shè)計(jì)單位溝通，爭(zhēng)取早日完成補(bǔ)勘作業(yè)，減少因異常狀況造成的損失。

5.結(jié)語

綜上所述，超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力組合管樁兼具結(jié)構(gòu)完整、強(qiáng)度高、耐久性好等多重應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，沉樁是重點(diǎn)施工環(huán)節(jié)，其技術(shù)要求較高，本文通過對(duì)管樁沉樁施工技術(shù)的分析，提出一些關(guān)鍵的作業(yè)要點(diǎn)以及注意事項(xiàng)，希望可作為類似工程的參考。