郭 煒，吳世新

（1.揚州市江都區(qū)水務(wù)局，江蘇揚州 225200；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚州 225100）

1 工程概況

江都通南高沙土區(qū)位于江都區(qū)南部，地處蘇中沿江地區(qū)、南水北調(diào)水源地，總面積約374 km2。通南地區(qū)現(xiàn)狀骨干河道有白塔河、紅旗河、向陽河、灰糞港、老通揚運河等，初步形成引、排、通航功能較為齊全的水系［1］。其中紅旗河北起新通揚運河，流經(jīng)郭村、吳橋、大橋等鎮(zhèn)，在大橋鎮(zhèn)嘶馬村入長江，全長19.8 km，是通南高沙土地區(qū)一條南北向引、排、通航綜合利用的重要河道，本次整治包括河道疏浚6.28 km，兩岸新建擋墻護(hù)岸12.59 km，拆建、新建、改造沿線配套建筑物18座，對現(xiàn)狀5座跨河橋梁下河坡進(jìn)行防護(hù)。

紅旗河（波莊河～通江閘段）整治工程河道駁岸采用裝配式樁板結(jié)構(gòu)型式，樁頂平臺高程3.8 m，墻后平臺寬2.0 m，高程3.8 m以1∶3坡至現(xiàn)狀高程；樁前高程為2.53 m，以1∶4.5坡至河底。預(yù)制方樁規(guī)格為30 cm×40 cm，樁身強度為C30，樁長8.8～12.1 m（砂土段平均樁長9.1 m，淤泥段12.1 m），樁間距1.5 m，樁間插148 cm×200 cm×13 cm（寬×高×厚）預(yù)制板擋土（高程▽3.3 m～▽1.3 m），板分縫位置貼1 m寬土工布一層，樁頂設(shè)63 cm×50 cm 冠梁。冠縫每15 m 分縫，分縫位于兩樁中點位置，分縫處兩側(cè)板加寬，尺寸223 cm×200 cm×13 cm（寬×高×厚）。

現(xiàn)狀河道駁岸建設(shè)高程土層主要含土層1-1（淤泥質(zhì)壤土）、土層2（重粉質(zhì)壤土）和土層3（輕粉質(zhì)砂壤土夾粉砂），以土層3 為主，土層2 沿線普遍分布，土層1-1局部分布。

經(jīng)統(tǒng)計12.59 km 樁板式護(hù)岸中各種規(guī)格預(yù)制方樁累計8 371根。其中樁長12.1 m，段長0.32 km，共計234根方樁；樁長9.4 m，段長1.24 km，共計867根樁方樁；樁長9.1 m，段長9.79 km，共計6 403 根方樁；樁長8.8 m，段長1.24 m，共計867 根方樁；寬度148 cm 混凝土插板5 866 塊，寬度223 cm 混凝土插板1 676 塊，總計7 542 塊混凝土插板。經(jīng)統(tǒng)計12.59 km樁板式護(hù)岸中，樁長12.1 m，段長0.32 km；樁長9.4 m，段長1.24 km；樁長9.1 m，段長9.79 m；樁長8.8 m，段長1.24 km。

施工要求樁身垂直度≤1%，樁位偏差≤20 mm（垂直河道駁岸軸線方向與沿河道駁岸軸線方向），樁頂高程允許偏差±50 mm。

為確定既定沉樁方法、沉樁設(shè)備的施工質(zhì)量是否滿足施工圖紙及規(guī)范要求，可通過試樁獲取施工數(shù)據(jù)，為后續(xù)大范圍施工提供指導(dǎo)。

2 試樁方案

2.1 試樁位置與地質(zhì)情況

本次試樁選擇樁長12.1 m 的2 根、樁長9.1 m的4 根、樁長9.4 m的1根、樁長8.8 m的1根，試樁時根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行了局部調(diào)整，具體位置及相應(yīng)土質(zhì)見表1。

表1 試樁位置及相應(yīng)土質(zhì)情況

2.2 試樁工藝

本文對采用高壓水沖一次性沉樁至設(shè)計標(biāo)高和采用高壓水沖+最后1 m 振動沉樁兩種工藝進(jìn)行比較。

2.2.1 高壓水沖一次性沉樁至設(shè)計標(biāo)高

（1）高壓水沖沉樁原理

高壓水沖沉樁是利用高壓水流噴射產(chǎn)生的力，作用在地基土體上，從而切割松動土基，土體隨著水的回流被帶到地面形成孔，同時預(yù)制樁在自重的作用下在形成的孔中自然下沉的施工方式?？梢姡@種施工方法中，沖孔和沉樁是在同一時間進(jìn)行的，一邊沖孔一邊沉樁，由于高壓水流形成的噴射力較大，能松動大部分土體，除較大的粗砂、礫石難以清除被留在孔底外，一般土壤顆粒都能被回水沖出孔內(nèi)［2］。

（2）高壓水沖沉樁施工工藝流程

施工放線定位好后，吊裝船就位，準(zhǔn)備沖孔。

射水管與水泵之間用尼龍軟管連接，以預(yù)制樁的邊線向外延展5～10 cm為沖孔位置。沖孔人員站在船上，手握射水管，射水管先在樁位上試沖孔深60 cm左右后，進(jìn)一步確定樁的位置，樁位無誤后再向下放松射水管，如孔位有偏差需進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)沖孔至樁尖設(shè)計高程100 cm左右時，根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)實際情況適當(dāng)調(diào)整射水的壓力和速度，當(dāng)孔中土體被高壓水流沖出后，進(jìn)一步校核樁的位置，如樁孔無誤即可下樁，如存在偏位則需要進(jìn)行一定的調(diào)整［3］。

一般情況下，射水鋼管管嘴應(yīng)放置在距離樁尖設(shè)計高程40 cm左右的地方，施工過程中控制好射水力度和時間，避免設(shè)計樁尖處的原狀土遭到破壞。

當(dāng)沖孔成型后，就可以起吊樁進(jìn)孔。吊樁時，首先把吊鉤掛在樁頂?shù)牡醐h(huán)內(nèi)，使樁吊立成垂直狀態(tài)進(jìn)孔，當(dāng)樁尖離設(shè)計高程100 cm時，校準(zhǔn)樁中心，松開吊裝纜繩，使樁沖擊入孔就位，通過樁前的鋼絲繩及樁與樁之間的定位木撐調(diào)整樁頭位置，靜置不少于2 min，待樁不再下沉后，解除吊纜，移至下一樁位繼續(xù)施工。見圖1。

圖1 高壓水沖沉樁施工流程

2.2.2 高壓水沖+最后1 m振動沉樁

高壓水沖沉樁施工工藝流程同上文一致，其中最后1 m采用振動沉樁，振動沉樁工藝：①打樁船按預(yù)定順序進(jìn)入待施工區(qū)域，調(diào)整船位，下定位樁，以固定船只。振動機(jī)械手將振動錘夾緊樁頭，調(diào)整打樁機(jī)垂直度。②啟動機(jī)械手上的振動錘，利用其振擊力和機(jī)械手大臂壓力將樁打入土中，直至設(shè)計標(biāo)高［4］。沉樁流程見圖2。

圖2 高壓水沖+最后1 m振動沉樁流程

2.2.3 試樁檢測要求

（1）沉樁前逐樁目測記錄檢測樁身完成性。

（2）采用線錘或側(cè)斜儀逐樁檢測垂直度，要求偏差不得超過1%。

（3）采用全站儀逐樁檢測樁位偏差，要求垂直河道駁岸軸線方向偏差不超過20 mm，沿河道駁岸軸線方向偏差不超過20 mm。

（4）采用水準(zhǔn)儀逐樁檢測樁頂高程，要求偏差±50 mm。

（5）其他檢測要求等滿足《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106—2014）等要求。

2.3 現(xiàn)場施工記錄與沉降觀測記錄

2.3.1 試樁過程中原始記錄

對選擇的8根樁進(jìn)行原始記錄，見表2。

表2 試樁原始記錄

由表2 可知，編號ZX05、ZX06 采用高壓水沖+最后1 m 振動下沉的沉樁工藝，樁始終達(dá)不到設(shè)計標(biāo)高。

2.3.2 沉降觀測記錄

經(jīng)過連續(xù)對6根高壓水沖沉樁試樁的沉降量進(jìn)行觀測（未振動沉至設(shè)計高程的未進(jìn)行觀測），累計沉降量見表3。

表3 試樁沉降觀測成果

2.3.3 水平承載力檢測

本工程預(yù)制樁樁徑為300 mm×400 mm，按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ106—2014）,采用多循環(huán)加載法，通過對試樁水平承載力進(jìn)行檢測，得到一般砂性土中樁頂水平荷載10 kN時水平位移為1.02～1.39 mm，樁頂水平位移10 mm 時水平承載力為26～30 kN；淤泥質(zhì)土中樁頂水平荷載12 kN 時水平位移為1.6 m，樁頂水平位移10 mm時水平承載力為32 kN，檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求。

2.4 試樁結(jié)果

試樁結(jié)果表明，按設(shè)計要求采用高壓水沖+最后1 m振動下沉的沉樁工藝，該工藝沉樁非常困難，樁頭破損嚴(yán)重且樁身傾斜，始終達(dá)不到設(shè)計標(biāo)高，工藝試驗不成功；而采用高壓水沖一次性沉至設(shè)計標(biāo)高的沉樁工藝，沉樁比較順利，樁頂高程及線形控制較好，經(jīng)過約25 d，對試樁進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求，工藝試驗成功。

3 預(yù)制樁施工

本工程預(yù)制方樁沉樁采取高壓水沖一次沉至設(shè)計高程的施工工藝可行，選擇單套沉樁設(shè)備包括浮吊船1 艘、射水嘴6 個、射水管2 根、連接軟管30 m、15 kW高壓水泵1臺。

射水噴嘴包括圓形、扁形、梅花形等形式，它通過縮小過水面積的方式，將射水管輸送的高壓水流再次增速增壓，加大作用在土體上的作用力，起到強力沖刷的作用。射水嘴尖端直徑為20～25 mm，最大的38 mm，側(cè)孔（φ10 mm）與管壁成30°～45°角。圓形射水嘴的大小約為射水管面積的1/4，射水管內(nèi)徑38～63 mm，每節(jié)長4.5～6.0 m，用法蘭連接。進(jìn)行樁外射水時，為了使彼此對稱，可在樁兩側(cè)或四側(cè)各安裝1個射水管［5］。

射水管與上部高壓耐壓（2.0 MPa 以上）水泵的連接可采用橡皮軟管，用滑車組將射水管吊起，可實現(xiàn)自由升降，能在任何高度上沖刷土體。高壓水泵采用電動離心式，水壓0.5～2.0 MPa，出水量0.2～2.0 m3/min；水沖法所需用射水管的直徑、水壓及消耗水量等數(shù)值，一般根據(jù)樁的尺寸、土的性質(zhì)及入土深度等參數(shù)確定。

（1）射水配合下沉預(yù)制樁時，射水管布置在樁的外側(cè)，射水所需的水壓、水量和射水管的數(shù)目與直徑見表4。

表4 射水所需的水壓、水量和射水管的數(shù)目與直徑

（2）水泵的要求工作壓力，是綜合考慮了射水噴嘴處的要求水壓、水在中上升所需的水壓以及管路中的水力損失，根據(jù)射水沉樁所需的水壓和每根樁的消耗水量選擇高壓水泵。

（3）管路包括輸水管和射水管。輸水管及其配件尺寸一般與水泵出口管徑相同，固定的管段用無縫鋼管，活動的管段用膠管。與射水管連接的一段膠管，可使用內(nèi)徑比固定管路小，但不應(yīng)比射水管小的膠管，使用起來更為方便。

射水管內(nèi)徑一般小于輸水管，但材質(zhì)更為堅固，更有利于起吊和拼裝，一般射水管內(nèi)徑不大于76 mm，宜采用無縫鋼管，避免工作過程中在樁內(nèi)斷裂，難以處理。

射水管一般采用法蘭盤焊接連接，法蘭盤接頭的結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受水壓，盤平面垂直與管軸線，盤平面不得有輻射方向的溝槽，其螺栓孔的位置與直徑應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

（4）射水嘴的大小一般依據(jù)水壓及水量選定，對土摩擦力較大的深樁，采用側(cè)壁有6 個或8 個斜孔的射水嘴；一般沉樁采用側(cè)壁有3～4 個平孔或斜孔的射水嘴；當(dāng)沖刷樁尖處有堅硬的土層時，一般采用側(cè)壁無孔的射水嘴；此外還有在樁外側(cè)對稱布置的扁形嘴，其長邊與樁長方向平行，在樁偏倚時可幫助矯正樁身。本工程采用側(cè)壁有3～4個平孔或斜孔的射水嘴即可，如遇特殊情況作相應(yīng)調(diào)整。

（5）設(shè)備布置和安裝。輸水管路應(yīng)盡量減少彎曲，力求順直。當(dāng)下沉預(yù)制樁時，采用兩根射水管對稱安裝在樁的兩側(cè)，使其能沿樁身上下移動，可以在任何高度沖土。

4 結(jié) 語

本文以江都通南高沙土區(qū)紅旗河（波莊河—通江閘段）整治工程為例，研究高壓水沖法沉樁的應(yīng)用。該河道駁岸采用裝配式樁板結(jié)構(gòu)型式，選取8根鋼筋混凝土預(yù)制樁。本研究對試樁的施工方法、施工觀測與試驗檢測數(shù)據(jù)及選定的施工參數(shù)進(jìn)行分析，得到結(jié)論如下：

（1）采用高壓水沖+最后1 m振動下沉的沉樁工藝的兩根樁達(dá)不到設(shè)計標(biāo)高。

（2）采用高壓水沖一次性沉樁工藝的6 根樁可順利達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，且累計沉降量和水平承載力均滿足要求。

（3）根據(jù)樁的斷面、土的種類及入土深度等選擇合適的沉樁設(shè)備，以保證預(yù)制樁施工質(zhì)量滿足相關(guān)要求。