淺談PHC管樁靜壓工藝在護(hù)岸工程中的應(yīng)用

楊 明

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 杭州 310051)

1 前言

PHC管樁施工工藝主要有錘擊法和靜壓法兩種，在管樁發(fā)展前期主要是錘擊機(jī)械引領(lǐng)著管樁的施工作業(yè)。PHC管樁靜壓法施工工藝是通過樁機(jī)自帶吊裝設(shè)備或另配吊機(jī)吊裝、喂樁，壓樁機(jī)以其自重和樁架上的配重作反力將PHC管樁壓入土中的一種沉樁工藝，與錘擊法管樁施工工藝相比，具有低噪音、低污染的環(huán)保特性，同時(shí)對(duì)土層及周邊建(構(gòu))筑物影響小，對(duì)樁身質(zhì)量破壞較小。近幾年來(lái)，隨著大噸位的液壓壓樁機(jī)的問世和靜壓沉樁施工工藝的完善，靜壓法施工工藝發(fā)展十分迅速，在許多領(lǐng)域正在逐步取代錘擊法施工的工藝。

2 工程概況

浙能嘉興獨(dú)山煤炭中轉(zhuǎn)碼頭項(xiàng)目?jī)?nèi)港池和內(nèi)河碼頭工程位于杭州灣北岸中部益山與獨(dú)山之間的六里灣岸段，在嘉興電廠一、二期卸煤碼頭東側(cè)約280m處，屬于嘉興港獨(dú)山港區(qū)D區(qū)。本工程內(nèi)容:內(nèi)河碼頭、港池護(hù)岸、護(hù)底、內(nèi)港池開挖、港池東側(cè)和南側(cè)陸域形成、土建以及相關(guān)的供電、給排水、暖通、消防等。該工程護(hù)岸基礎(chǔ)全部為 AB型 φ600mmPHC管樁，管樁壁厚110mm，管樁單根長(zhǎng)度為25～38m，共計(jì)681根，總長(zhǎng)24200m。護(hù)岸基礎(chǔ)AB型PHC管樁斷面圖見圖1。

圖1 護(hù)岸基礎(chǔ)PHC(AB)管樁斷面圖

3 工程條件

3.1 水文氣象條件

本工程常水位:1.16m;設(shè)計(jì)高水位:2.66m(50年一遇高水位);設(shè)計(jì)低水位:0.46m(設(shè)計(jì)最低通航水位)。

采用平湖市氣象站相關(guān)資料，觀測(cè)資料年限為1970～2004年。

3.1.1 氣溫

多年平均氣溫:15.9℃。

多年平均日最高氣溫不低于35℃的日數(shù)為5.1天;多年平均日最低氣溫不高于－5℃的日數(shù)為3.7天。

3.1.2 降水

多年平均降水量:1250.4mm，多年平均降雨日數(shù):139.7天。降水多集中在4～9月，占全年降水量的67%，10月～翌年2月降水較少。

3.1.3 風(fēng)

嘉興港地處東亞季風(fēng)區(qū)域，具有明顯的季節(jié)性特征，11月～翌年2月以NW～N向風(fēng)為主，3～8月以E～SE向?yàn)橹?，季風(fēng)氣候特征非常顯著。常風(fēng)向E～SE向，累計(jì)頻率30%，次常風(fēng)向NW～N向，累計(jì)頻率22%。強(qiáng)風(fēng)向與常風(fēng)向基本一致。本區(qū)年平均風(fēng)速3.2m/s。

3.1.4 霧

年內(nèi)霧日分布特征:霧日多集中在春季3～5月、冬季10～12月。多年平均霧日數(shù):38.2天。

3.2 地質(zhì)條件

根據(jù)場(chǎng)地地基土物理力學(xué)性質(zhì)、埋藏分布條件、成因時(shí)代、巖性特征及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造等，將內(nèi)河港池區(qū)域地質(zhì)共劃分為7個(gè)工程地質(zhì)層組，23個(gè)工程地質(zhì)層。自上而下依次為淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、粉質(zhì)黏土、黏土、強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化凝灰?guī)r為主。

4 施工方案

根據(jù)嘉興地區(qū)類似項(xiàng)目的沉樁設(shè)備選用情況調(diào)查，考慮到本工程工期緊、任務(wù)重，本次沉樁采用靜壓法施工，采用DTZ618型抱壓式靜壓樁機(jī)。另用25t汽車吊配合吊運(yùn)混凝土管、喂樁，20t平板拖車運(yùn)輸管樁。該樁機(jī)施工時(shí)低噪音、無(wú)震動(dòng)、無(wú)污染，而且效率高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他樁工機(jī)械，是完成面積大、工期緊的大規(guī)?；A(chǔ)工程的最有力手段。

4.1 進(jìn)場(chǎng)作業(yè)道路

本工程基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)黏土，受海水長(zhǎng)期浸泡，承載力差。由于本工程場(chǎng)地的特殊性，為保證施工工期，保證樁機(jī)正常施工，并考慮工程實(shí)際，決定采取以下方案:

a.在攪拌樁基礎(chǔ)處理前，已對(duì)樁基處理范圍用充砂管袋覆蓋，沉樁的設(shè)計(jì)頂部標(biāo)高為－3.4m，充砂管袋面標(biāo)高約－1.6m，滿足地基承載力要求，可直接作為PHC管樁施工的工作面。

b.在攪拌樁處理范圍充砂管袋的內(nèi)側(cè)，再修筑一條寬約11m的施工道路，道路底層采用0.7m厚的砂被做基層，上鋪0.5m的石渣做路面，作為樁基和管樁進(jìn)場(chǎng)的施工道路。管樁采用20t平板拖車運(yùn)至樁機(jī)附近，個(gè)別零星樁位由鏟車拖樁至施工點(diǎn)。

4.2 施工順序確定

本工程樁中心距小于4倍樁徑，打樁時(shí)，由于樁對(duì)土體的擠密作用，先打入的樁水平推擠而造成偏移和變位，或被垂直擠拔造成浮樁;而后打入的樁難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高或入土深度，造成土體隆起和擠壓，截樁過大。為了保證質(zhì)量和進(jìn)度，打樁順序可采取從中間向兩邊對(duì)稱施打，或從中間向四周施打，或從一側(cè)向另一側(cè)施打。根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)高，宜先深后淺進(jìn)行施打。根據(jù)樁的規(guī)格，宜先大后小、先長(zhǎng)后短進(jìn)行施打。根據(jù)樁位與原有建筑物的距離，宜先近后遠(yuǎn)進(jìn)行施打。

4.3 靜壓工藝流程

靜壓工藝流程見下頁(yè)圖2。

4.4 關(guān)鍵工序

4.4.1 樁位測(cè)定

根據(jù)施工測(cè)量控制網(wǎng)引測(cè)放出樁位后，采用35cm長(zhǎng)φ8鋼筋在樁位位置打入土中，并對(duì)即將施工的樁位用石灰粉按樁徑大小形成圓圈。在壓樁過程中，考慮到土體容易擠壓移位，施工前應(yīng)對(duì)樁位進(jìn)行復(fù)核。為便于在施工中準(zhǔn)確掌握PHC管樁沉樁的數(shù)量，事先應(yīng)繪制本工程管樁樁位平面布置圖，進(jìn)行管樁樁位編號(hào)，并報(bào)送監(jiān)理復(fù)核。避免發(fā)生沉樁遺漏，確保管樁成樁數(shù)量和質(zhì)量符合設(shè)計(jì)規(guī)定，按照施工總體部署的要求，依次完成不同地段護(hù)岸管樁的基礎(chǔ)處理任務(wù)。

圖2 施工工藝流程

4.4.2 驗(yàn)收

工程樁使用前，應(yīng)目測(cè)樁身質(zhì)量和端頭平整度，預(yù)應(yīng)力筋露出端頭的樁不得使用(用角磨機(jī)磨平后使用)，養(yǎng)護(hù)期不到8天的樁不得使用。

4.4.3 PHC管樁的運(yùn)輸和吊放

PHC管樁采用平板拖車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)吊放于施工負(fù)責(zé)人指定地點(diǎn)。為防止管樁運(yùn)輸和堆放產(chǎn)生自重應(yīng)力破壞，管樁要放在堅(jiān)實(shí)平整的地面上，起吊時(shí)最好采用專用吊鉤鉤住管樁兩端內(nèi)壁直接進(jìn)行水平起吊。當(dāng)管樁現(xiàn)場(chǎng)分層堆壓堆放時(shí)，嚴(yán)禁用樁架上的卷?yè)P(yáng)機(jī)拖拉管樁取樁。管樁擺放時(shí)要有防止?jié)L動(dòng)措施(用枕木墊在支點(diǎn)處，管樁每側(cè)墊兩處)。

4.4.4 樁機(jī)定位

將壓樁機(jī)就位至壓樁樁位上，將樁段吊入壓樁機(jī)內(nèi)，然后將樁端定位于樁位中心，起門架、校正水平和樁中，由負(fù)責(zé)樁位檢查的人員檢查是否就位準(zhǔn)確，再請(qǐng)監(jiān)理人員核準(zhǔn)確認(rèn)。

4.4.5 樁的垂直度校正

靜壓樁機(jī)通過水平儀調(diào)整支腿油缸油塞桿的伸出長(zhǎng)度，保證樁機(jī)平臺(tái)水平，當(dāng)管樁靜壓入土1～2m后，采用全站儀在垂直方向進(jìn)行校測(cè)，監(jiān)控樁身垂直度，其偏差不大于0.15%。

壓好第一節(jié)樁是保證整根樁質(zhì)量的關(guān)鍵。若樁身垂直度偏大，須拔出重新插樁，根據(jù)全站儀指示調(diào)節(jié)機(jī)身水平度使樁身垂身。

4.4.6 壓樁

開始啟動(dòng)壓樁油缸，壓樁在進(jìn)入砂層土層時(shí)適當(dāng)加快壓樁速度，以保證樁尖有一定的穿透能力，到達(dá)持力層或油壓突然加大時(shí)，應(yīng)放緩壓入速度，防止斷樁。壓樁至原地面時(shí)，使用送樁管，將樁按設(shè)計(jì)要求壓送到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.4.7 接樁

a.下節(jié)樁的樁頭宜高出地面0.8～1.1m，便于接樁焊接操作。上、下節(jié)樁對(duì)接偏差不應(yīng)大于2mm。樁對(duì)接前，上、下端板表面應(yīng)用鋼絲刷清洗干凈，坡口處應(yīng)刷至露出金屬光澤。

b.樁焊接時(shí)宜先在坡口圓周對(duì)稱點(diǎn)焊若干處，分層施焊，施焊應(yīng)由兩個(gè)焊工對(duì)稱進(jìn)行。焊接層數(shù)一般為三層，不得少于二層。內(nèi)層焊渣清理干凈后方能焊外層，焊縫應(yīng)飽滿連續(xù)。

c.盡可能縮短接樁時(shí)間，焊好的樁接頭應(yīng)自然冷卻后才可繼續(xù)壓樁，自然冷卻時(shí)間不應(yīng)小于8min，嚴(yán)禁用水冷卻或焊好后立即施壓。

4.4.8 截除樁頭

采用專用管樁切割機(jī)，沿管樁外圍在所需的位置上進(jìn)行切割，切割位置可調(diào)節(jié)內(nèi)箍而定。

4.5 成樁檢測(cè)

樁身質(zhì)量檢測(cè)，主要通過現(xiàn)場(chǎng)低引變反射波法進(jìn)行，目的是對(duì)樁身缺陷進(jìn)行判定，對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)。根據(jù)規(guī)范分為四個(gè)等級(jí)，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類樁。其中Ⅰ類樁為樁身質(zhì)量?jī)?yōu)良樁;Ⅱ類樁為合格樁;Ⅲ類樁為明顯質(zhì)量缺陷樁，需要與相關(guān)單位研究，確定處理方案或繼續(xù)使用，按要求修補(bǔ)后或經(jīng)研究可繼續(xù)使用的視為合格樁;Ⅳ類為不合格樁。

由于管樁施工完畢后，單樁承載力沒有完全達(dá)到設(shè)計(jì)承載力強(qiáng)度，需要7天以上的嵌固期，故單樁承載力檢測(cè)宜在成樁后10～20天范圍內(nèi)進(jìn)行。

5 質(zhì)量控制

5.1 成樁質(zhì)量檢查

樁身垂直度允許偏差為1%;截樁后的樁頂標(biāo)高允許偏差為±10mm;樁頂平面位置偏差與樁基承載力檢測(cè)方法應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和《港口工程樁基動(dòng)力檢測(cè)規(guī)范》(JTJ 249—2001)的有關(guān)規(guī)定。本工程管樁高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)為總樁數(shù)的3%，共20根。低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)為總樁數(shù)的10%，共67根。

5.2 質(zhì)量控制措施

a.配樁和送樁。根據(jù)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)對(duì)每根樁進(jìn)行試配樁，在每根樁施工前，第一節(jié)管樁適當(dāng)?shù)嘏溟L(zhǎng)些，便于掌握該地方的地質(zhì)情況。其他節(jié)管樁可據(jù)該樁的入土深度，合理節(jié)約管樁。

b.管樁靜壓結(jié)束后，按設(shè)計(jì)要求及施工規(guī)范進(jìn)行垂直荷載(靜載)及高低應(yīng)變?cè)囼?yàn)，以檢驗(yàn)管樁的承載力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

c.試樁標(biāo)準(zhǔn):管樁靜壓施工前，根據(jù)地質(zhì)資料，在代表性地段選擇3個(gè)樁位進(jìn)行試樁。第一根管樁連續(xù)壓到設(shè)計(jì)極限單樁承壓力，第二、三根管樁只壓到設(shè)計(jì)值的60%左右，停機(jī)30～60min后復(fù)壓，記錄復(fù)壓值(t)。等待7～15天后進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，合格后即可制定本工程的終壓條件。

6 應(yīng)用成效

與傳統(tǒng)采用的錘擊沉樁法施工工藝比較，靜壓式樁機(jī)沉樁效率較錘擊式樁機(jī)高，且不會(huì)對(duì)樁頭產(chǎn)生破壞;柴油錘擊樁額外需要柴油費(fèi)用;成樁質(zhì)量比錘擊更可靠，并降低因截樁或處理質(zhì)量問題而發(fā)生的費(fèi)用;由于電力液壓驅(qū)動(dòng)無(wú)噪音，而錘擊噪音及煙塵污染嚴(yán)重，較錘擊環(huán)保。整體效益優(yōu)于錘擊法沉樁工藝。

在護(hù)岸基礎(chǔ)PHC管樁施工中采用靜壓法沉樁施工工藝，具有施工快捷、工藝簡(jiǎn)單、單樁承載力高、質(zhì)量可靠、操作安全、環(huán)保程度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)成樁后的基樁進(jìn)行了低應(yīng)變與高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)，單樁承載力均能夠滿足設(shè)計(jì)要求。樁身完整性判定均為Ⅱ類樁以上，其中Ⅰ類樁占85%，確保了工程質(zhì)量，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，經(jīng)測(cè)算綜合經(jīng)濟(jì)效益節(jié)約成本30%～40%左右。靜壓法沉樁工藝在浙能嘉興港獨(dú)山煤炭中轉(zhuǎn)碼頭項(xiàng)目的實(shí)踐證明，該工藝突破了以往在水運(yùn)工程護(hù)岸結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)處理中沿襲采用錘擊法管樁施工的傳統(tǒng)工藝，在中東部沿海地區(qū)發(fā)展前景較大，其先進(jìn)的工藝技術(shù)對(duì)于同類型水運(yùn)工程具有借鑒意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。■

1 10G409預(yù)應(yīng)力混凝土管樁［S］.

2 JTJ/T 261—97港口工程預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁設(shè)計(jì)與施工規(guī)程［S］.

3 GB 13476—2009先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁［S］.