1工程概況
某水工結(jié)構(gòu)的護岸高樁平臺及防波堤，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計基準期為50年。平臺前沿線展開長度445m，基礎(chǔ)全部采用Φ800mm的PHC預(yù)應(yīng)力管樁，樁間距4.0～6.0m，其中A軸樁施工沿原防波堤結(jié)構(gòu)海側(cè)坡腳處（見圖1），樁間距為5.5m，設(shè)計樁長34m。平臺后方為原有的防波堤，資料顯示，防波堤已形成2年，基礎(chǔ)經(jīng)過打設(shè)水下排水板固結(jié)處理，且有少量拋石，堤身為袋裝砂圍堰及模袋混凝土護面結(jié)構(gòu)，下部為厚1～2m、重量10～100kg的壓腳塊石，沿岸內(nèi)側(cè)30m處為游艇會地下室項目，基坑開挖時間與本工程樁基施工時間重合。根據(jù)地質(zhì)勘測資料，場地地層皆為第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)的部分沉積物，按地層形成的時代、成因類型及工程地質(zhì)特征劃分為5個工程地質(zhì)層及18個工程地質(zhì)亞層，樁基持力層為飽和、密實狀態(tài)的粉砂層。
2沉樁工藝的選擇
2.1工程環(huán)境條件分析
沉樁開工前首先對本工程施工環(huán)境和設(shè)計圖紙進行了研究分析和會審，發(fā)現(xiàn)以下因素將對工程施工安全、質(zhì)量有很大制約。
?。?）施工區(qū)位于原護岸結(jié)構(gòu)的岸坡上，選擇沉樁工藝時不僅要考慮水位的影響，又要考慮沉樁機械自重及沉樁過程中的震動對岸坡為定性的影響。
?。?）沉樁前，需對原護底塊石清理，并破除模袋混凝土，破除護面后的圍堰抵擋風(fēng)浪侵蝕和防滲透的作用減弱，高水位時會使后方游艇會地下室基坑發(fā)生管涌或流沙現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)海水倒灌、基坑塌陷等安全事故。
?。?）沉樁過程中，受到震動和摩擦作用，四周貼近樁壁的塊石會被樁“帶下”且與樁壁擠壓力增強，如不采取措施，塊石將對樁身造成擠壓破壞作用，過大的擠壓力將使樁壁擠碎擠破，必須采取措施予以防范。
（4）工程地質(zhì)條復(fù)雜，樁基區(qū)域地層有沖填土、淤質(zhì)粘土、淤泥、粉土、粉砂等地質(zhì)構(gòu)造，且各層分布混亂規(guī)律性差。穿越淤泥層時會出現(xiàn)溜樁，由于④2～④4層為密實粉土并含有大量貝殼碎，經(jīng)分析該層較難入樁。
2.2沉樁工藝的選擇
錘擊法是靠樁錘落到樁頂所產(chǎn)生的沖擊力將樁沉到土中，打樁過程PHC管樁承受的是沖擊荷載，樁不容易損壞，且在進入較強的持力層時成樁質(zhì)量較好，同等條件下比靜壓法進入的持力層厚，同樣條件下錘擊PHC管樁單樁承載力約為靜壓樁的1.1～1.4倍。本工程A軸原坡面標高0.5～1.0m，高潮時位于水下，低潮時露出水面，無法滿足水上沉樁設(shè)備吃水要求。因此，采用陸上打樁機進行沉樁的施工工藝。
3施工過程中問題及解決辦法
3.1沉樁前的“引孔”及樁身防護
PHC管樁不能直接穿透坡面上的塊石及模袋混凝土，為保證沉樁的順利實施，必須先在坡面樁位處設(shè)置“引孔”，然后在“引孔”中插入PHC管樁，錘擊至設(shè)計標高，實施步驟如下：
?。?）用挖掘機將堤腳塊挖起，沿A軸鋪設(shè)一條寬約8m的樁機施工平臺，平臺頂面高程+4.0m，以便保證機械不受潮水影響。
（2）低潮位時進行樁位放樣，樁位處塊石清理。
?。?）用風(fēng)鎬進行模袋破除，為盡量減小破除面積，不影響模袋混凝土護面的原有功能，首先在模袋上精確放樣樁位，以放樣點為中心，破除直徑為1000mm的圓孔。
（4）為防止沉樁過程中塊石對樁壁擠壓破壞，順著模袋破除處下沉護筒，護筒下沉至原有沙袋底面以下，如遇到圍堰底部拋石，繼續(xù)下挖清理拋石和沉放護筒，護筒直徑選為1000mm，壁厚5mm，長度根據(jù)挖孔深度現(xiàn)場截取，頂標高與樁基平臺一致。
?。?）對護筒進行復(fù)定位并固定，保證其位置和垂直度，沿護筒周圍回填至平臺頂面高程，靠近護筒周圍用直徑60～90mm的碎石回填，外側(cè)可用稍大粒徑塊石，以降低沉樁時對護筒及樁身的擠壓破壞。
3.2溜樁的控制
一般表現(xiàn)為沉樁過程中突然貫入度變大，樁身加速下沉的現(xiàn)象。產(chǎn)生沉樁施工溜樁的原因主要有以下幾方面：第一，由不良地質(zhì)條件引起的，比如土層中淤泥質(zhì)土層厚度大或者黏土中的含水量高，土質(zhì)呈軟塑或流塑狀態(tài)；第二，對樁基沉樁的樁錘選擇不當(dāng)，比如樁錘選擇過大等；第三，樁基沉樁過程中對錘擊能量控制不當(dāng)。經(jīng)分析，本工程發(fā)生溜樁現(xiàn)象主要是由于不良地質(zhì)條件引起的：由于圍堰已經(jīng)形成2年，原圍堰下邊的軟基經(jīng)過圍堰的壓載作用，形成一定厚度的硬土層，而較軟弱的淤泥②2層，厚度分布不均，其最大厚度達7.6m，達到溜樁條件，由于軟弱層厚度的不均勻性，產(chǎn)生溜樁就沒有先兆性，難以預(yù)見。
該工程在沉樁過程初期發(fā)生溜樁現(xiàn)象時，及時與設(shè)計、監(jiān)理單位進行溝通，設(shè)計單位首先提出了改變樁錘的方案，但由于該工程樁基數(shù)量不多，與打樁機匹配的樁錘是固定的，且樁錘的選用也根據(jù)相關(guān)規(guī)范與樁型、施打深度等參數(shù)相匹配，重新調(diào)遣新的樁機既耗時又耗力，因此該工程沒有調(diào)換樁錘。在此條件下，經(jīng)過各參建單位充分研究分析的基礎(chǔ)上，主要采取了以下幾點措施：1）對已經(jīng)產(chǎn)生溜樁的樁基及時進行高、低應(yīng)變檢測，確保樁基的完整性和承載力沒有問題；2）嚴格控制沉樁速率，穿過軟弱土層前采取“重錘輕打”，對樁基沉樁采取謹慎施工，避免沉樁過程中對周圍土體的過大擾動。3）在計算承載力滿足的基礎(chǔ)上，調(diào)小樁基的傾斜度，達到沉樁更容易控制的效果。通過采取上述的措施，雖然后續(xù)還是有部分樁基產(chǎn)生溜樁，但溜樁程度和樁基貫入度明顯改善，施工也更加容易控制。
3.3樁頂偏位
樁頂偏位可分為樁身傾斜或斷裂引起偏位和樁身質(zhì)量完好、樁身無傾斜而整體偏位兩種情況。對于第一種情況，發(fā)生原因有：1）工程地質(zhì)勘察的工作沒有做到位，發(fā)生地質(zhì)突變現(xiàn)象或地質(zhì)資料統(tǒng)計不完整，如本工程在樁身下沉過程中遇孤石使樁尖發(fā)生側(cè)滑而產(chǎn)生的樁頂偏位；2）處理措施不當(dāng)或處理不及時，沉樁過程中發(fā)現(xiàn)初期傾斜超差，應(yīng)按規(guī)程拔出、調(diào)整豎直并用“重錘輕打”的方式沉樁，直至樁身穩(wěn)定后才能正常施打。
一般情況下，由樁身傾斜或斷裂引起的樁頂偏位數(shù)值較大，根據(jù)《水運工程質(zhì)量檢驗標準》（JTS-257-2008）和設(shè)計文件，陸地沉樁允許偏差為：水平位置≤100mm，樁身垂直度≤1%。
因此，若沉樁后PHC樁身完好且傾斜度在以1%內(nèi)，可不作處理；若傾斜度超過1%，可根據(jù)情況進行PHC樁灌芯補強處理，必要時進行糾偏或補樁。如傾斜的樁基影響上部結(jié)構(gòu)施工，或經(jīng)計算上部施工后會產(chǎn)生有害的偏心力的情況，必須進行糾偏處理，施工時先用鉆頭在樁欲糾正側(cè)鉆孔，至一定深度，再用鉆頭鉆至預(yù)定位置，沖孔排水，使土體應(yīng)力釋放后再用千斤頂或手拉葫蘆施加水平力把樁扶正，水平拉力和樁頂扶正速率應(yīng)根據(jù)設(shè)計計算數(shù)據(jù)實施，經(jīng)測量垂直度符合要求后填砂密實。糾偏后應(yīng)按規(guī)定進行高、低應(yīng)變檢測，以保證糾偏后樁身連續(xù)性及極限承載力符合要求。
由于樁身斷裂而引起的樁頂偏位，若斷裂位置較淺，可開挖后鑿去斷裂面以上部位，灌芯并接樁處理。斷裂面位置較深的情況，進行補樁，斷裂面位置可根據(jù)施工條件自行設(shè)定。
樁身質(zhì)量完好、樁身無傾斜而整體偏位的情況，一般是由于施工定位不準而引起的，且偏位較小，可采用局部調(diào)整承臺和樁帽配筋等設(shè)計措施解決。
3.4樁頭破裂
綜合考慮，樁頭破裂產(chǎn)生的原因有以下幾種：第一，管樁的質(zhì)量不符合相關(guān)規(guī)定或標準要求；第二，養(yǎng)護不到位，或為搶工期，沉樁時未達到設(shè)計強度；第三，打樁過程的施工方法不當(dāng)，錘過重、錘擊應(yīng)力太大易將樁頭擊碎，錘過輕、錘擊次數(shù)過多易產(chǎn)生疲勞破壞；第四，樁錘、替打、樁身不在同一條垂直線上，樁錘偏心錘擊導(dǎo)致應(yīng)力集中、樁頂受力不均致使樁頭破裂；第五，遇孤石、硬巖面或硬夾層，此時貫入度較小，未采取有效措施，繼續(xù)猛打出現(xiàn)樁頭破裂現(xiàn)象。
為防止樁頭破裂現(xiàn)象的發(fā)生，沉樁前應(yīng)對產(chǎn)品質(zhì)量進行復(fù)檢，杜絕使用不合格的PHC管樁，沉樁過程中，發(fā)現(xiàn)情況立即停錘，檢查分析后制定可行方案。經(jīng)試樁與分析，④2～④4層屬硬夾層，在沉樁過程中，樁底標高進入該層時采用二檔沉樁，有效的避免了樁頭破裂的發(fā)生。出現(xiàn)樁頭破裂后通常的處理方法爆樁頭的部分用電鋸水平鋸掉，更換并增加樁墊厚度后繼續(xù)施打，若能滿足收錘標準，收錘后及時做大應(yīng)變檢測，如果到不能滿足收錘標準再進行補樁。
3.5接樁
本工程A軸樁長度為34m，考慮到施工場地和現(xiàn)有打樁機械的限制，陸上打樁不能一次到位，要采取現(xiàn)場接樁措施，從廠家預(yù)定樁長為14m、16m短樁和20m、18m長樁，按照規(guī)范要求，短樁在下部、長樁在上部進行拼接。沉樁過程中，當(dāng)?shù)谝还?jié)樁的樁頭距地面0.5～1.0m時，開始進行接樁，接樁采用端板焊接連接，焊縫等級為二級。先將焊接面清刷干凈，再在第二節(jié)樁吊起并引導(dǎo)就位，當(dāng)上下兩節(jié)PHC樁對好后，對稱點焊4～6點加以固定。由2名電焊工對稱施焊，焊接層數(shù)應(yīng)大于等于3層，內(nèi)層焊渣必須清理干凈后再焊下一層，要保證焊縫飽滿連續(xù)。
焊接采用二氧化碳保護焊，焊縫不得凸出樁身，可與樁身外壁平起或凹進1～3mm，
表面不得有氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷，并按不小于20%的抽檢比例進行手工超聲波探傷。焊好的樁接頭應(yīng)自然冷卻8min以上，涂刷防腐涂層并自然晾干后方可錘擊沉樁，接樁的原則是接觸緊密，現(xiàn)場連接操作簡便，并要注意新接樁節(jié)與原樁節(jié)的軸線一致。
3.6沉樁過程中的岸坡、基坑安全
考慮到PHC管樁沉樁期間震動的影響，對后方基坑支護結(jié)構(gòu)進行加強，增加對基坑及岸坡位移觀測點的監(jiān)測頻率，發(fā)現(xiàn)異常情況立即停止沉樁并通知有關(guān)單位，待問題解決后再繼續(xù)沉樁施工。施工觀測初始狀態(tài)大于48h，沉樁開始后每10min對距樁40m以內(nèi)的觀測點進行水平及垂直位移觀測記錄，每一根樁沉樁結(jié)束后，以及全部樁沉樁結(jié)束后1h、3h、
8h、24h及48h的岸坡和基坑變形數(shù)據(jù)。變形控制值為沉樁過程中水平位移<2mm/h，垂直位移為<2mm/h，并設(shè)置警戒值為10mm。同時在沉樁過程中對影響范圍內(nèi)的岸坡、路面、基坑進行巡視檢查，如有明顯沉降、變形、裂縫、滲水、坍陷等異常情況及時采取措施。
4結(jié)語
通過分析并充分考慮各種影響因素后，制定相應(yīng)的沉樁工藝及實施措施，保證了施工的安全、順利進行，成樁率達100%，經(jīng)高應(yīng)變動力檢測和低應(yīng)變動力檢測，單樁極限承載力、樁身質(zhì)量都滿足設(shè)計要求。通過整個沉樁施工過程對岸坡與基坑的安全監(jiān)測，變形最大值為5.7mm，在規(guī)范允許范圍。實踐表明，文章提出的施工技術(shù)方案及相關(guān)質(zhì)量控制措施是可行的，對類似環(huán)境條件的工程有實際參考價值。
參考文獻
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