樁基碼頭隨著港口建設使用要求的持續(xù)提高而被廣泛地應用，尤其在當前鋼管樁造價比較高的背景下，大量大管樁被應用于地質(zhì)條件比較復雜的大型碼頭工程中，樁徑由Φ1.2m增加到Φ1.4m，相應的，樁錘從D100增加到D125，由此則對樁基提出更嚴格的要求。本文結(jié)合SCT4#~6#泊位工程實踐，初步分析了大管樁在碼頭工程中的應用情況。
1、工程概述
本碼頭采用全直樁大管樁結(jié)構(gòu)方案，其中6#泊位10根樁均采用Φ1.4m大管樁，5#泊位中間4根為Φ1.2m大管樁，前后軌道梁下各布置2根Φ1.4m大管樁，4#泊位同樣如此。本碼頭地質(zhì)條件復雜，存在厚度9-18m的厚砂層，且局部區(qū)域砂層下還存在3m-5m的粘土層。
2、沉樁情況
2.1D100樁錘沉樁情況
根據(jù)對80根D100樁錘沉樁（錘擊數(shù)2200-3000）錘的結(jié)果觀測得出，部分Φ1.4m大管樁樁尖落在比較弱的砂質(zhì)粘土層上，未進入強風化層，而其他大部分均進入，相較而言，Φ1.4m的大管樁比Φ1.2m大管樁打入深度小2.8m。且沉樁后發(fā)現(xiàn)縱向裂縫在一些樁頂?shù)膬?nèi)壁。據(jù)此判斷，在厚砂層條件下，相較Φ1.4m大管樁，D100樁錘對Φ1.2m是更適用，原因在于粉質(zhì)粘土層的固結(jié)沉降將造成樁基負摩擦，不利于樁基承載力。
2.2Dl25樁錘復打樁情況
對于D100樁錘沉樁后高出設計樁頂比較多的樁，本工程采用D125樁錘進行復打沉樁，經(jīng)測量均打入2.8m左右，樁尖基本落入強風化層，且終錘前的貫入度約6mm，比D100樁錘的初打貫入度大。在同等條件下，D125樁錘僅僅需要錘擊1200左右則可以達到設計樁尖，錘擊數(shù)只占D100的40%。由此可以得出，D100樁錘的貫入能力比D125顯著減少，有效能量不足。
2.3D125樁錘沉樁情況
在D125沉樁過程中發(fā)現(xiàn)，有部分樁頂內(nèi)壁產(chǎn)生縱向裂縫或樁基頭部集中破損，有的樁底部和中部甚至出現(xiàn)了4-5條長度3m的破壞性的縱向裂縫。經(jīng)分析原因主要是：
（1）地質(zhì)因素
本碼頭地質(zhì)條件復雜，表層挖泥換砂后拋填中粗砂約5-7m，經(jīng)振沖密實后，貫入擊數(shù)達26以上，部分達32-46。如此，則造成剛錘擊沉樁時，貫入度和樁入土深度均比較小，隨著總錘擊次數(shù)增加，對樁頂?shù)腻N擊力相應也增大，最終導致內(nèi)壁縱向裂縫或出現(xiàn)局部破碎。
（2）樁身、樁頭質(zhì)量因素
部分樁頂?shù)匿摫Ч砍霈F(xiàn)偏離，或部分破碎的樁頭，樁軸線與平面不垂直，造成錘擊平面受力不均勻，混凝土受到錘擊后自然容易破損，以至產(chǎn)生一系列的破壞。如在5#泊位前部，3號樁基拼接軸線不在一條線上，造成樁身內(nèi)側(cè)應力過于集中，最終產(chǎn)生裂縫?？梢?，高應力錘擊對樁身質(zhì)量要求比較高。
（3）沉樁系統(tǒng)因素
具體是替打、錘墊、樁錘之間協(xié)調(diào)不一致，Φ1.2m與Φ1.4m共用同一個替打，樁頂壓應力比較大，樁墊比較薄，容易引起偏心錘擊。
（4）沉樁控制標準因素
本工程施工前對沉樁未進行靜載試驗，由于高應變動載具有一定程度的誤差，設計要求終錘貫入度不大于4mm/擊。隨著5#、6#泊位砂層分布均勻、且下面無軟弱層，應該講對沉樁控制是比較有利的，但施工中發(fā)現(xiàn)，部分樁基沉樁入土深度只有12m左右。鑒于此，本工程進行靜載試驗，試驗樁資料如表2-1所示，主要結(jié)論如表2-2所示。
根據(jù)表2-2可以得出，試驗樁1#的抗拔承載力為3400KN，極限抗壓承載力超過10056KN；試驗樁1#的抗拔承載力為5100KN，極限抗壓承載力超過13000KN。大直徑硅管樁(Φ1.4/150)的端承力約占樁總承載力的60%，而側(cè)摩阻力則約占40%。試樁結(jié)論得到各參建單位認可，結(jié)合前期的高應變測試結(jié)果以及地質(zhì)資料，在后續(xù)沉樁施工過程中，壓應力控制在19-24MPa，打樁時樁身輸入能量在82kJ以上，且入土深度不少于13m，如此則能同時滿足穩(wěn)樁、承載力以及樁基施工質(zhì)量要求。
最終經(jīng)過各方一致努力，雖然個別樁基樁頂內(nèi)壁裂縫、樁基頭部破損現(xiàn)象仍然存在，但總體沉樁狀況良好，共采用D125樁錘完成沉樁近280根。終錘貫入度一般小于3-5mm/擊，錘擊數(shù)1200~3100，樁尖達到設計位置。
3、大管樁加固方案
3.1問題的提出
當前，從以往大管樁的工程實踐經(jīng)驗來看，大管樁在應用之初主要在地質(zhì)條件比較好的地區(qū)，如樁尖下無軟弱層、地質(zhì)條件比較均勻等。而在復雜的地質(zhì)條件下，大管樁的應用主要存在以下兩個問題。
（1）樁頂、樁身內(nèi)壁裂縫或樁頭破損
樁頂、樁身內(nèi)壁裂縫或樁頭破損的現(xiàn)象具有一定的普遍性，原因比較復雜，要具體情況具體分析。在大多數(shù)情況下，樁頂內(nèi)壁裂縫會被樁內(nèi)澆注的混凝土封閉，或隨樁頭被截去，對質(zhì)量影響不大。至于樁頭破損，樁頭混凝土的抗錘擊能力與沉樁要求不匹配、沉樁系統(tǒng)不穩(wěn)定發(fā)生偏心錘擊、樁頭的受力狀態(tài)比較復雜等都是主要原因之一。
（2）縱向開裂
縱向開裂主要發(fā)生在樁頂或樁底，樁身中間則不易出現(xiàn)。容易發(fā)生在軟硬土質(zhì)突變顯著的沉樁位置，如在中風化巖以上分布軟土或淤泥的條件下，管樁側(cè)阻力較小，沉樁錘擊應力明顯增大，造成斷樁或縱向開裂。
3.2大管樁加固方案
1）樁尖加固
在管樁內(nèi)徑與鋼樁尖內(nèi)徑大致相同時，適當加長樁尖，在一定程度上有助于保證樁身的安全性，且可以減少過多土體擠入樁內(nèi)。一般標準的鋼樁尖，鋼板壁厚僅12mm，長度0.5m，僅適用于地質(zhì)條件比較好的位置。若需要打入硬土層，則建議壁厚增大為15-19mm，樁尖加長至0.9-1.2m.
2）樁身環(huán)向加固
大管樁環(huán)向抗拉比較弱、軸向承載力強，原因在于其環(huán)向配筋無系列化，而在鋼絞線股數(shù)、樁徑等方面則形成系列化。根據(jù)預應力方樁施工經(jīng)驗，大管樁環(huán)向配筋應按不同情況配置，即Φ1.4m大管樁應比Φ1.2m大管樁加強環(huán)向箍筋等。但實際情況則是兩者的環(huán)向配筋是相同的。因此，結(jié)合本工程地質(zhì)條件復雜的實際情況，建議增強環(huán)向箍筋。故本工程設計提出Φ1.2m和Φ1.4m大管樁的箍筋從8mm增大為10mm，中間管節(jié)螺旋筋間距50mm/l00mm維持原狀，樁頂和樁底的螺旋筋間距加密為50mm。
3）樁頭加固
樁頭是預應力鋼絞線的錨固部位，同時是受力狀態(tài)最復雜、受到錘擊應力最大的部位。從重要性和受力條件而言，樁頭質(zhì)量應比樁身高。但對于標準型大管樁而言，實際情況同樣并非如此，兩者無顯著區(qū)別，只是樁頂增加4mm厚長400mm鋼抱箍。故建議在樁頂2m管節(jié)以60kg/m3的鋼纖維混凝土代替鋼抱箍，可顯著提高抗錘擊性能以及混凝土強度。
為了滿足防腐和生產(chǎn)要求，鋼纖維混凝土管節(jié)一般采用2m的標準節(jié)，即1節(jié)4m標準管節(jié)可由2節(jié)2m組成。在沉樁過程中，樁頂最終標高應高于設計0.7m，高出部分將包裹在樁帽內(nèi)，或截去，無需防腐。但若沉樁偏低，則應采取措施防腐，如玻璃鋼包裹等。
3.3加固效果
本碼頭工程經(jīng)采用上述加固方案加固約280根樁，經(jīng)測算沉樁總錘擊數(shù)在1150-2750之間，最大可達3450-3750擊。其中5#泊位平均錘擊數(shù)2076，平均入土深度20.8m，終錘貫入度3.9mm；6#泊位平均錘擊數(shù)1636，平均入土深度16.9m，終錘貫入度4.3mm。實踐表明，經(jīng)加固后的樁頭抗錘擊能力明顯增強，雖然出現(xiàn)少量縱向裂縫和樁頭破損，但樁身總體完整，經(jīng)修補后沉樁可以滿足設計標高，施工順利進行。
結(jié)論
總體而言，在地質(zhì)條件比較復雜的情況下，對于Φ1.4m大管樁，采用D125錘比采用D100錘沉樁更加具有合理性。但考慮到捶擊應力相應增大，故應對大管樁采取加固措施，以滿足沉樁要求。雖然其存在一定的局限性，但考慮到大管樁出現(xiàn)縱向裂縫的復雜性，故其加固效果有待進一步探討和論證。
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