內(nèi)河航道水上支架平臺(tái)板樁沉樁施工

孟憲剛 ，李曉吉吉

（1.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇揚(yáng)州225004；2.中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200120）

1 工程概況

蘇南運(yùn)河三級(jí)航道整治吳江聯(lián)豐段航道施工項(xiàng)目WJ1標(biāo)段西岸老護(hù)岸的坍塌段加固采用板樁成墻結(jié)構(gòu)，板樁斷面為0.45 m×0.60 m，D1型結(jié)構(gòu)板樁長19.50 m，D2型結(jié)構(gòu)板樁長12.5 m。該標(biāo)段航道幅面狹窄，平均寬60 m，局部寬度不足40 m，此外老護(hù)岸緊鄰S227省道，車流量大，在如此狹窄的航道內(nèi)使用19.5 m長板樁進(jìn)行護(hù)岸施工難度很大。

2 施工方案的選定

方案一：使用大型水上專業(yè)船舶進(jìn)行沉樁施工。優(yōu)點(diǎn)：施工專業(yè)性強(qiáng)、技術(shù)成熟。缺點(diǎn)：老護(hù)岸加固需要近岸施工，施工船舶有時(shí)需要進(jìn)行垂直河岸施工，對(duì)航道通航具有很大影響。

方案二：水上施打鋼管樁，頂部鋪設(shè)、連接拉森鋼板樁，與岸上鋪設(shè)的拉森鋼板樁形成簡易的水上支架平臺(tái)，使用滾筒式樁架及導(dǎo)桿式樁錘沉樁施工。優(yōu)點(diǎn)：占用施工空間小，對(duì)航道及陸上交通影響均較小。缺點(diǎn)：水上平臺(tái)的支撐力來自于鋼管樁與土之間的摩擦力，因此需要進(jìn)行嚴(yán)密計(jì)算，并充分加大安全系數(shù)，以降低土質(zhì)變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

由于蘇南運(yùn)河通航繁忙、航道幅面狹窄，使用大型水上專業(yè)船舶進(jìn)行施工不僅嚴(yán)重影響了航道運(yùn)輸、更加具有很大的安全隱患。因此選擇了方案二“搭設(shè)水上簡易平臺(tái)”的方案。

3 施工工藝

3.1 工藝流程

水上施打鋼管樁，頂部鋪設(shè)、連接拉森鋼板樁，與岸上鋪設(shè)的拉森鋼板樁形成簡易的水上支架平臺(tái)，使用滾筒式樁架及導(dǎo)桿式樁錘沉樁施工。施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 水上支架平臺(tái)承載力計(jì)算

計(jì)算依據(jù)：JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》，JTJ254-98《港口樁基規(guī)范》和該工程地質(zhì)勘察報(bào)告。

3.2.1 單樁承載力計(jì)算

基本計(jì)算公式：

未進(jìn)入持力層，開口樁不考慮端承載力。

樁型為鋼管樁（開口），直徑d＝273 mm；截面積Ap＝0.06 m；周長 u＝0.86 m。

1）第1-3土層為：粉質(zhì)粘土混粉砂，側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs＝17.9 kPa；層面標(biāo)高為：-0.6 m；層底標(biāo)高為：-1.4 m；土層厚度 li1＝0.8 m；求得 βi＝10.04×17.9-0.55＝2.054。

極限承載力 Qk1=u·li·βi·fsi＝0.86×0.8×2.054×17.9＝25.29 kN。

2）第2土層為：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs＝3.5 kPa；層面標(biāo)高為：-1.4 m；層底標(biāo)高為：-5.1 m；土層厚度 li2＝3.7 m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土取 βi＝1。

極限承載力Qk1=u·li·βi·fsi＝0.86×3.7×1×3.5＝11.14 kN。

3.2.2 受力平衡分析

樁機(jī)荷載分布區(qū)域?yàn)?2 m（長）×5.6 m（寬）；樁機(jī)（樁架加樁錘）重 40 t，板樁重 13 t。

1）支架受力簡圖如圖2所示。

2）各受力點(diǎn)受力計(jì)算：M1＝0，G0×2.5－F2×5＝0；M2＝0，G0×2.5－F1×5＝0；得出 F1＝260 kN，F(xiàn)2＝260 kN。

3）水上支架設(shè)計(jì)。

圖2 支架受力簡圖

各種機(jī)械設(shè)備自重：單根拉森鋼板樁重G1i=0.260 t；單根鋼管樁重G2i=0.36 t。

安全系數(shù)為 2，即（Qk×N）÷（F2＋G1i×2＋G2i×N）=2，則求得樁數(shù)N=20。

滑動(dòng)安全系數(shù)取 1.849。

3.3 水上支架搭設(shè)方法

該工程采用1臺(tái)DD60導(dǎo)桿式樁錘和滾筒式樁架進(jìn)行施工。樁機(jī)安裝前，水上支架必須搭建完成（至少30 m），樁機(jī)直接安裝在水上支架上，第一根樁沉入后，板樁夾具前部直接套在已沉入的第一根樁上，后部用鋼絲繩吊住，確保夾具中心與板樁軸線一致后，內(nèi)外用2個(gè)手拉葫蘆拉緊，確保夾具不移位，不晃動(dòng)，隨后樁機(jī)沿著第一根板樁由前往后進(jìn)行依次施工，每一根樁必須垂直插入夾具中，確保板樁軸線不偏位。

1）水上支架采用φ27.3 cm，長8 m的鋼管樁(開口)，支架搭于板樁軸線外側(cè)2.8 m水中（雙排，梅花形布置），用PC220挖機(jī)壓入，入土約4.5 m。要求管樁頂部標(biāo)高一致，高度比老護(hù)岸岸上設(shè)置的拉森鋼板樁略高20～30 cm，以防加載后岸上與水下土質(zhì)不同發(fā)生不均勻沉降。管樁頂部扣上長10 m，寬0.4 m，高0.15 m，壁厚8 mm的拉森鋼板樁，使用φ30 cm的木樁與鋼管樁連接形成縱向、橫向剪刀撐，使支架連成整體，以利于整體受力（管樁間距設(shè)定為1.2 m），支架必須平整結(jié)實(shí)不搖晃。岸上設(shè)置2根拉森鋼板樁以均布受力。

2）水上支架防護(hù)。在平臺(tái)北方（船舶航行方向）停靠一艘駁船，船舶拋錨并與岸上帶纜連接牢固，以起到警示作用，并在萬一有船舶誤駛向支架平臺(tái)時(shí)起到防護(hù)作用。

3）水上支架預(yù)壓。水上支架平臺(tái)搭設(shè)完成后，逐步進(jìn)行預(yù)壓，逐步放置15根8.5 m方樁（每根約2 t，總重約30 t）在支架上均勻防止使之受力；待受力平衡沉降穩(wěn)定后移走方樁，豎起樁架（約35 t），在支架上進(jìn)行反復(fù)行走多次；視情況裝配樁錘（6 t），再次行走；最后使用兩根板樁（每根重約13 t）斜向放置在支架上，進(jìn)行超過最大荷載20%的預(yù)壓。所有預(yù)壓過程約持續(xù)2 d，過程中認(rèn)真觀測記錄沉降量及水上平臺(tái)的偏移量。

4）沉降觀測。記錄兩排鋼管樁的樁頂高程，測量儀器為水準(zhǔn)儀，沉降觀測從水上支架搭設(shè)完成好即開始，記錄頻率隨荷載增加而相應(yīng)調(diào)整，在樁架豎直后沉降觀測頻率為每小時(shí)觀測一次，在水上平臺(tái)進(jìn)行最大靜荷載120%預(yù)壓，沉降基本穩(wěn)定正常施工后，沉降觀測恢復(fù)至每3 h一次的頻率；記錄附近建筑物的高程數(shù)據(jù)，以分析沉降變化情況，并仔細(xì)觀察建筑物上是否有裂縫，以防施工造成建筑物破壞。

5）偏移觀測。觀測水上平臺(tái)的水平位移，測量儀器為GPS測量儀，觀測頻率同沉降觀測；觀測附近建筑物的位移情況，防止施工對(duì)建筑物的地基產(chǎn)生擾動(dòng)，造成偏移失穩(wěn)。

3.4 沉樁施工方法

3.4.1 板樁起吊

1）起吊預(yù)制樁：用50 t吊車把板樁三點(diǎn)起吊至樁架下，松開索具，使用卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩和索具通過樁架頂端的滑輪后捆住樁上端4 m處，吊車索具栓系住板樁下部，再起動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)起吊預(yù)制樁下端4 m處（樁身抗折性能見附件），吊車主要起引導(dǎo)樁尖方向作用，防止樁身旋轉(zhuǎn)搖擺，使樁尖垂直對(duì)準(zhǔn)樁位中心，送入樁架的龍門導(dǎo)桿內(nèi)，此時(shí)卸除吊車的鋼絲繩和索具，使板樁緩緩垂直插入土中，位置要準(zhǔn)確。

2）穩(wěn)樁。樁就位后，在樁頂放上彈性墊層如草袋、廢麻袋等，放下樁帽套入樁頂，樁帽上再放上墊木，降下樁錘輕輕壓住樁帽。樁錘底面、樁帽上面和樁頂都應(yīng)保持水平，樁錘、樁帽和樁身中心線應(yīng)在同一垂直線上，盡量避免偏心，同時(shí)重點(diǎn)控制陽榫和榫槽的連線與板樁墻中心線一致或平行，以免越打越偏。

3.4.2 沉 樁

打樁順序?yàn)閱我环较蜻M(jìn)行。打樁時(shí)采用“重錘輕擊”。開始打樁時(shí)，錘的落距宜較低，一般為0.6～0.8 m。待樁入土一定深度（1～2 m），樁尖不易產(chǎn)生偏移時(shí)，適當(dāng)增大落距，逐漸提高到規(guī)定的數(shù)值，并控制錘擊應(yīng)力保持連續(xù)錘擊。

打樁入土深度的控制以標(biāo)高為主。施工時(shí)，及時(shí)掌握錘的落距與入土深度之間的關(guān)系，并做好記錄，接近設(shè)計(jì)沉樁標(biāo)高時(shí)，要嚴(yán)格控制錘的落距，確保與設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高吻合。打樁最后階段，沉降太小時(shí)，要避免硬打，如難沉下，要檢查樁墊、樁帽是否適宜，需要時(shí)可更換或補(bǔ)充軟墊。

打樁時(shí)嚴(yán)禁偏打，樁錘、樁帽和樁身軸線重合，襯墊要平整均勻，構(gòu)造合適。在施打過程中，對(duì)每一根樁均應(yīng)適時(shí)更換新襯墊。打樁入土的速度應(yīng)均勻，并連續(xù)施打，錘擊間歇時(shí)間不要過長。如發(fā)現(xiàn)錘的回彈較大且經(jīng)常發(fā)生，則表示樁錘太輕，此時(shí)應(yīng)更換重的樁錘。如樁錘突然有較大的回彈，則表示樁尖可能遇到阻礙，此時(shí)須減小錘的落距，使樁緩慢下沉，待穿過阻礙層后，再加大落距正常施打，如降低落距后，仍存在回彈現(xiàn)象，應(yīng)停止錘擊，分析原因后再行處理。若發(fā)現(xiàn)樁已打斜，將樁拔出，探明原因,排除障礙，用砂石填孔后，重新插入施打。

當(dāng)落錘高度已達(dá)規(guī)定最大值，每擊貫入度小于或等于2 mm時(shí)，應(yīng)立即停錘，如果此時(shí)沉樁深度還末達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則查明原因，采用換錘或輔以射水等措施。嚴(yán)禁在已沉好的樁上系纜索。打樁施工前，按要求進(jìn)行試樁，以確定打樁施工的各項(xiàng)原始參數(shù)。

在沉樁過程中，記錄沉樁各項(xiàng)數(shù)據(jù)，注意對(duì)已打樁和周邊設(shè)施及原有護(hù)岸進(jìn)行保護(hù)。

3.4.3 特殊情況及應(yīng)對(duì)措施

1）如遇樁無法入土?xí)r，探明水下情況，如果為殘留障礙物，則采用抓斗挖泥清除。

2）若有特殊地質(zhì)狀況，導(dǎo)致沉樁無法實(shí)施的時(shí)候，向監(jiān)理、業(yè)主匯報(bào)。

在沉樁過程中，記錄沉樁各項(xiàng)數(shù)據(jù)，注意對(duì)已打樁和周邊設(shè)施及原有護(hù)岸進(jìn)行保護(hù)。

3.4.4 作業(yè)布置

根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際條件，合理安排樁機(jī)作業(yè)面，先打坍塌嚴(yán)重的地段，再打坍塌長度較長的地段，以此進(jìn)行。打板樁擬采用水上運(yùn)樁，岸上吊樁，搭設(shè)水上排架架設(shè)打樁機(jī)的打樁方法。

抓斗挖泥船進(jìn)場后，按規(guī)定的位置與方式停靠。施工過程中，抓斗挖泥船沿河岸邊，采用后退法進(jìn)行清槽作業(yè)，為打樁機(jī)跟進(jìn)作業(yè)提供作業(yè)面。泥駁布置于航道一側(cè)，清槽的土方采用泥駁裝運(yùn)至指定的地點(diǎn)進(jìn)行處理。

運(yùn)輸船只運(yùn)樁到達(dá)施工現(xiàn)場后，沿岸邊順航道方向及時(shí)停靠，并固定穩(wěn)當(dāng)，系好固定纜。施工過程中，在確認(rèn)水深滿足吃水深度要求的情況下，根據(jù)打樁的進(jìn)度，沿河道岸邊跟進(jìn)移船。

4 結(jié)語

經(jīng)過該工程的實(shí)踐檢驗(yàn)，基本可以證明搭設(shè)水上支架平臺(tái)進(jìn)行板樁沉樁施工可行。

1）可以節(jié)省施工空間，對(duì)周邊區(qū)域的生產(chǎn)、生活影響小，操作簡便，施工成本低、周期短，尤其適用于水上近岸施工。

2）水上支架平臺(tái)的承載力與土質(zhì)情況關(guān)系大，必須認(rèn)真分析地址勘探資料，進(jìn)行承載力和穩(wěn)定性計(jì)算。

3）施工前應(yīng)對(duì)水上支架平臺(tái)進(jìn)行超過最大荷載的靜態(tài)預(yù)壓。

4）應(yīng)加強(qiáng)沉降和位移觀測，確保水上支架平臺(tái)及周邊建筑物的穩(wěn)定，以保證施工安全。