高樁碼頭樁基工程施工的難點分析

文/許增輝 舟山市宏達交通工程有限責任公司 浙江舟山 316000

1、工程簡述

浙江省岱山縣的舟山金鑫礦業小衢山石料出運工程項目，本工程建設規模為5000噸級船泊位二個（3#、4#泊位）及2#棧橋一座，碼頭長度243m（變更后），寬20m，Φ1000PHC管樁基礎，棧橋長146.9m（變更后），寬12m，Φ1000嵌巖灌注樁基礎。主要結構如下：碼頭平臺：結構型式采用高樁梁板結構，4個結構段，其中五、六、七分段長度為59m、八分段長度為66m，碼頭排架間距7m，每個排架下設Φ1000PHC管樁，包括2根直樁、3根斜樁。樁上為現澆樁帽，樁帽上為現澆橫梁、橫梁上擱置預制縱梁，縱梁上擱置預制實心板、現澆面層及磨耗層。棧橋：結構型式采用高樁梁板結構，排架間距10m，每個排架設3根Φ1000嵌巖灌注樁，樁上為現澆橫梁、橫梁上擱置預制空心板，空板上現澆面層及磨耗層。

2、工程地質概況

根據巖土工程勘察報告，地質劃分為5個工程地質層：

第1層：中砂，灰色，松散，飽和，局部夾碎石，碎石料徑2～4cm，層厚0.5m～3.5m。第2層：淤泥質粘土，灰色，流塑，厚層狀、局部鱗片狀，含粉砂、粉土團塊或薄層。有光澤，無搖振反應，干強度高韌性高，局部為淤泥或淤泥質粉質粘土。層厚0.6m～10.1m。第3層：粉質粘土，灰綠、灰藍、灰黃色，硬可塑，厚層狀。稍的光澤，局部見少量角礫、砂，無搖振反應，干強度中等，中等韌性，該層中壓縮性較好。第4層：含粘性土圓礫，灰、灰黃、褐黃色，稍密～中密，局部密實，很濕，厚層狀，角（圓）礫粒徑2～20mm，含量約50%～60%，碎（卵）石一般礫粒徑2～5cm，含量約10～20%，含10～20%中粗砂，余30～40%粘性土，土質不均勻，局部為含粘性土礫砂，偶夾 粉質粘土薄層或透鏡體。層厚0.9m～28.6m。含圓礫粉質粘土，灰黃、褐黃色，硬可塑，厚層狀，含10～20%角礫、砂，不均勻，局部略高，局部切面有光澤，無搖振反應，干強度中等，中等韌性。第5層：強風化凝灰巖，層厚0.5～4.3米。灰褐、灰黃色，凝灰結構，流紋結構或塊狀結構，巖石風化較強烈，裂隙很發育，屬軟質巖，巖芯呈碎塊狀、角礫狀，混大量粗砂，部分碎塊用手能折斷，裂隙面鐵錳質渲染較強。

3、工程設計、準備階段的問題分析

3.1 樁身制作材料

由于缺乏設計和施工經驗，本工程又是在南方地區首次采用后張法預應力混凝土大直徑管樁，參建各方為了有效解決這一難題，決定通過添加外加劑來增加混凝土的抗潮等級，使其抗潮等級至少達到F350，在大管樁預制廠進行的實驗中，管樁混凝土的各項指標均能達到設計要求。

3.2 樁形的選定

《高樁碼頭設計與施工規范》中明確規定，預應力混凝土樁、預應力混凝土管樁、鋼管樁等三種形式通常被應用到高樁碼頭樁基中。由于壓應力是樁基使用期的承受荷載，錘擊沉樁拉應力是抗拉應力要求中首要考慮的問題，根據地質等其他實際情況分析：首先，錘形因為其錘擊速度較大在國內被廣泛使用，柴油錘的錘擊能量達到D80～100。其次，樁長均大于30m，在一定范圍內的施工區域都有較為明顯的軟土層、硬土層相間，針對上述原因，不易取得較小的拉應力值。根據樁拉應力計算公式的經驗值和試樁記錄，可以得出，錘擊最大樁拉應力值在7Mpa左右，而普通混凝土樁拉應力值在6.5Mpa左右，所以要加大樁身周長和軸向長度來充分保證樁側摩擦面積。薄壁和慣性矩較大是預應力混凝土大直徑管樁的兩個主要特點，為滿足樁身周長和軸向長度的要求可以最大限度的減小吊重和徑向變形。鋼管樁和預應力混凝土大直徑管樁的抗拉應力需滿足錘擊抗拉應力的要求。

3.3 停錘標準的確定

《石料工程預應力混凝土大直徑管樁設計與施工工程》中明確規定，在有關停錘標準中，將樁端持力層設計為硬塑狀的黏土性、粉細砂、和礫砂土材質時，應以標高控制為主，當沉樁貫入度達不到標準時，應控制貫入度，最后一陣10擊平均貫入度達到5-10mm時即可停錘。本工程是按照摩擦樁來考慮樁基設計的受力計算的，所以與規范中有所不同的是，本工程按照標高和貫入度兩個標準來控制停錘標準。

4、施工期的質量控制

4.1 對沉樁船機設備的檢查

根據施工單位報送的《港口船機設備報驗單》，監理工程師主要對樁船現場的施工穩定性進行檢查，主要檢查其吃水深度、抗風能力、船樁尺寸、樁架高度、錘的性能、錨纜布置等，其中尤為重點的是對GPS系統的校對。經監理工程師檢測完畢，設備滿足上述要求的情況下，方可對樁船方進行施工。

4.2 沉樁前質量控制

施工單位要對現場每一個船樁進行檢驗，只有監理工程師驗收合格后才能施工，驗收內容包括：船樁出廠合格證，檢查其根數、型號、灌漿日期、產地、制樁編號、認真記錄其檢查記錄，船樁齡期達到15d以后，方可施工，檢查運輸過程中船樁是否碰撞或者損壞，記錄每一船樁的運輸船號、根數、樁型、到場日期、制樁編號等。

4.3 沉樁過程質量控制

壓錘后，監理工程師檢查樁墊、替打、樁三者是否在同一軸線上，滿足需求，方可開錘；錘擊過程中，根據設計要求監理工程師需嚴格控制錘的檔位，如需更換，需要滿足設計要求，在沉樁過程中，需密切觀察海面情況，如有大船經過或者波浪影響時，應立刻停錘，避免對樁造成損害；現場監理工程師認真做好記錄，正確控制每一根沉樁傾斜、移位、破碎掉渣現象；施工單位在沉樁上安放指示燈，防止夜間船舶航行時碰撞沉樁，及時避開，防止出現質量事故。

4.4 對異常情況的質量控制及原因分析

（1）沉樁困難。在沒有達到預定深度時沉樁無法繼續下沉，檢測單位需要對相鄰樁的高應變、檢測錘性能、樁的承載力進行檢測，樁錘性能故障會影響其能量的發揮，對地基調查不充分而忽略中間硬夾層存在等問題。

（2）樁頭出現嚴重破損時。立刻停錘。設計檢測單位找出原因并研究處理辦法。施工隊對樁頭進行小應變力檢測，分析原因并及時修復，樁頭不完整或強度不足，樁墊薄厚不均，樁錘偏離等原因均造成局部應力集中

（3）出現斷樁。如沉樁過程中貫入度突然增大，發現錘聲異常，現場監理工程師應聯系設計檢測單位，立即停錘。樁與樁錘軸線不統一或者打樁船走錨，都容易發生偏心錘擊，出現斷樁。

（4）沉樁過程中貫入度過大。及時監測并研究處理辦法，嚴格監視相鄰船樁，做出高應變檢測，確定其承載力。

結語：

隨著深入推進地下空間建設，現代城市建設中越來越多的運用到高樁碼頭樁基工程施工技術，本文借助對浙江省岱山縣的舟山金鑫礦業小衢山石料出運工程項目的分析，對這一新興施工工藝進行探究，不足之處，敬請指正。