水上振沖置換砂樁工藝在處理軟基中的施工應用

孫巖松

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島266071）

1 工程背景

1.1 工程規模

霞浦核電海工工程Ⅲ標段新建圍堰段位于淤泥層上，設計采用振沖置換砂樁進行軟基處理，砂樁樁徑為φ1 000mm，砂樁采用正三角形布置，平均置換深度25m。取水口砂樁間距為2m 和1.5m，置換率分別為22.7%和40.3%。排水口砂樁間距為3m、2.4m 和1.2m，置換率分別為10%、16%和63%。取水口工程量為1.107×105m3，排水口工程量為2.96×104m3。

1.2 地質條件概述

本工程地質情況復雜，主要是海積相地質。

1）2.4.1 層淤泥：廠區北側北護岸和排水堤地段揭露厚度9.50～28.10m，層底埋深9.50～28.10m，層底標高-37.50～-20.40m；廠區南側取水明渠地段揭露厚度1.50～15.50m，層底埋深1.50～15.50m，層底標高-27.00～-13.00m。

2）2.4.2 層淤泥質黏土：廠區北側北護岸和排水堤地段揭露厚度8.80～28.00m，層底埋深26.30～50.50m，層底標高-58.50～-36.70m；廠區南側取水明渠地段揭露厚度6.10～18.30m，層底埋深20.50～31.80m，層底標高-43.30～-31.90m。

3）2.4.3 層粉砂：廠區北側北護岸和排水堤地段揭露厚度1.50m，層底埋深11.00m，層底標高-21.90m，僅在BH02 鉆孔揭露到；廠區南側取水明渠地段揭露厚度0.50～5.10m，層底埋深20.40～29.80m，層底標高-41.40～-31.3.00m，僅在部分鉆孔揭露到。

2 工程重難點分析

分析本工程重難點如下：

1）砂樁間距規格較多，施工中需對樁架間距進行調整，降低作業效率。目前，國內水上專業砂樁船數量有限，為滿足本工程不同規格砂樁間距需要，利用平板船改造為砂樁船施工。

2）本工程為水上施工，置換砂樁灌砂量及成樁質量控制難度大，施工中需采取措施加強施工質量控制。

3 利用平板船改裝為砂樁打設船

目前，國內水上專業的砂樁船施工設備有限，為保證工程工期和順利推進，計劃通過改造平板船為砂樁船進行施工，即在平板船上安裝砂樁振沖成孔、灌砂、定位等設備。平板駁船上主要布置砂樁樁架系統、供砂裝置、存砂區、砂樁控制系統和船員生活區。由于砂樁間距規格多，為減少樁架調整，樁架間距6m 布置在船體一側，可兼顧樁距1.2m、1.5m、2m 和3m的砂樁施工。

樁架系統由砂樁樁管、振動錐、導向架、支撐架等組成，砂樁樁管長度基于水深和砂樁長度確定，砂樁套管長度和水深決定導向架的高度。供砂裝置的組成結構主要包括挖機、儲料斗、皮帶機和提升料斗等。

4 砂樁施工方法

4.1 施工流程

施工準備→打樁船就位→成樁試驗→啟動樁錘打至標高→灌砂→提升樁管→振動密實→成樁→檢驗（若不合格，則需進行補打）→進入下一根樁施工。

4.2 施工前準備

實際工作中，需在正式施工前做好以下幾項內容：

1）施工前在施工區域兩側布置明顯的岸標，標識出大概的施工區域，用于施工船舶粗略定位。

2）施工前應進行GPS 設備校正；對新建圍堰砂樁施工區進行預先掃海，進一步確定現場實際標高情況；由于各個施工船采取平行施工，船舶之間保證施工區域通暢；并準備好勘探報告、測量資料、施工圖紙、設計交底會議紀要、水文氣象資料等。

3）施工前對振動錘、皮帶機、挖掘機等機械設備和相關儀器進行檢驗，確定無故障隱患后方可施工。對進場的砂料進行檢查，確保其質量符合設計及規范標準，同時保證儲砂量滿足1d 的施工需求。確保施工人員都在其對應施工區域內，并對施工人員的安全防護用具進行檢查。

4）施工前根據設計給定打砂樁區域，對施打砂樁的位置進行編號，依據施打砂樁的先后順序編排序號，并在施打砂樁圖上進行標注，做好施工記錄，避免出現遺漏或復打的問題。

4.3 砂樁施工方法

4.3.1 沉樁定位

本工程采用GPS 定位砂樁沉樁位置，定位時先根據里程岸標及中心線岸標進行粗定位，船舶錨泊采用前八字錨和后交叉錨定位，防止船舶受風浪影響發生偏位，導致砂樁位置不準確，同時配1 條抽心纜，用于移動船舶。施工前把事先做好的砂樁樁位圖導入定位軟件中或者把砂樁坐標導入GPS 中，根據定位系統顯示的樁位與設計樁位相對位置絞纜移船，嚴格控制移船速度，待船只準確就位后固定，固定約3min 并重新校正船位，確定GPS 或軟件樁位圖和實際砂樁位置一致。

4.3.2 成孔

沉樁前還應檢查樁底活瓣是否密封，防止樁管內進泥；當樁管打至設計標高后，采用在管內下放測深繩的方法再次檢驗管內是否進泥，確保砂樁樁長滿足設計要求。

施工前檢查無誤后，從送料漏斗投入一定量砂（砂量約為1m 樁長）然后下沉樁管，利用樁管自重下沉到一定標高后啟動振動錘，振動樁管下沉至預定深度。成孔底標高通過樁管上的刻度計算，根據樁管水面處的刻度算出樁管水面下長度，同時利用當時潮位反算出樁底標高。沉樁標高需要嚴格控制，施工時及時準確掌握施工潮位，保證成樁深度。

根據設計圖紙砂樁間距要求，砂樁施工時采用從外圍向中間、遠離建筑物的順序推進，采用間隔的方法跳躍式打樁。

4.3.3 裝填砂料

在船定位前，運砂船?？看驑洞⒂闷C把砂輸送到打樁船的集料箱中。用挖掘機將集料箱中的砂通過皮帶機裝入過渡漏斗中，由于過渡漏斗方量固定，利用過渡漏斗控制灌砂方量。沉樁達到設計標高后，用卷揚機將過渡漏斗提起置于沉樁口處下料。前期打樁時充盈系數初步定為1.3，最終的充盈系數需結合現場實際情況確定。

4.3.4 成樁

拔管時按照設計要求在底標高留振10～20s，然后拔起0.5～1m，留振20s 使活頁充分打開，在邊拔邊均勻振動，按1.0～2.0m/min 或設計要求的速度提升樁管并根據現場和試樁效果確定拔管過程反插次數以保證砂樁密實度。下料不暢時，停拔留振，或下壓反插后再提升留振，直至砂料灌入，拔管時，每提升2m 必須檢測1 次管內砂面高程，以確保樁體完整、連續，樁徑滿足設計要求；砂樁距頂標高5m 時，每1m 反插1～2次，留振10s 以增強該部分的樁體密實度。

5 施工質量控制

5.1 原材料控制

砂樁置換用砂時采用中粗砂，含泥量＜5%，通透系數＞5×10-3cm/s，施工使用的砂應檢驗符合設計及規范要求后方可使用。

5.2 砂樁垂直度控制

在沉樁施工前檢測樁管的傾斜度，若傾斜度＞1%，通過調整船艙壓載水調整沉管傾斜度。

5.3 砂樁標高控制

沉樁前應檢查樁管樁尖的密閉性，避免因樁管內進入淤泥而影響成樁質量。沉樁到指定標高后，使用測深繩在管內測量是否有淤泥進入沉管內，若有，則應拔出樁管，排除故障后重新施工。

砂樁以設計標高為主，貫入度為輔。根據本工程要求，砂樁應穿透軟弱土層，當打入高程與設計高程有偏差時，應留振1～2min，在留振過程中密切關注振動錘電流大小等參數，貫入度＜20mm/min 時可停錘，并及時做好施打砂樁的記錄。

當套管沉入時遇到孤石或者硬土層時，如距砂樁標高＜1m，留振30s 仍無法下沉，可就此驗收；若＞1m 則考慮在其旁邊1 倍樁徑的范圍內進行補打，若在該點4 個方向補打均無法達到設計標高時，報參建各方協商后再行確定處理方案。

5.4 灌砂量與灌砂率的確定與控制

正式施工之前應進行典型施工，以確定每延米的灌砂量，在灌砂時應根據現場實際情況適當加水使砂密實。樁管上拔時，應注意檢查有無“砂塞”現象，防止出現斷樁。采用“鐵錘敲擊法”判斷有無“砂塞”，當樁管發出清脆的金屬聲時說明沒有，音質沉悶時則說明管內存在“砂塞”?！吧叭毙璨捎谩胺床宸ā毕?。

施工時遇到有縮徑的樁，可采用局部復打，其復打深度必須超過縮徑處1m 以上。當一個砂樁區域灌砂量達不到設計要求時，采取全面復打措施，保證砂樁置換率。

為保證砂樁均勻連續，灌砂量和灌砂率必須得到保證，在勻速震動提升樁管的同時檢測樁管內的砂面標高，單根砂樁理論灌砂量計算如下：

式中，L樁長為設計樁長，m；R為砂樁樁管的半徑，m；K為天然砂體積與震動密實砂體積之比，可通過實驗得出；V為裝砂損耗量和震動引起砂墊層表面形成的凹坑，結合實際經驗，一般V=0.25m3。

由于施工時采用皮帶機、料斗喂砂，料斗容積僅為理論值，無法反映真實喂砂量。故在試樁過程中，采用管內灌砂振實后在管內打測繩，由管內灌砂前后砂面高差算出振實后的砂量，即為振實后的砂量。

6 置換砂樁檢測

對砂樁密實度進行標貫試驗檢測，檢測深度要求鉆穿砂樁底部1m，按1.0～1.5m 間距進行標貫試驗。要求砂樁施工面以下5m 深度內未經桿長修正的標貫擊數≥5 擊，5m 以下標貫擊數≥8 擊【1】。

砂樁施工過程中，通過第三方檢測單位對已成型砂樁進行了標貫試驗，共隨機選取85 根砂樁進行了標貫試驗，檢測結果均滿足設計要求。

7 結語

水中振沖置換砂樁工藝作為一種軟基加固的施工工藝，在霞浦核電海工Ⅲ標段取得了較好的應用效果，通過置換砂樁，地基加固效果明顯。但也存在不足，如砂樁施工對設備要求高，設備優劣對成樁質量影響較大，以及軟基處理效果沒有擠密砂樁理想，需要進一步改進。