復雜地質條件下大直徑PHC組合樁施工

◎ 劉振華 盛健 朱全 中交一航局第五工程有限公司

1.項目背景

印尼萬丹豐益工業園港一期工程屬于中國港灣在印尼地區豐益國際集團的第一個EPC項目，該項目擬建一個3萬噸的散雜貨泊位，采取的標準是英標，工期25個月。施工內容包括碼頭、引橋、引堤、臨時圍堰及吹填工程，碼頭和引橋部分采用PHC組合樁，樁徑1.2m，單根樁長57m，共計683根。

2.地質情況

項目所在地主要由平原區和山區兩大地質單元構成，地質特點復雜，變化不均?？辈旖Y果表明，鉆探揭露深度（60m)內地層分布較復雜，綜合地層的物理力學性質等特征，對勘探深度內的土層進行了單元土體的劃分，勘察區土層自上而下依次為：①1淤泥、①2有機質土②1粘土、②2粘土②3粘土、②4細砂、砂質粘土、膠結細砂、膠結粘土③1粘土和④1粘土。其中②4細砂：中密～密實，局部極密，淺灰色、黃褐色，混多量粘粒，局部呈膠結狀，局部含有機質，土質不均勻。該層分布較連續，揭示層厚0.6m～15.0m不等，揭示層底高程在-30.32m～-14.18m之間。平均標貫擊數為37.1擊；膠結細砂：密實為主，局部中密或極密，淺灰色、灰黃色，巖芯多呈膠結塊狀，局部夾銹斑、粉土和有機質，土質不均勻。該層分布不連續，多以透鏡體形式分布，揭示層厚2.1m～9.3m不等。平均標貫擊數為45.0擊。

3.關鍵問題

本工程屬于高樁碼頭，樁基部分的設計和施工是本工程的關鍵工序，通過設計不同的長度的鋼樁靴和PHC樁成組合樁，并采取提高錘擊能的方式，在確保在樁身完好的情況下，順利穿透厚度10m左右的砂層或者膠結砂層，最終達到設計標高或者貫入度標準。

4.試樁確定不同砂層不同樁靴的重錘輕擊工藝

對于膠結砂層超過10m的地質，選擇大直徑的PHC樁穿透砂層比較困難，同時存在容易爆樁頭，樁身破損等風險，通常水沖法為首要選擇，水沖法施工需要增加高壓水泵系統，該施工工藝的特點是功效較低日均2根左右，且對項目工期和成本要求高，所以本工程主要嘗試采用重錘輕擊的思路，解決PHC管樁穿砂層的難點，其施工流程和常規水上沉樁流程相同：打樁船駐位→運樁方駁駐位→鎖樁扣→吊樁→立樁入龍口→關閉下背板→戴替打→調整龍口斜度→打樁粗定位→收緊錨纜。

4.1 組合樁的選擇

本工程碼頭部分每個排架共計8根樁，其中4根直樁和4根斜樁。碼頭設計均載為20kPa，引橋部分每排3根直樁，設計均載10kPa。PHC樁的設計根據地質勘查報告，砂層和膠結砂層下部為標貫擊數30～40的黏土層，因此以摩擦樁為樁長計算依據，單根樁長PHC部分為50m，同時因抗剪強度的要求，直樁部分選擇B型樁和斜樁部分選擇C型樁。為了確保樁身的完整性，分別對于三種典型的地質工況進行樁靴設計并試樁。

樁靴構成部分主要包括：PHC樁身（直徑1200mm，壁厚150mm，樁靴與PHC樁連接板（內徑），剪切板8個（壁厚18mm），4鋼管部分，長度可根據砂層厚度試樁確定和加強板；本工程PHC組合樁試樁的分類依據如下表1，共計9根，不同地質條件下最佳組合樁。

4.2 錘擊能的選擇

本工程試樁選錘，主要根據“重錘輕擊”的原則和計算，首選D-160柴油錘二檔進行沉樁，在沉樁砂層過厚區域，可以增加樁墊防護的情況下，提高錘擊能采用三檔。若采用其它樁錘，錘的有效能量不得小于D-160柴油錘二檔能量的有效能量。備用錘選擇的是D125柴油錘。

4.3 不同砂層的沉樁控制及數據

本次試樁采用的打樁船是中交一航局自有施工船舶打樁20號打樁船，最大沉樁能力為53m+水深，可以滿足本工程施工要求。根據地質條件共計選擇三個區域作為典型土層，試樁部位選擇為碼頭相臨的引橋部位，試樁區域砂層的厚度分別為2m，7.5m，12m三種情況。試樁結果如下：

4.3.1 砂層12m區域

（1)2m樁靴：平均貫入度在5.3mm～14.1mm，總錘擊數為2502次，其中穿過標高-14.77m～-25.77m處厚砂層總錘擊數為1065次。過程表現為穿砂層較困難，錘擊數過多，錘過熱易停錘，錘損較大。（2)5m樁靴：平均貫入度在7.8mm～16.7mm，總錘擊數為1640次，其中穿過標高-14.77m～-25.77m處厚砂層總錘擊數為739次。過程表現為可以穿砂層，錘擊數減少明顯，錘過熱停錘次數減少。（3)8m樁靴：平均貫入度在8.1mm～18.5mm，總錘擊數為1459次，其中穿過標高-14.77m～-25.77m處厚砂層總錘擊數為479次。過程表現為易穿砂層，錘擊數減少，錘無過熱現場。

4.3.2 砂層7.5m區域

（1）2m樁靴:平均貫入度在8.6mm～18.2mm之間，總錘擊數為1817次，其中穿過標高-15.66m～-24.16m處厚砂層總錘擊數為444次；過程表現為穿透砂層困難，偶爾出現過熱停錘。（2）5m樁靴:平均貫入度在9.4mm～23.5mm之間，總錘擊數為1674次，其中穿過標高-15.66m～-24.16m處厚砂層總錘擊數為399次；過程表現為穿透砂層容易，錘無過熱現象。（3）8m樁靴：平均貫入度在11.4mm～38.5mm之間，總錘擊數為986，其中穿過標高-15.66m～-24.16m處厚砂層總錘擊數為156錘。易穿透砂層，錘無過熱現場，施工效率高。

表1 PHC組合樁試樁

4.3.3 砂層2m區域

本次沉樁在砂層厚度為2m處沉樁結果：由于砂層厚度較薄并位于土層上部，PHC樁自沉就可以穿過砂層。經統計1m樁靴錘擊總數為1104次，2m樁靴錘擊總數為925次，3m樁靴錘擊總數為855次，效果不明顯，故此處不做重點分析。

4.4 樁檢測情況

本次試樁停錘標準為當沉樁貫入度已經達到控制貫入度（最終10擊平均8mm/擊），而樁端距設計高程小于2m時，停止錘擊；當沉樁貫入度已經達到控制貫入度（最終10擊平均8mm/擊），而樁端距設計高程大于2m時，應繼續錘擊，直至貫入度達到5mm/擊。沉樁后分別進行高應變檢測9次，低應變檢測3次，檢測結果單軸豎向承載力均滿足設計及規范要求，且樁身完整。

4.5 沉樁質量控制要點

第一，PHC樁的質量控制，穿透厚度超過10m砂層，PHC樁身無接樁，強度超過80MPa,同時關鍵部位樁頭部分要做加強處理，混凝土需要摻入適量的鋼纖維提高強度，減少樁頭錘擊能過大或者錘擊數過高的情況下爆樁頭。

第二，樁墊厚度：本工程采用紙板疊加厚度達到23cm，起到較好緩沖作用。

第三，樁靴加強箍筋：在樁靴外側增加1道直徑20cm的箍筋，可以增加穿透砂層的擾動，有利PHC樁部分穿過砂層。

第四，替打加強：在錘擊能增加的情況下，替打容易損壞，所以需要制作高強替打，同時增加備用替打數量。

第五，D160柴油錘防護：在水上碼頭樁基工程中，砂層或者膠結砂層厚度10m左右的區域，通過選擇D160型的柴油錘采取重錘輕擊的方式是可以穿透的，但是需要注意錘擊數和錘過熱問題。為了確保樁身完整性的情況下，通?？傚N擊數不易超過1800次，在穿過厚度10m的砂層可以把D160錘檔位提高到三檔，減少錘因為貫入度減小造成錘過熱的概率，提高柴油錘活塞環和噴油嘴的使用壽命。

5.結束語

綜上所述，在EPC項目中，對于砂層較厚地地質工程，可以選擇鋼管樁或者PHC組合樁（開口），但是PHC樁的成本優勢明顯，通過試樁優化樁靴長度，選擇最優組合樁方案，可以達到降低成本，提高施工功效的目的。