淺談液壓打樁錘進行U型混凝土板樁的施工

◎李國慶 歐陽豪 中交四航局第二工程有限公司

1.前言

U型混凝土板樁施工作業受潮水及地質條件影響較大，施工質量難以做到有效的保障，施工難度大成本高。為有效減少U型混凝土板樁施工受環境因素的影響，提高作業效率和質量，降低施工成本。本文通過實踐操作采用液壓步履式樁架及液壓錘進行U型混凝土板樁沉樁施工的工藝進行探索分析。

2.工程概況

本工程處在濱海灣新區長安新區板塊東填海區，位于長安鎮海域，建設1384m的海堤工程，堤防結構采用陡墻—斜坡式堤，陡墻采用C60混凝土U型混凝土板樁和預應力高強管樁結構結合的整體結構。C60混凝土U型混凝土板樁共1384根采用先張法預制，參數為：截面高度h=450mm，截面寬度D=1020mm，混凝土板壁厚度B=120，根據超前鉆地質情況樁長10m～16m。板樁典型截面如圖1所示。

圖1 板樁典型截面圖

3.施工重點難點分析

（1）本項目位于濱海灣新區最靠海側，與灣區觀海驛站相毗鄰，日常游客較多，常有接待社會各種大小活動。U型混凝土板樁作為海堤外側陡墻，對現場施工質量及安全文明施工要求非常高；

（2）根據超前鉆地質情況分析，施工區域內淤泥厚度大，并且深淺不一。本項目板樁施工作業面與后方回填土方結合，板樁后方為海堤結構回填砂土。U型混凝土板樁施工需要確保施工垂直度、板樁間咬合以及板樁沉樁的完成性，施工質量控制難度大；

（3）沉樁施工需要保持板樁施工軸線線條順直，現場U型混凝土板樁截面高度h=450mm，截面寬度D=1020mm，混凝土板壁厚度B=120，根據超前鉆地質情況樁長10m～16m，混凝土強度等級為C60，單位長度理論重量為439KG。U型混凝土板樁重量大，地質淤泥層較厚，施工過程中對軸線調整難度高。

4.沉樁方案比選

根據現場實際施工情況以及建設單位的需求，項目部初步制定幾種方案進行比選（見表1）。

綜合表1中方案對比，項目部確定采用方案三：液壓步履式樁架配合液壓錘進行沉樁施工。

表1 沉樁方案比選

5.樁機、樁錘選取及改造

5.1 樁機、樁錘選取

為確保本工程板樁垂直度及板樁的咬合，本工程板樁施工采用JB100B型液壓步履式樁架以及HHP12型液壓打樁錘進行錘擊式沉樁，采用樁架進行施工可以利用樁架的整體穩定性有效控制板樁的垂直度，打設過程中不易偏位。

樁錘采用HHP12型液壓打樁錘，錘芯質量12t,最大行程1.5m,最大打擊能量180KNm，因為《碼頭結構施工規范》（JTS215-2018）中選錘標準未涉及板樁，因此根據樁周摩阻力折算為PHC管樁進行樁錘選型，本項目U型混凝土板樁截面周長為2.87m，相當于直徑0.91m管樁的外周長。根據《碼頭結構施工規范》（JTS215-2018）附錄H選錘標準800～1200的PHC管樁最大錘擊能量150KNm的液壓錘即可滿足施工要求，因此采用HHP12型液壓打樁錘可滿足本項目施工。

5.2 樁機、樁帽改造

傳統圓形樁帽替打進行U型混凝土板樁施工，容易造成板樁頂部破損，且難以控制板樁施工軸線順直，為U型混凝土板樁的施工質量控制，需要對樁機樁帽進行改造，同時樁架下方設置限位裝置對板樁沉樁過程垂直度進行控制。

樁帽替打在原有圓形替打上根據U型混凝土板樁外形尺寸，增加樁機樁帽夾樁導向塊及替打座。具體尺寸按圖2、圖3進行改造。導向塊及替打由鋼結構廠家生產，以保證導向塊及替打的質量。

圖2 替打部位導向座1

圖3 替打部位導向座2

5.3 導向架設計

為確保施工垂直度，在樁機樁架上焊接下口導向架，導向架采用單樁固定，利用樁架進行板樁自重進行導向。導向架設計如圖7所示。

6.沉樁施工方法

6.1 沉樁工藝流程

沉樁工藝流程如圖9所示。

圖9 沉樁工藝流程

6.2 施工準備工作

根據施工要求進行場地平整、樁位放樣。替打部位改造采取廠家加工的形式進行，提前做好替打改造并進行實樁測試。

6.3 測量放線

按施工圖紙計算出的板樁軸線位置及起始板樁中心位置坐標。

軸線位置采用鋼筋頭標識出拐點位置，直線段間距20m放樣一根軸線標識，曲線段每根板樁放樣一根軸線標識。根據軸線位置，用白灰將板樁內外側邊線及起始邊線標出，確保樁位精確。

6.4 吊樁、入帽

取樁時采用樁機左、右側主鋼絲繩，同時纏繞一圈板樁上端，慢慢起吊將板樁轉成垂直。起吊過程中采用纜風繩控制板樁左右搖晃幅度并輔助拉入樁機夾具。為了保護陰陽槽口不受鋼絲繩壓壞，在鋼絲繩捆綁部位采用橡膠護套進行保護。

6.5 沉樁施工

6.5.1 對樁位

圖4 替打座及墊板

圖5 改造效果及夾樁效果圖

圖6 替打及導向塊成品圖

圖7 下口導向架示意圖

圖8 下口導向架安裝圖

樁套入樁帽后，利用纜風繩將樁底部與提前用白灰撒出的內外側及左右邊線重合，垂直度采用兩個吊錘于兩個正交方向進行監測及經緯儀進行測量。樁帽、樁錘的中心線應在同一線上，當樁就位后，用錘和樁帽的自重將其壓一下，重新檢測樁位，合乎要求后再施打。

6.5.2 首根板樁施打

合上底部導向架后，即開始進行首根板樁施打，施打過程中繼續采用吊錘及經緯儀測量垂直度，發現超出規范允許的偏斜，利用樁機側移進行樁位糾正，因為本工程上部3m范圍為回填砂，因此在砂層施打時，采取低沖程施打，HHP12樁錘施打沖程控制在15cm以內，防止溜樁。

施打過程中，上部捆綁鋼絲繩可跟隨板樁施打慢慢放松不可脫扣，當打過砂層之后逐步放松，同時樁錘以5cm沖程輕擊，防止在淤泥層下沉過快。穿過淤泥層進入3-1粘土層后方可完全脫扣。當打樁接近收錘時，應嚴格控制液壓錘落距（5-10cm），以免打樁能量過大而將樁頭打爛或使樁身砼質量受損。

6.5.3 其余板樁施打

板樁為咬合樁，因此需要依槽口方向，順序施打，其余樁施打時要注意底部陽榫斜口需背向已施打板樁。對好位，并插入第一根板樁槽口后，通過移動樁機進行垂直度控制。樁位、垂直度調整完之后，進行壓樁，同時樁機向第一根樁方向略偏，壓緊與第一根樁的榫口。

圖10 送樁器圖

圖11 已完成施工的板樁

經過試樁驗證，在穿越砂土層時，樁極易側滑，因此穿越砂層時，全程保持導向架合攏，當穿越完砂層進入淤泥層后，可打開導向架，如穿越砂層時接縫變大，可橫移樁機調整。進入淤泥層后，此時由于陽榫斜口作用，板樁會越壓越緊，直至粘土層。粘土層施打時同樣需控制液壓錘落距（5-10cm），以免打樁能量過大而將樁頭打爛或使樁身砼質量受損。

6.5.4 二次沉樁及標高控制

當第二根樁沉樁至距離設計標高約80cm時，停止沉樁，轉為施打第三根樁，當完成一個節構段約20～30m沉樁后再利用送樁器依次將之前未沉至標高的板樁施打至設計標高。送樁器根據U型混凝土板樁外型尺寸由鋼結構廠家進行加工，采用5cm厚鋼板加工，長度1米，上端截面與U型混凝土板樁橫截面一直，確保樁帽導向板與送樁器匹配；下端與板樁接觸截面為滿截面為1050mm×450mm，保證與板樁有足夠的接觸面。采用送樁器進行施工時，送樁器與板樁之間墊塞3cm后橡膠板進行緩沖保護U型混凝土板樁樁頭。

6.5.5 弧線段施工

本工程存在兩個弧線段，弧線段施工時，按弧線段圓弧逐根畫出每根板樁的位置后，現場放出每根板樁的內外側及左右邊線，施打時控制方法同直線段。

7.體會

U型混凝土板樁施工總體軸線順直，完整性好，板樁外開挖整體效果滿足設計及規范要求。現場采用液壓步履式樁架及液壓錘進行沉樁施工有效控制施工質量，大大提高一次沉樁成功的效率，給后續施工爭取寶貴時間。

在進行沉樁施工過程中遇到同樣遇到問題及采取的處理措施如表2所示。

表2 沉樁常遇問題的分析及處理

8.結語

水利工程臨水陡墻施工，采取混凝土U型混凝土板樁進行圍護施工，U型混凝土板樁施工受到臨水、地質和設備等原因施工質量控制難度大。本工程通過對采用液壓步履式樁架及液壓錘配合改造樁帽替打、導向架進行U型混凝土板樁沉樁施工的成功實踐證明：采用液壓步履式樁架及液壓錘配合進行U型混凝土板樁沉樁施工的工藝是一種行之有效的方法，此工藝操作性強、施工效率高、安全性可靠以及對施工質量控制強等特點。在本項目的實踐中滿足現場特殊施工區域及建設單位的需求，大大提高了施工質量，很好完成施工任務，得到建設單位、監理單位等上級單位的一致認可，可在類似工程作業中繼續探索優化。