振動沉管砂樁在護岸工程中應用技術要點分析

陳廣清

（福建省陸海建設管理有限公司，福建 福州 350007）

1 工程概況

1.1 工程規模

某工程護岸長度為2.024km，結構形式為斜坡堤，其中K0+000～K1+530 段位于臨海堤段，待處理的天然軟弱土層厚度均較大，設計對該護岸工程的軟基處理采用塑料排水板和砂樁兩種形式組合，堤身結構為砂被斜坡堤結構形式，砂樁直徑80cm 砂樁，原設計采用水上施打形式，砂樁置換率30%，設計砂樁間距1.29m，按正方形布置，根據直徑計算每延米理論體積為0.5m3，要求單根砂樁施工灌砂量充盈率取1.4。砂樁排水墊層采用袋裝砂排水墊層，砂樁樁體用砂采用外購中粗砂，其要求含泥量小于5%，經檢測其滲透系數大于5×10-3cm/s，根據現場土質砂樁樁長在15.4m，必須穿透軟弱土層[1]。

1.2 砂樁施工技術要求

1.2.1 砂樁要求打穿軟弱土層，并進入下臥硬土層不少于1m。

1.2.2 設計砂樁水平偏差不應大于0.1 倍工具套管外徑，砂樁成樁垂直度偏差不應大于1%。

1.2.3 設計成樁直徑偏差應控制在5%～10%之間。

1.2.4 設計樁長偏差應不小于樁長＋100mm。

2 施工作業平臺分析與選擇

在水運工程護岸結構振動沉管樁施工作業平臺主要有管樁船水上作業、搭設臨時鋼結構作業平臺水上作業和回填料作業平臺陸上作業三種形式，選擇哪種作業平臺應根據現場實際工況條件和材料獲取難易程度確定。該項目原設計采用水上施打方案，但現場風量較大，根據相關要求大于六級風就不能作業。采用管樁船作業在技術上存在以下問題：

船舶作業時間受限，因工程量較大，作業周期較長，項目所在地常年受風浪影響，季風季節時間較長，嚴重影響工期進度；

受風浪影響，船舶定位精度難以滿足設計和規范要求；

受項目所在地水深影響，船舶需趕潮水作業，作業時間進一步受限，且船舶能夠作業的范圍有限，必須配合其他作業平臺施工。

因此，管樁船舶作業在本項目技術上不可行，而鋼結構平臺在技術上和經濟上也存在大量問題，主要情況如下：

該項目為條形基礎，砂樁采用正方形布設，砂樁直徑80cm，間距1.29m，鋼結構平臺的開孔較密，且下層為天然軟弱土層，能夠滿足該條件的鋼結構平臺設計難度較大。該項目砂樁直徑80cm，長度15.4m，能滿足現場施工需求的砂樁機設備較大，另外鋼結構平臺還需要大量的儲砂空間便于砂樁填充施工，在此情況下，鋼結構平臺搭設的穩定性難以保證，平臺自身的剛度和強度更是難以滿足要求。該項目砂樁施工長度為1.53km，寬度為35m，在保證工期的條件下，需一次性搭設大量平臺，且配合的船機較多，所需的臨時工程費用巨大。

而根據該項目的實際工況和取材條件，采用回填料作業平臺則存在以下優勢：該項目取砂條件較為理想，砂質較好，含泥量較少，可快速實施回填砂平臺作業?；靥钇脚_后由水上作業轉為陸上作業，施工受制條件較少，有利于砂樁施工的現場管理和砂樁施工過程的質量控制。

回填料作業平臺抗風浪能力強，不受風力和季風季節影響，施工效率有保障；回填料作業平臺空間利用率高，作業條件充裕，便于開工展布和分區分段作業；回填料作業平臺承載力高，可通過增加回填料厚度、土工布加筋等諸多形式增加作業平臺的承載力和穩定性。該項目堤身結構為充填袋裝砂，回填料平臺采用砂回填，后續可以重復利用，避免浪費[2]。

綜上所述，該項目砂樁施工平臺選擇回填料平臺具有諸多優勢，而其存在的問題主要是平臺臨時工程費用較高、不同的水域需要回填不同的厚度、同樣受到潮水高差影響、在臺風季節抗臺能力較弱等問題，但相較于船舶作業和鋼結構平臺而言，其存在的問題同等對比仍存在一定優勢，所以該項目根據實際工況和生產條件選擇回填砂平臺作業，但不同項目有不同項目情況，還是應根據其自身項目特點選擇相適應平臺，無論采用何種平臺都應對平臺的承載力和穩定性進行驗算，并形成專項方案。

3 工藝流程與施工方法

3.1 工藝流程

平整砂樁施工作業場地─劃分施工區段與確定打樁順序─樁位放樣─樁機就位─調整打樁機平整度和樁管垂直度─沉管─灌注砂料─振動并提升樁管─效果檢查─樁機移位進行下一根樁施工。

3.2 施工方法

3.2.1 施工準備：通過典型施工段試樁，確定符合該工況的施工參數，并結合當地潮汐和風力情況，制定施工方案和施工計劃，劃分施工區域，進行砂樁施工場地平面布置，組織進場砂樁機檢查，確保砂樁機性能滿足要求。

3.2.2 施工定位：根據施工進度計劃要求及功效分析，本工程采用砂樁機進行施工，首先根據施工平面圖進行繪制施工計劃線，確定施工段砂樁總排數和每排砂樁數量，同時可以采用RTK 進行樁位的精確定位。

3.2.3 樁位放樣：依據樁位布置圖，確定各砂樁機每日施打范圍和施打順序，并結合控制點和施工軸線對每日施打砂樁樁位進行放樣，放樣過程應嚴格控制砂樁的位置偏差，確保樁位準確。

3.2.4 樁機就位：砂樁機就位前應對場地進行平整，樁機移到到位后，應用水平儀檢查砂樁機的平整度，另外用全站儀對砂樁管的垂直度進行檢查，發現偏位時，根據測量員的指示進行相應調整，并保證調整措施的穩固性，確保樁機樁尖與樁位，且施工過程中砂樁管垂直度滿足要求。

3.2.5 沉管：沉管前檢查樁尖閉合情況，符合要求后，啟動振動器下沉砂樁管；下沉過程觀察周圍情況，是否出現地面隆起或塌陷，若出現異常情況，應及時停機，同時檢查砂樁機平整度，確保砂樁機不出現傾斜，并用測量儀器核對樁管垂直度，直至沉管至設計底標高，確保砂樁施工完成后樁長和垂直度滿足設計及規范要求。

3.2.6 樁管灌砂：沉管底達到設計標高后，開始進行填砂施工，每根砂樁填砂量按照設計砂量的1.4倍計算備砂量，并根據規范要求進行灌入，若樁管中一次裝不下計算填砂量，則在拔管過程中進行補充灌砂，主要在振動擠密過程中補足，直至灌滿管樁的全部砂量。在實施過程中，向管內填砂的同時，可輔以向管內注水或者通入壓縮空氣的方式，利于砂排到樁管下，便于成樁；若排砂不暢通時，可根據現場情況適當加大風壓或水壓，增加排砂壓力。但當砂樁管臨近拔出地面時，應減小風壓和水壓，防止砂料外飄出。

3.2.7 振動并提升樁管：首次拔管高度控制在80～100cm，提升過程根據樁尖結構形式，打開樁尖（不同樁尖有不同的打開方式）；樁尖打開后，砂樁管內填砂會流入下層空隙，啟動振動器，根據規范要求留振，并觀察砂樁內填砂下沉情況，后續控制拔管速度為1m/min，并根據規范要求控制提升高度的留振時間，該項目為每拔管0.5m 留振20s，直至拔管出地面，并及時對灌砂量進行核算，確保砂樁實際灌砂量滿足設計和規范要求。

3.2.8 砂樁補料：砂樁管拔出地面后發現樁內灌砂未填滿，應及時通過砂樁用砂進行填補，填補過程應采用相應工藝對補回填砂進行密實處理?，F場可利用砂樁機振動錘和水沖法對補料進行密實，并通過相應典型施工確定實施參數，確保補料密實度滿足要求，實現整根砂樁的成樁連續性和均勻性。

3.2.9 將該砂樁計算填砂量完全充填完成，提管提至地面，移動砂樁機到下一樁位施工。

4 典型施工

由于不同工況和不同的土質指標，在振動沉管砂樁施工前必須進行典型段施工，以確定滿足設計成樁指標所需的振密電流、用砂量和留振時間等砂樁施工過程的控制參數指標，具體實施如下：

典型施工前，應編制典型施工專項方案，確定典型施工數量以及需明確的參數和檢驗方式方法，報請設計單位確認，明確后續施工質量控制參數；

典型施工時，必須詳細做好每根砂樁的施工記錄，尤其要記錄清楚每根砂樁打設時的用砂量、充盈系數和地基土的隆起情況以及成樁效果；

施工完成后，根據規范時間間隔開展相應檢測，主要檢測項目有砂樁原位鉆孔檢測、砂樁的標貫檢測、靜力觸探檢測等。根據施工記錄和檢測結果進行典型施工總結，確定全面施工控制參數，明確施工控制技術要點，展開全面作業。

5 施工技術要點

砂樁沉管時，可能碰到遭遇局部硬土層，也有可能會遇到孤石，處理不當會造成樁長不夠。如遇此情況，應即時停止施工，采取相應方式盡量確定無法沉管的范圍，并及時聯系設計單位，確定處理方案；另外，樁底部填砂不足，會導致成樁問題，并影響后續地基加固效果，拔管前應嚴格控制留振時間，且必須保證灌滿砂料。

施工過程對砂樁機性能及時進行檢查，各個位置做好記號，通過準確控制砂樁機，滿足砂樁樁位偏差和垂直度偏差規范要求，并由此確保樁長及砂料灌入量滿足要求；每臺設備安排一名技術人員，在砂樁施工過程中如實記錄各項參數和施工情況，做好全面且準確地施工記錄。確保砂樁的底標高應滿足設計要求，灌砂量不應低于每根砂樁的計算成樁用砂量，出現無法打至設計標高時，應及時聯系設計人員解決。每一根砂樁都應嚴格控制水平偏差、垂直度和成樁直徑，若出現兩根以上連續偏差，則應立即停工，檢查設備，確保樁位水平偏差、垂直度偏差、成樁直徑偏差滿足規范要求。

每一根砂樁施工完成，應及時核算填砂量，并按不小于設計樁長＋100mm 的樁長控制填砂量，確保樁長滿足規范要求。擠密砂樁的允許偏差、檢驗數量和方法應符合表1的規定。

表1 擠密砂樁和碎石樁的允許偏差、檢驗數量和方法《水運工程質量檢驗標準》（JTS257-2008）

6 質量控制措施

振動沉管砂樁施工前應在現場檢查施工設備，保證設備性能良好和各項表盤度數準確。施工前做好測量工作，尤其是施工基線和控制點的復核工作，標明控制基線和控制點應用規范標志物并進行相應保護。

施工前，檢查振動沉管砂樁用砂進場情況和進場砂質量，是否滿足施工用量和質量按要求。砂樁施工前，根據實際工況和砂樁機性能，對施工區域進行分區，并在現場標出分界線，編制安排打設順序，樁機上應有明顯的打設深度標記，以便控制和記錄沉管施打深度。

另外，砂樁的樁尖結構種類多樣，具體施工中應通過典型施工選用合適的樁尖結構，其目的在于保證砂樁施工過程中樁尖能順利打開，并滿足成樁漏砂要求，保證低故障率。沉管打設至設計標高后，應檢查沉管內外實際高差，以防止泥土等雜物從樁尖進入套管內，影響成樁質量。若發現砂樁管內有雜物不能繼續進行填砂施工時，應首先清除雜物，分析造成雜物進入的原因，排除隱患后，再重新作業。

砂樁施工過程中發現無法沉管至設計標高時，不能直接灌砂施工，應首先分析相應地區的地勘圖紙，并及時與設計人員取得聯系，說明詳細情況，確定解決方案。

7 質量檢驗

振動沉管砂樁施工完成后，檢查各項原始記錄是否滿足要求，然后進行實驗檢測，檢測內容主要包括：砂樁原位鉆孔檢測、砂樁的標貫檢測、靜力觸探檢測，檢測時間根據規范要求的間隔時間實施，其中粉質黏土地基和粉土地基施工和檢測的間隔時間不同，相差一周時間。各項檢測的數量和要求按有關規范執行，基本要求如下：砂樁原位鉆孔檢測用來檢驗砂樁的成樁效果，鉆孔深度要求貫穿砂樁樁體，檢測頻率為砂樁總樁數的0.5%；砂樁標貫檢測用來檢驗砂樁的密實度和成樁效果；靜力觸探檢測用來檢測砂樁間土的加固效果，檢測頻率為砂樁總數的0.5%，檢測深度為打設深度，檢測位置均勻分布在打設范圍內。

8 結語

綜上所述，本文通過對某工程振動沉管砂樁施工全過程的分析，總結該工藝在護岸工程中應用的技術要點，同時提出了施工作業平臺選擇的分析方法，并對質量控制要點進行相應總結，希望能夠為后續同類型項目提供一點參考和借鑒作用。