帶既有護岸結構單鋼護筒沉樁規律研究*

馮光華，鐘 旺

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310)

0 引言

鋼護筒作為灌注樁施工的常用結構，被廣泛應用在高層建筑、市政工程以及橋梁工程等各種類型樁基施工中。JTS 215—2018《碼頭結構施工規范》[1]要求護筒穿過較厚拋石層或拋石棱體時，宜采用雙護筒，護筒埋深應綜合考慮地質條件、護筒使用功能和穩定要求。國內外同行對鋼護筒施工工藝進行了大量的工程實踐[2-6]，施工技術日臻成熟，然而鋼護筒卷邊仍時有發生，會影響樁基施工工期。引起鋼護筒變形的因素很多，不良地質條件、鋼護筒剛度、鋼護筒的制作精度、施工不當等都會引起鋼護筒卷邊[7]。歐陽瑰琳等[8]從地質條件、環向應力、鋼護筒的剛度等方面分析了鋼護筒卷邊的主要原因。對于老港改造項目的帶既有護岸結構的單鋼護筒穿透能力，不同壁厚、樁徑護筒穿透性能對比以及單護筒的收錘標準則少見報道。本文通過對比分析坦桑尼亞達累斯薩拉姆某水工灌注樁施工的不同樁徑及壁厚鋼護筒在穿透既有護岸及深厚砂層，為老港改造項目樁基施工提供參考。

1 工程概況

本項目為以舊碼頭升級改造為主體的綜合性水工工程，原碼頭建于20世紀60年代，4～7號泊位碼頭岸線長725m，為高樁梁板式結構，采用PHC樁和灌注樁作為樁基礎，PHC樁位于海側，灌注樁位于岸側，4～6號泊位1排架上有7根樁基，其中4根灌注樁，最大樁間距7.55m；7號泊位1排架上有8根樁基，其中5根灌注樁，最大樁間距7.79m，樁基平面布置如圖1所示。4～7號泊位灌注樁樁徑和數量如下：φ1 200mm樁基182根，φ1 000mm基樁193根，φ800mm樁基311根，對應護筒直徑分別為1 350，1 150和950mm。

圖1 樁位布置

4～7號泊位在舊碼頭結構上進行灌注樁施工。將舊碼頭面層結構、面層結構下方的混凝土反梁以及反梁之間的填充珊瑚石清除現出混凝土結構底板，厚度為60cm，護筒施打之前，用液壓繩鋸開方形孔。

舊碼頭面板作為灌注樁施工平臺，施工機械包括旋挖鉆、履帶式起重機、挖土機等多種類型，為保證灌注樁施工需要的各種機械能安全行駛，方形孔洞比鋼護筒直徑僅大10cm。直徑1 350，1 150，950mm的護筒開孔尺寸為1.45m×1.45m，1.25m×1.25m，1.05m×1.05m。

灌注樁施工完畢后，將舊樁基和舊碼頭面層結構全部拆除后進行新建碼頭上部結構施工。舊碼頭面層下方為既有護岸。既有護岸厚度為3.3m，共3層，自下而上為0.6m厚珊瑚碎石倒濾層，單塊重約2kg；1.8m厚珊瑚石墊層，單塊重約10kg；0.9m厚護面塊石，單塊大小為20cm×20cm～40cm×40cm，重約20kg，取3塊護面塊石處理后進行無側限抗壓強度測試，其值為12.5～16.7MPa。

舊樁基為六角形樁，4～6號泊位舊樁基為10排，最大樁尖標高為-26.670m，持力層為黏土層，灌注樁單個排架為4根，最大樁尖標高為-34.000m，持力層為珊瑚礁礫砂巖層；7號泊位舊樁基為11排，最大樁尖標高為-32.610m，灌注樁單個排架為5根，最大樁尖標高為-34.000m，樁基持力層為珊瑚礁礫砂巖層。新建碼頭結構剖面如圖2所示，圖中樁尖標高較深者為新施工PHC樁和灌注樁。既有護岸結構下方為回填砂層，最大厚度為14.5m。

圖2 新建碼頭結構剖面

2 帶既有護岸結構單護筒沉樁規律

2.1 鋼護筒卷邊和護筒漏水現象

鋼護筒采用振動錘沉樁，功率為90kW，灌注樁施工采用泥漿護壁工藝。4號泊位沉樁初期，同一排架4根灌注樁鋼護筒長度分別為16，18，20，22m，從陸側往海側護筒逐軸加長2m。底部50cm外貼加強箍，加厚1倍。沉樁過程中出現護筒過振，樁內鉆孔時鉆頭異動、無進尺，將護筒拔出后其端部有卷邊現象，質量問題如表1所示。因既有護岸下方為深厚回填砂，一部分樁基護筒沉樁完畢后樁內鉆孔出現護筒漏水，采用多臺水泵補水其內外液面仍持平，鉆進過程中進尺困難、塌孔嚴重，無法鉆至設計標高。

表1 項目4號泊位護筒施工質量問題

2.2 不同樁徑和壁厚單護筒穿透性能對比

2.2.1既有護岸塊石層穿透用時對比

對不同樁徑護筒穿透3.3m既有護岸塊石層所用時間進行統計，1 350,1 150,950mm護筒分別統計100根樁基，壁厚分別為12,8,6mm(見圖3)。φ1 350mm護筒穿過原有護岸塊石層所用時間均值約為50s；φ1 150mm護筒穿過既有護岸塊石層所用時間均值約為57s；φ950mm護筒穿過既有護岸塊石層所用時間均值約為66s。直徑越大，穿透既有護岸塊石層用時越短，φ950mm護筒穿透護岸用時比φ1 350mm護筒平均多約32%，因此上述3種直徑護筒均能順利穿透既有護岸結構，且既有護岸的不影響后續灌注樁的成孔質量。

圖3 護筒穿透既有護岸用時統計

2.2.2不同樁徑和壁厚護筒進尺速率和沉樁時間對比

4號泊位不同直徑3根試驗護筒沉樁作業，對比其進尺速率變化以及總振入時間，分析不同樁徑的護筒穿透性能，地質柱狀圖編號為SGB02，3根試驗樁位于同一排，樁號為H8，G8及J8，其樁徑為950，1 150，1 350mm，其壁厚均為8mm，均沉樁至20m的入土深度，3種樁徑護筒不同進尺速率和總振入時間如圖4所示。

圖4 不同樁徑護筒進尺速率及沉樁時間統計

由圖4可知，直徑為950，1 150，1350mm的3根試驗護筒振入時間分別為18.6，13.7，10.2min，而終錘進尺速率分別為0.23，0.55，0.88cm/min，后續灌注樁施工正常，3根樁基均無二次清孔，成樁質量較好，因此壁厚相同情況下，樁徑越大，進尺速率越大，沉樁時間越短，穿透能力越強。

5號泊位SGB06鉆孔附近選擇4根基樁進行試驗，測試不同壁厚樁基在振入過程中進尺速率的變化和總振入時間，均為海側第1排灌注樁，樁號為G48～G51,樁徑均為1 150mm，上述樁基的護筒壁厚分別為6，8，10，12mm，附近的鉆孔編號為SGB06，位于G49及G50之間，不同壁厚護筒進尺速率及振入時間統計如圖5所示。

圖5 不同壁厚護筒進尺速率及沉樁時間統計

由圖5可知，沉樁至20m入土深度時，6～12mm不同壁厚護筒終錘進尺速率分別為0.24，0.53，0.76，0.82cm/min，總振入時間分別為18.1，15.5，12.2，11.3min。相同樁徑時，壁厚6～10mm，進尺速率程明顯遞增、總振入時間明顯遞減，而10mm壁厚和12mm壁厚護筒進尺速率和總振入時間差異并不顯著。

2.3 不同直徑護筒終錘進尺速率統計

對項目1 350，1 150，950mm各100根鋼護筒的終錘進尺速率進行統計以及終錘進尺速率進行概率分布測算，以滿足95%保證率的終錘進尺速率值作為不同直徑護筒終錘標準，終錘進尺速率和概率分布如圖6所示。

圖6 不同直徑護筒終錘進尺速率和概率分布

上述各直徑均100根樁護筒的終錘進尺速率平均值為0.97，0.78，0.64cm/min，隨著樁徑增加，其終錘進尺速率的平均值呈明顯遞增趨勢。不同直徑100根護筒滿足95%保證率的終錘進尺速率分別為0.74，0.56，0.39cm/min，上述值作為各自樁徑的終錘控制標準，后續護筒沉施工均無再發生樁尖卷邊的情況。

3 結語

1)對于老港改造的既有護岸，灌注樁施工可采用單護筒，而對厚度為3.3m、無側限抗壓強度為12.5～16.7MPa的既有護岸，1 350，1 150，950mm直徑的護筒均能在100s內穿透。

2)相同樁徑的鋼護筒，壁厚6，8，10mm時穿透能力持續遞增，而壁厚12mm鋼護筒的穿透能力與10mm相比并無明顯增加，因此從穿透性能及造價考慮10mm壁厚為性價比最優。

3)為避免發生卷邊現象，帶既有護岸結構的深厚砂層地質情況下，1 350，1 150，950mm樁徑護筒進尺的終錘標準可為：0.74，0.56，0.39cm/min。