管廊下深厚淤泥土錘擊管樁施工關鍵技術探究

孫春輝 周星宇 耿志華 楊 榮 王 杰

（中電建路橋集團有限公司，北京 100000）

0 引言

基于國內預應力管樁施工現狀，綜合在深厚淤泥質土層中施做管樁的復雜度進行研究，確保預應力管樁在流塑狀態的淤泥沖擊下不發生剪切破壞，不出現偏樁、斷樁等成樁質量問題。對預應力管樁穿越深厚淤泥質土的施工過程中的關鍵施工技術進行總結分析，以期指導預應力管樁施工。

1 工程概況

項目位于廣東省江門市濱江新區啟動區，豐樂大道管廊布置于道路西側綠地，北起園山湖，南至華盛路，全長約0.93km，下穿河道1 處。管廊基礎為預制預應力混凝土管樁基礎。貫入類型采用錘擊樁方式。管樁尺寸為樁徑600mm，壁厚130mm 的AB 型樁；樁徑700mm，壁厚130mm 的AB型樁還有500mm 樁徑的若干管樁。樁身混凝土等級為C80，項目管樁總工程量為510 根管樁。施工場地高程2.5m，設計樁頂高程-3.2m～-4.4m，樁長約17m～30m，單樁豎向承載力特征值為1200kN。

2 地質水文條件

2.1 地質條件

江門穿越主河口沖淤積平原，地質多為淤泥土發育，且地表平緩，高程在0.5m～4m，小河溝縱橫，水網發育，多魚塘、圍堤、稻田、耕地及各類果園用地，地層結構上部為全新統濱海相沉積的軟土，同時砂層間斷分布，不具有連續性，分布范圍及分布深度離散型顯著。沿線場地多為魚塘、農田。

2.2 水文條件

該地區雨量充沛，平均降雨量1785mm。4 月到9 月是當地的多雨期，雨水豐富，可達1485mm，占全年總雨量 83%。雨季低洼地帶易受到水的侵蝕，出現短暫洪澇現象。項目的地下水有孔隙潛水和基巖裂隙水。主要來源于地表水和大氣降水。分層測得地下水混合靜止水位埋深在0.70m～5.60m。標高-0.15m～- 0.05m。穩定水位隨地形及季節性氣候影響而波動。

3 管樁施工關鍵技術

綜上所述，該項目管廊基礎底部有較厚的淤泥軟土層分布，管樁在淤泥中側向穩定性差，容易造成樁身缺陷甚至斷樁，難以保證施工質量。且在基礎開挖或重載時，由于淤泥的流－軟塑狀態，易流動，會對管樁形成側向擠壓和破壞，在樁基施工時需要充分考慮這些不利因素的影響。

PHC 預應力樁按照國標10G409《預應力混凝土管樁》設計制造，管樁制作廠提供產品詳細圖紙大樣還有相關說明（包括管樁力學性能指標）并提供產品的檢驗數據、質量保證書和型式檢驗報告等。

3.1 試驗樁施工

在實施預應力管樁施打前，須就所在土層做試驗樁施工。根據該項目和有關規范確定，該工程試驗樁數量為6根。這項工作內容為測出正式施工管樁時的錘擊力大下、加載頻率、加載速率、卸載條件、管樁偏位歪斜程度等施工參數具體指標。通過對這些指標的反復測算復核，來提供正式管樁施工時候的錘擊方式。

3.2 樁身承載力分析

根據施工現場具體布置，從中間向四周施打；或從一側向另一側施打。該工程采用從一側向另一側施打施打順序。由于該工程施工須穿越20m 厚的淤泥質土，其施打難度極大，前期試驗樁的技術參數對正式結構樁施工有重要影響。打樁前在樁身上用標尺標記出每m 情況線，方便在打樁時進行記錄。每節樁吊運起來并放入指定位置開始錘擊前都須經過仔細檢查對中，校核無誤后，方可進行。通過測量反復確定樁位準確沒有歪斜，偏位等問題。管樁施工步驟如圖1 所示。

管樁施打至持力層或達到設計要求的貫入度，即可收錘。貫入度值的測量以樁頭完好無損、柴油錘跳動正常為前提。貫入度的測量采用收錘紙進行收錘測驗繪出管樁收錘時的回彈曲線，以測出最后貫入度值及回彈值，以便真實記錄和反映收錘情況。

送樁深度超過2m 且不大于6m 時，打樁機用三點支撐履帶自行式或步履式柴油打樁機；接樁注意連接端板的對中，其構造如圖2 所示。樁帽和樁錘之間應用豎紋硬木或盤圓層疊的鋼絲繩作“錘墊”，其厚度宜取150mm～200mm；施工現場配備樁身垂直度觀測儀器，隨時量測樁身的垂直度。

圖1 柴油錘擊樁施工工藝流程圖

圖2 PHC 管樁接樁示意圖

根據設計值給定，該工程所選管樁的實際施工后的單樁承載力特征值為1200kN。根據這個標準，由公式（1）可以反推單樁豎向極限承載力標準值。

式中：R 為單樁承載力特征值，K 為單樁安全系數。安全系數一般取2；Q 為單樁豎向極限承載力標準值。

引入單樁極限承載力經驗計算法，得到公式。

式中:q 為樁側第i 層土的極限側阻力標準值； pkq 為極限端阻力標準值；u 為樁身周長；l為樁周第i 層土的厚度；A 為樁端面積。

還需要再引入單樁承載力的安全儲備問題，對安全出奔進行驗證計算，如公式（3）所示。

通過對比值系數η 的計算，可以得出錘擊管樁試驗的對比數據，按照10%的分位數進行數理統計，可得每一分位上的頻數分布N，將比值系數和頻數分布結合，得到頻數分布直方圖，便于分析。統計出試樁和正式打樁的3 種不同樁徑的頻數分布情況，如圖3 所示。

分布結果表明，比值系數趨于1.2-1.6 的為主要大多數管樁，這類樁安全儲備相對較高，基本處于I 類樁，其承載能力和質量均符合要求。極少數量樁（大概在6 根左右）其安全儲備值位于0.8 和1.9，這2 類為廢樁，原因可能是在管樁受力過程中產生的偏樁和擠土效應，在現場施工中須注意施打順序和土層研究，對錘擊力的荷載控制要結合頻數分布表來進行經驗總結。

圖3 比值系數頻數分布直方圖

3.3 驗收指標

管樁施打過程中，宜重錘輕擊，保持樁錘、樁帽和樁身的中心線在同一條直線上，并隨時檢查樁身的垂直度。樁錘和樁帽與樁圓周的間隙為5mm～10mm。收錘標準根據試樁最后三陣每陣10 擊貫入度確定，根據現場已做試樁結果，錘擊管樁的收錘標準見表1。

預應力管樁全面施工后，應在以下4 個方面進行全面控制：1）選擇有代表性的位置進行試沉樁，由于現場深厚淤泥大量發育，須在具有代表性的場地土層進行管樁試樁，根據試沉樁結果會同相關各方共同協商后最終確定沉樁的各項技術參數。2）管樁施工時按樁端設計標高及最終貫入度（根據施工藝協商確定）進行雙控。根據詳勘報告意見，以貫入度為主，樁長為輔。采用植樁法工藝時，應以嵌入持力層深度控制為主。3）在群樁沉樁時應合理布置壓樁順序，盡量減少擠土效應。4）沉樁過程中遇孤石時，應逐批進行樁身低應變動力測試，對樁身有損傷的情況，根據其損傷程度決定是否補樁。

表1 錘擊管樁收錘貫入度指標

3.4 機械引孔

現場深厚淤泥地質分布有大量離散的砂層或砂質土層，由于是離散型，地勘報告中無法準確給出其所在范圍及標高位置。因此根據現場打樁情況，從經驗角度出發，認為當砂層超過3m 或間斷分布砂層總厚度達5m 及以上時，結合施工不可貿然錘擊管樁，而應采取機械外力輔助引孔，再進行管樁錘擊施工。

該工程選用方法為螺旋鉆桿干作業施工完成對砂層的鉆進施工，工藝是將砂層全部鉆通，引出所在位置管樁的沉樁點，通過引孔，使得管樁透過砂層，從砂層底開始錘擊。這樣的施工方法將改善管樁施工效率，同時有利于管樁沉樁，不會對周邊土層帶來較大擾動。因為砂層已被鉆透，管樁下沉過程不會遇到砂層的阻礙，不會受其影響而無法向下傳遞荷載。

3.4.1 引孔尺寸確定

現場進行引孔作業，需要明確引孔長度和引孔大小。引孔大小容易確定。鉆進設備可根據砂層所在厚度、地面標高進行選擇，鉆進設備需要有足夠功率帶動砂層攪拌切削，能保證正常鉆出孔，而引孔的深度確定原則為引孔深度穿越砂層，砂層底標高根據區域內砂層最深分布標高確定。施工時可隨鉆隨打，并采取防坍孔措施。

3.4.2 引孔工藝流程

機械引孔根據已探明的砂層區域，進行機械整平、鉆桿校正、鉆桿鉆具試配、安裝等前期工序，然后開始向下鉆進。鉆到砂層底標高，即可停鉆，隨鉆進過程及時開展管樁施打。工藝流程如圖3 所示。

4 結論

該文所述預應力管樁施工過程，在淤泥質土層中效果顯著。總結實際施工，得出下列結論：1）試驗樁先行。在淤泥質土層尤其是深厚淤泥質土層中施工預應力管樁，須在適當區域施打足夠的預應力管樁試驗樁，其目的是確定正式管樁施工時的施工過程參數和技術指標的控制，防止出現由于土層的強剪切效應帶來的偏樁、斷樁的不利情況。2）打樁過程中對施工錘擊的精確控制，不得超打，也不得欠打。須合理以貫入度最后三陣的指標為參考，保證錘擊管樁施工就位，樁身順利到達土層指定位置進行。3）深厚淤泥條件下的管樁施工容易遇到砂層的阻礙而無法順利完成施工，對于砂層的干擾，可采取機械引孔的方式把樁孔鉆投砂層，然后再送樁至砂層以下，進行管樁施工。這個方法高效，在現場實際施工過程中可以明顯提升施工效率。

圖3 機械引孔輔助管樁工藝