◎李國(guó)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(yè)受潮水及地質(zhì)條件影響較大，施工質(zhì)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(huán)境因素的影響，提高作業(yè)效率和質(zhì)量，降低施工成本。本文通過實(shí)踐操作采用液壓步履式樁架及液壓錘進(jìn)行U型混凝土板樁沉樁施工的工藝進(jìn)行探索分析。

2.工程概況

本工程處在濱海灣新區(qū)長(zhǎng)安新區(qū)板塊東填海區(qū)，位于長(zhǎng)安鎮(zhèn)海域，建設(shè)1384m的海堤工程，堤防結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力高強(qiáng)管樁結(jié)構(gòu)結(jié)合的整體結(jié)構(gòu)。C60混凝土U型混凝土板樁共1384根采用先張法預(yù)制，參數(shù)為：截面高度h=450mm，截面寬度D=1020mm，混凝土板壁厚度B=120，根據(jù)超前鉆地質(zhì)情況樁長(zhǎng)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(diǎn)難點(diǎn)分析

（1）本項(xiàng)目位于濱海灣新區(qū)最靠海側(cè)，與灣區(qū)觀海驛站相毗鄰，日常游客較多，常有接待社會(huì)各種大小活動(dòng)。U型混凝土板樁作為海堤外側(cè)陡墻，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量及安全文明施工要求非常高；

（2）根據(jù)超前鉆地質(zhì)情況分析，施工區(qū)域內(nèi)淤泥厚度大，并且深淺不一。本項(xiàng)目板樁施工作業(yè)面與后方回填土方結(jié)合，板樁后方為海堤結(jié)構(gòu)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(zhì)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(xiàn)場(chǎng)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(jù)超前鉆地質(zhì)情況樁長(zhǎng)10m～16m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，單位長(zhǎng)度理論重量為439KG。U型混凝土板樁重量大，地質(zhì)淤泥層較厚，施工過程中對(duì)軸線調(diào)整難度高。

4.沉樁方案比選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況以及建設(shè)單位的需求，項(xiàng)目部初步制定幾種方案進(jìn)行比選（見表1）。

綜合表1中方案對(duì)比，項(xiàng)目部確定采用方案三：液壓步履式樁架配合液壓錘進(jìn)行沉樁施工。

表1 沉樁方案比選

5.樁機(jī)、樁錘選取及改造

5.1 樁機(jī)、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(jìn)行錘擊式沉樁，采用樁架進(jìn)行施工可以利用樁架的整體穩(wěn)定性有效控制板樁的垂直度，打設(shè)過程中不易偏位。

樁錘采用HHP12型液壓打樁錘，錘芯質(zhì)量12t,最大行程1.5m,最大打擊能量180KNm，因?yàn)椤洞a頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》（JTS215-2018）中選錘標(biāo)準(zhǔn)未涉及板樁，因此根據(jù)樁周摩阻力折算為PHC管樁進(jìn)行樁錘選型，本項(xiàng)目U型混凝土板樁截面周長(zhǎng)為2.87m，相當(dāng)于直徑0.91m管樁的外周長(zhǎng)。根據(jù)《碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范》（JTS215-2018）附錄H選錘標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目施工。

5.2 樁機(jī)、樁帽改造

傳統(tǒng)圓形樁帽替打進(jìn)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(zhì)量控制，需要對(duì)樁機(jī)樁帽進(jìn)行改造，同時(shí)樁架下方設(shè)置限位裝置對(duì)板樁沉樁過程垂直度進(jìn)行控制。

樁帽替打在原有圓形替打上根據(jù)U型混凝土板樁外形尺寸，增加樁機(jī)樁帽夾樁導(dǎo)向塊及替打座。具體尺寸按圖2、圖3進(jìn)行改造。導(dǎo)向塊及替打由鋼結(jié)構(gòu)廠家生產(chǎn)，以保證導(dǎo)向塊及替打的質(zhì)量。

圖2 替打部位導(dǎo)向座1

圖3 替打部位導(dǎo)向座2

5.3 導(dǎo)向架設(shè)計(jì)

為確保施工垂直度，在樁機(jī)樁架上焊接下口導(dǎo)向架，導(dǎo)向架采用單樁固定，利用樁架進(jìn)行板樁自重進(jìn)行導(dǎo)向。導(dǎo)向架設(shè)計(jì)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(zhǔn)備工作

根據(jù)施工要求進(jìn)行場(chǎng)地平整、樁位放樣。替打部位改造采取廠家加工的形式進(jìn)行，提前做好替打改造并進(jìn)行實(shí)樁測(cè)試。

6.3 測(cè)量放線

按施工圖紙計(jì)算出的板樁軸線位置及起始板樁中心位置坐標(biāo)。

軸線位置采用鋼筋頭標(biāo)識(shí)出拐點(diǎn)位置，直線段間距20m放樣一根軸線標(biāo)識(shí)，曲線段每根板樁放樣一根軸線標(biāo)識(shí)。根據(jù)軸線位置，用白灰將板樁內(nèi)外側(cè)邊線及起始邊線標(biāo)出，確保樁位精確。

6.4 吊樁、入帽

取樁時(shí)采用樁機(jī)左、右側(cè)主鋼絲繩，同時(shí)纏繞一圈板樁上端，慢慢起吊將板樁轉(zhuǎn)成垂直。起吊過程中采用纜風(fēng)繩控制板樁左右搖晃幅度并輔助拉入樁機(jī)夾具。為了保護(hù)陰陽槽口不受鋼絲繩壓壞，在鋼絲繩捆綁部位采用橡膠護(hù)套進(jìn)行保護(hù)。

6.5 沉樁施工

6.5.1 對(duì)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(dǎo)向塊成品圖

圖7 下口導(dǎo)向架示意圖

圖8 下口導(dǎo)向架安裝圖

樁套入樁帽后，利用纜風(fēng)繩將樁底部與提前用白灰撒出的內(nèi)外側(cè)及左右邊線重合，垂直度采用兩個(gè)吊錘于兩個(gè)正交方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)及經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量。樁帽、樁錘的中心線應(yīng)在同一線上，當(dāng)樁就位后，用錘和樁帽的自重將其壓一下，重新檢測(cè)樁位，合乎要求后再施打。

6.5.2 首根板樁施打

合上底部導(dǎo)向架后，即開始進(jìn)行首根板樁施打，施打過程中繼續(xù)采用吊錘及經(jīng)緯儀測(cè)量垂直度，發(fā)現(xiàn)超出規(guī)范允許的偏斜，利用樁機(jī)側(cè)移進(jìn)行樁位糾正，因?yàn)楸竟こ躺喜?m范圍為回填砂，因此在砂層施打時(shí)，采取低沖程施打，HHP12樁錘施打沖程控制在15cm以內(nèi)，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(dāng)打過砂層之后逐步放松，同時(shí)樁錘以5cm沖程輕擊，防止在淤泥層下沉過快。穿過淤泥層進(jìn)入3-1粘土層后方可完全脫扣。當(dāng)打樁接近收錘時(shí)，應(yīng)嚴(yán)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(zhì)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(shí)要注意底部陽榫斜口需背向已施打板樁。對(duì)好位，并插入第一根板樁槽口后，通過移動(dòng)樁機(jī)進(jìn)行垂直度控制。樁位、垂直度調(diào)整完之后，進(jìn)行壓樁，同時(shí)樁機(jī)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(jīng)過試樁驗(yàn)證，在穿越砂土層時(shí)，樁極易側(cè)滑，因此穿越砂層時(shí)，全程保持導(dǎo)向架合攏，當(dāng)穿越完砂層進(jìn)入淤泥層后，可打開導(dǎo)向架，如穿越砂層時(shí)接縫變大，可橫移樁機(jī)調(diào)整。進(jìn)入淤泥層后，此時(shí)由于陽榫斜口作用，板樁會(huì)越壓越緊，直至粘土層。粘土層施打時(shí)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(zhì)量受損。

6.5.4 二次沉樁及標(biāo)高控制

當(dāng)?shù)诙鶚冻翗吨辆嚯x設(shè)計(jì)標(biāo)高約80cm時(shí)，停止沉樁，轉(zhuǎn)為施打第三根樁，當(dāng)完成一個(gè)節(jié)構(gòu)段約20～30m沉樁后再利用送樁器依次將之前未沉至標(biāo)高的板樁施打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。送樁器根據(jù)U型混凝土板樁外型尺寸由鋼結(jié)構(gòu)廠家進(jìn)行加工，采用5cm厚鋼板加工，長(zhǎng)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(dǎo)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(jìn)行施工時(shí)，送樁器與板樁之間墊塞3cm后橡膠板進(jìn)行緩沖保護(hù)U型混凝土板樁樁頭。

6.5.5 弧線段施工

本工程存在兩個(gè)弧線段，弧線段施工時(shí)，按弧線段圓弧逐根畫出每根板樁的位置后，現(xiàn)場(chǎng)放出每根板樁的內(nèi)外側(cè)及左右邊線，施打時(shí)控制方法同直線段。

7.體會(huì)

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(shè)計(jì)及規(guī)范要求。現(xiàn)場(chǎng)采用液壓步履式樁架及液壓錘進(jìn)行沉樁施工有效控制施工質(zhì)量，大大提高一次沉樁成功的效率，給后續(xù)施工爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。

在進(jìn)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(jié)語

水利工程臨水陡墻施工，采取混凝土U型混凝土板樁進(jìn)行圍護(hù)施工，U型混凝土板樁施工受到臨水、地質(zhì)和設(shè)備等原因施工質(zhì)量控制難度大。本工程通過對(duì)采用液壓步履式樁架及液壓錘配合改造樁帽替打、導(dǎo)向架進(jìn)行U型混凝土板樁沉樁施工的成功實(shí)踐證明：采用液壓步履式樁架及液壓錘配合進(jìn)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(qiáng)、施工效率高、安全性可靠以及對(duì)施工質(zhì)量控制強(qiáng)等特點(diǎn)。在本項(xiàng)目的實(shí)踐中滿足現(xiàn)場(chǎng)特殊施工區(qū)域及建設(shè)單位的需求，大大提高了施工質(zhì)量，很好完成施工任務(wù)，得到建設(shè)單位、監(jiān)理單位等上級(jí)單位的一致認(rèn)可，可在類似工程作業(yè)中繼續(xù)探索優(yōu)化。