預(yù)制樁在巖石地基中的應(yīng)用

預(yù)制樁在巖石地基中的應(yīng)用顧列平【摘要】Itiscommontousepunchingcast-in-placepileordrillingonetoembedintorockunderthegeologiccircumstancesthatsiltstratificationisthickandsupportingcourseisrockfoundation.However,safetyissuesincludingcaveinandcollapseariseintheprocessofconstruction.Therefore,breakingthroughthebottleneckthattheprecastpilecannotcrosstheboulderandstonefalltorealizerockembedmentisanissuetoneedingstudyintheengineering.Combiningtheengineeringdesignandactualconstruction,weadoptdifferenttypesofpilesandpileshoesandrealizetheembedmentoftheprecastpileintherockfoundation.%在淤泥層較厚持力層為巖石地基的地質(zhì)條件下，常采用沖、鉆孔灌注樁嵌巖，但在施工過程中塌方塌孔嚴(yán)重、安全性差，如何突破預(yù)制樁本身具有無法穿過孤石和滾石的特性，實(shí)現(xiàn)嵌巖是工程中需要研究的問題結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)與施工根據(jù)工程地質(zhì)和荷載情況，通過采用不同的樁體及樁靴形式，成功實(shí)現(xiàn)預(yù)制樁在巖石地基中嵌巖的目標(biāo).【期刊名稱】《水運(yùn)工程》【年(卷)，期】2017(000)001【總頁數(shù)】6頁(P152-157)【關(guān)鍵詞】預(yù)制樁;巖石地基;嵌巖【作者】顧列平【作者單位】中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海200063【正文語種】中文【中圖分類】U655.55+1福建馬尾地區(qū)淤泥層較厚，下臥土層由于承載力不夠或下臥層厚度不能滿足規(guī)范要求，常需選用巖石層作持力層。為了滿足嵌巖要求，設(shè)計(jì)人員常常選用沖、鉆孔灌注樁［1-2］，但這種樁型在淤泥層厚的地區(qū)施工過程中塌方塌孔嚴(yán)重，沉樁進(jìn)度緩慢、安全性差，給施工造成極大困難，同時(shí)樁基費(fèi)用亦相應(yīng)增加。工程實(shí)踐證明：沖、鉆孔灌注樁在這樣的地質(zhì)條件下不是最佳選擇。如何突破預(yù)制樁本身具有無法穿過孤石和滾石的特性，實(shí)現(xiàn)嵌巖是工程中需要研究的問題。設(shè)計(jì)根據(jù)本工程受力特點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)情況，通過對(duì)船臺(tái)水上滑道、船臺(tái)和起重機(jī)軌道采用不同樁型和不同形式的鋼樁靴預(yù)制樁方案，成功實(shí)現(xiàn)預(yù)制樁在巖石地基中嵌巖或穿入風(fēng)化巖一定深度的目標(biāo)。本工程預(yù)制樁在巖石地基中的成功應(yīng)用，對(duì)覆土較薄或淤泥層較厚、持力層為巖基的地區(qū)提供了有益的借鑒。福建馬尾造船廠造船部分技術(shù)改造工程由船臺(tái)工程［3］、200t龍門起重機(jī)軌道工程與60t門座起重機(jī)軌道工程、碼頭工程和總組平臺(tái)等組成（圖1）。船臺(tái)長(zhǎng)200m，寬35m，滑道總長(zhǎng)239m，其中伸入閩江45m段稱水上滑道段，滑道中心距7.5m，船臺(tái)滑道總長(zhǎng)245m，坡度1:20。船臺(tái)南北兩側(cè)設(shè)置200t龍門起重機(jī)軌道（軌道間距65m），北側(cè)設(shè)置60t門座起重機(jī)軌道（軌道間距10m），軌道總長(zhǎng)293m，其中在船臺(tái)北側(cè)有長(zhǎng)30m的起重機(jī)軌道伸入閩江，該段稱起重機(jī)軌道水上段，由200t龍門起重機(jī)軌道1根和60t門座起重機(jī)軌道2根共同組成一平臺(tái)。地質(zhì)勘察報(bào)告揭示：地層自上而下有雜填土層、淤泥層、殘積亞黏土混砂層，強(qiáng)風(fēng)化晶屑凝灰熔巖層、中風(fēng)化晶屑凝灰熔巖層、微風(fēng)化晶屑凝灰熔巖層，土質(zhì)情況如下。雜填土層：以黏性土及淤泥質(zhì)土為主，上部較干燥，下部很濕，稍密，土質(zhì)較軟，厚度從1.3~6.5m。淤泥層：為高壓縮性土層，厚度變化較大，除各別孔缺失外，厚度0.65~30.90m。殘積亞黏土混砂層：厚度變化大，分布不均，且下臥有淤泥質(zhì)土，淤泥質(zhì)土為軟弱層，除6個(gè)孔缺失外均有分布，但厚度變化較大，為0.25~7.50m，且軟硬不均。以上各層均不宜作本工程基礎(chǔ)持力層。強(qiáng)風(fēng)化晶屑凝灰熔巖層：除2個(gè)孔缺失外均有分布，厚度變化較大，為0.15~10.10m，且其巖面坡度大，有風(fēng)化不均現(xiàn)象，不宜選作樁端持力層。中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層：強(qiáng)度高，承載力大，只要樁端嵌入一定深度即可保證樁的穩(wěn)定性，故以中風(fēng)化巖和微風(fēng)化巖作樁端持力層最為理想。地質(zhì)勘察報(bào)告寫明：因預(yù)制樁無法穿過孤石和滾石且無法嵌巖，而沉管樁無法嵌巖，也無法沉入40m深以下，故可排除預(yù)制樁和沉管樁。建議選用沖、鉆孔灌注樁，它可穿透孤石（滾石），也可嵌巖，是該工程樁基較合適的樁型。從地質(zhì)勘察報(bào)告可知，本工程位置地質(zhì)復(fù)雜，淤泥層厚度大，平均厚度大于25m,而殘積亞黏土混砂層太薄不能作為持力層，只能選擇巖石層作持力層。地質(zhì)勘察報(bào)告明確建議選用沖、鉆孔灌注樁，以便于樁穿透孤石（滾石），同時(shí)可嵌巖，但工廠在其他工程中曾采用過沖、鉆孔灌注樁，由于場(chǎng)區(qū)淤泥層太厚，施工過程中塌方塌孔嚴(yán)重，施工難度極大，造成樁基費(fèi)用亦相應(yīng)增加，沉樁進(jìn)度緩慢，安全性差，工廠的工程實(shí)踐證明沖、鉆孔灌注樁在這樣的地質(zhì)條件下不是最佳選擇。工程場(chǎng)地的持力層巖面起伏坡度大，甚至出現(xiàn)懸崖狀地形變化，同時(shí)巖層厚度變化亦很大，且多處出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)化巖層中夾中風(fēng)化巖層。如此復(fù)雜的地形，打樁對(duì)樁長(zhǎng)及進(jìn)入持力層深度極難控制。在這樣的地質(zhì)條件下，如何在巖石地基中突破預(yù)制樁本身具有無法穿過孤石和滾石的特性，實(shí)現(xiàn)嵌巖，如何控制沉樁和持力層深度，是本工程設(shè)計(jì)需要研究解決的問題。4.1設(shè)計(jì)樁型選擇設(shè)計(jì)根據(jù)工程受力特點(diǎn)，結(jié)合地質(zhì)情況，分別對(duì)船臺(tái)水上滑道、船臺(tái)和起重機(jī)軌道采用不同樁型、不同形式的鋼樁靴預(yù)制樁方案。船臺(tái)水上滑道（圖2）伸入閩江約45m，滑道處于主航道一側(cè)，為防止工程建成后造成航道淤積，設(shè)計(jì)選用透水性強(qiáng)的樁基方案，沿滑道軸線單根設(shè)置。從圖中可以看出該區(qū)域持力層上部覆蓋層較薄，滑道至覆土層表面自由長(zhǎng)度大（最大自由長(zhǎng)度達(dá)7m，見圖2b）最左端第1根樁），為確保樁身穩(wěn)定，樁必須進(jìn)入中風(fēng)化巖一定深度，實(shí)現(xiàn)嵌巖。設(shè)計(jì)采用2種保證措施：一是防止在打樁過程中會(huì)有部分樁無法打入中風(fēng)化巖，設(shè)計(jì)選用中1000mmPHC空心管樁，空心部分內(nèi)徑中740mm，一旦樁沒有進(jìn)入預(yù)期深度，可利用空心部分，以鉆機(jī)在樁空心部位鉆巖至中風(fēng)化巖面，實(shí)現(xiàn)嵌巖；二是增加打樁過程中樁的自身穿透性，設(shè)計(jì)采用帶鋼管樁鋼樁靴方案，鋼樁靴長(zhǎng)度2m,以期樁尖順利進(jìn)入中風(fēng)化巖2m,鋼管樁內(nèi)徑中740mm與PHC樁空心部分一致，當(dāng)樁沒有進(jìn)入預(yù)期深度，以鉆機(jī)在樁空心部位鉆巖至中風(fēng)化巖面下2m，下鋼筋籠，灌注混凝土，確保實(shí)現(xiàn)嵌巖。起重機(jī)軌道（水上段）（圖3）伸入閩江30m，同時(shí)起靠船作用。樁基采用直樁與叉樁共同作用，選擇600mmx600mm鋼筋混凝土預(yù)制方樁，因?yàn)橐惺芩搅?，樁基必須嵌入中風(fēng)化巖一定深度，以保證其穩(wěn)定，故鋼樁靴選用H型鋼樁尖，以增加其穿透力。船臺(tái)、起重機(jī)軌道（陸上段）（圖4）荷載大，受力特點(diǎn)為垂直向受力，持力層埋深較深。故選擇600mmx600mm鋼筋混凝土預(yù)制方樁，為便于穿透復(fù)雜夾層，樁靴采用四周包角鋼形式，以增加其穿透能力。4.2設(shè)計(jì)對(duì)沉樁控制要求因巖面起伏變化大，無法以樁尖高程控制沉樁，故設(shè)計(jì)要求沉樁以貫入度控制。鋼管樁鋼樁靴和H型鋼樁靴要求貫入度不大于30mm每10擊；四周包角鋼鋼樁靴要求貫入度不大于35mm每10擊。沉樁過程需控制好樁身垂直度，為避免打樁過程中的傾斜，要求盡量不使用送樁器。為驗(yàn)證沉樁設(shè)備性能、樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、貫入度的控制要求與地質(zhì)情況是否相適應(yīng)，沉樁前需進(jìn)行沉樁試驗(yàn)。由于地質(zhì)復(fù)雜，為保證沉樁效果、檢測(cè)樁身質(zhì)量，在沉樁過程中選擇重要部位和代表樁型進(jìn)行物探和動(dòng)測(cè)檢測(cè)，為判斷沉樁是否滿足設(shè)計(jì)要求提供依據(jù)。在沉樁過程中根據(jù)物探［4］和動(dòng)測(cè)數(shù)據(jù)［5］結(jié)合地質(zhì)報(bào)告對(duì)比，對(duì)沉樁過程包括停錘貫入度和貫入度控制、樁尖進(jìn)入持力層的位置及深度進(jìn)行分析，綜合確定采用不同鋼樁靴的預(yù)制樁是否滿足設(shè)計(jì)要求。5.1沉樁數(shù)據(jù)3種鋼樁靴樁尖進(jìn)入基巖沉樁控制數(shù)據(jù)見表1。表中僅抽取與圖2~4中對(duì)應(yīng)的部分樁的沉樁數(shù)據(jù)。表中樁編號(hào)從C1~E10為鋼管樁鋼樁靴，H1~H5為H型鋼樁靴，H18~H22為包角鋼鋼樁靴；其中編號(hào)為C8、C10、E9、H3、H5、H18的樁進(jìn)行了PDA高應(yīng)變檢測(cè)。5.2沉樁控制和效果分析5.2.1鋼管樁鋼樁靴本工程應(yīng)用在船臺(tái)水上滑道處，共20根PHC樁，沉樁采用KB-60柴油錘。在打樁過程中，按貫入度控制有部分樁未進(jìn)入中風(fēng)化巖，施工按照設(shè)計(jì)要求，以鉆機(jī)在樁空心部位鉆巖，下鋼筋籠，灌注C30混凝土，利用PHC樁空心部位實(shí)現(xiàn)嵌巖目的。根據(jù)實(shí)際沉樁情況結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告資料對(duì)比分析，采用鋼管樁鋼樁靴的預(yù)制樁有11根樁占總數(shù)的55%進(jìn)入地質(zhì)剖面揭示的中風(fēng)化巖，有3個(gè)樁占總數(shù)的15%進(jìn)入中風(fēng)化巖夾層，有6根樁占總數(shù)的30%進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖深度很深或接近中風(fēng)化巖面，滿足承載力和嵌巖要求，達(dá)到預(yù)期效果（圖2）。5.2.2H型鋼樁靴本工程應(yīng)用在起重機(jī)軌道水上段，共35根600mmx600mm預(yù)應(yīng)力混凝土方樁，沉樁采用KB-60柴油錘。根據(jù)實(shí)際沉樁樁尖位置結(jié)合物探資料對(duì)比，除1根樁樁尖未進(jìn)入風(fēng)化巖，其余樁均進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖底或中風(fēng)化巖面，造成此樁樁尖僅進(jìn)入殘積土層可能是巖面起伏較大，局部巖面抬高未顯示出來，分析認(rèn)為采用H型鋼樁靴的預(yù)制樁在巖石地基中滿足了承載力和嵌巖要求，達(dá)到預(yù)期效果（圖3）。圖3中僅繪出荷載最大的200t龍門起重機(jī)軌道下樁基。5.2.3四周包角鋼鋼樁靴本工程應(yīng)用在船臺(tái)、起重機(jī)軌道陸上段，共364根600mmx600mm預(yù)應(yīng)力混凝土方樁，沉樁采用HD-1型步履式打樁機(jī)，DM-62柴油錘。根據(jù)實(shí)際沉樁樁尖位置結(jié)合物探資料對(duì)比，樁基均進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖，達(dá)到預(yù)期效果（圖4）。圖4中僅繪出荷載最大的200t龍門起重機(jī)軌道下樁尖位置與物探資料對(duì)比情況。5.2.4沉樁效果對(duì)比鋼管樁鋼樁靴、H型鋼樁靴、四周包角鋼鋼樁靴，從地質(zhì)勘察報(bào)告和物探資料來看，樁尖絕大部分均進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖底或中風(fēng)化巖面，其中鋼管樁鋼樁靴穿透力最強(qiáng)，有約70%的樁進(jìn)入地質(zhì)剖面揭示的中風(fēng)化巖或進(jìn)入中風(fēng)化巖夾層，滿足工程嵌巖需要，保證樁身穩(wěn)定。如果經(jīng)濟(jì)條件許可建議采用鋼管樁鋼樁靴，一旦樁未進(jìn)入預(yù)期深度，可利用空心部分，以鉆機(jī)在樁空心部位鉆巖至中風(fēng)化巖面，確保實(shí)現(xiàn)嵌巖。包角鋼鋼樁靴樁尖大部分進(jìn)入晶屑凝灰熔巖一定深度，但較H型鋼樁尖進(jìn)入深度稍差，這2種鋼樁靴形式建議應(yīng)用在覆土較厚垂直向受力的工程中，可節(jié)省樁基成本。5.3樁身動(dòng)測(cè)分析5.3.1測(cè)試方法和目的采用PDA動(dòng)測(cè)方法，測(cè)定單樁極限承載力及打樁過程中樁身完整性。5.3.2抽樣數(shù)據(jù)船臺(tái)水上滑道段（鋼管樁鋼樁靴），預(yù)制PHC樁共20根，對(duì)其中的C8、C10、E9樁進(jìn)行PDA高應(yīng)變檢測(cè)，除C10樁因清感器安裝位置處局部混凝土松動(dòng)導(dǎo)致檢測(cè)數(shù)據(jù)有誤外，另2根樁檢測(cè)數(shù)據(jù)有效，占總數(shù)的10%。龍門起重機(jī)軌道水上段（H型鋼樁靴），預(yù)制方樁35根，其中PDA高應(yīng)變檢測(cè)樁4根，占總數(shù)的11.4%。船臺(tái)、龍門起重機(jī)軌道陸上段（四周包角鋼鋼樁靴），預(yù)制方樁共364根；其中PDA高應(yīng)變檢測(cè)樁22根，占總數(shù)的6.0%。5.3.3單樁極限承載力和樁身質(zhì)量認(rèn)定按規(guī)范規(guī)定，動(dòng)測(cè)樁檢測(cè)數(shù)量不小于總樁數(shù)的5%且不少于5根，目前各區(qū)域、各種樁尖類型抽檢數(shù)均大于規(guī)范要求，動(dòng)測(cè)結(jié)果除1根樁因清感器安裝位置處局部混凝土松動(dòng)，造成數(shù)據(jù)有誤外，其余各樁承載能力均滿足設(shè)計(jì)要求，且樁身質(zhì)量完好。1）沉樁經(jīng)物探、動(dòng)測(cè)檢測(cè)與地質(zhì)報(bào)告對(duì)比分析，帶鋼樁靴的預(yù)制樁在巖石地基中滿足了嵌巖要求，達(dá)到預(yù)期效果，證明鋼樁靴的設(shè)計(jì)是成功的。2）從動(dòng)測(cè)報(bào)告反映樁身質(zhì)量完好，承載力滿足設(shè)計(jì)要求，證明沉樁以貫入度控制是合適的，且貫入度的控制量較適中，既滿足設(shè)計(jì)要求，又避免了因過分錘擊造成樁身損壞。3）帶鋼樁靴的預(yù)制樁與沖、鉆孔灌注樁相比，施工簡(jiǎn)便速度快，樁身質(zhì)量易保證，且整個(gè)施工場(chǎng)地較干凈，成功地避免了沖、鉆孔灌注樁在較厚的淤泥質(zhì)土層中施工時(shí)的塌方塌孔問題，施工安全性強(qiáng)，雖然增加了物探和動(dòng)測(cè)檢測(cè)，在經(jīng)濟(jì)上該樁較沖鉆孔樁仍節(jié)約費(fèi)用約10%。4）本工程預(yù)制樁在巖石地基中的成功應(yīng)用，為在覆土較薄或淤泥層較厚、持力層為巖基的地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)提供了借鑒?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.JTS1