水泥搅拌桩机引孔沉桩在老护岸加固工程中的应用

2018-08-28刘小平

现代交通技术 2018年3期

刘小平

(江苏省连云港市善后河枢纽船闸管理所，连云港 222004)

水运作为资源节约型的绿色运输方式，具有能耗省、运量大、对环境影响小、成本低等特点，在多式联运中越来越受重视。近二十年来，内河航运事业得到大力发展，原有航道等级逐渐不满足要求，需要对航道进行拓宽、加深整治。但城区段因受拆迁成本的影响，往往不具备自然拓宽条件，这就需要对原有老护岸进行加固，确保航道加深整治稳定。在加固中经常采用预制桩，如何在城区段沉桩施工值得思考。本文结合盐河航道整治工程连云港市灌南城区段施工实例，就水泥搅拌桩机引孔沉桩在航道整治老护岸加固工程中的应用进行分析与探讨。

1 老护岸加固方案

设计方案为在现有浆砌块石老护岸外侧打入300 mm×300 mm方桩，桩长9.0 m，桩中心间距0.7 m；采用整体钢模板插入桩外侧，连同桩一并浇筑C25水下砼(即：将桩包裹在水下砼内)，最后浇筑帽梁及贴面砼。板块划分与老驳岸相同，长度基本以15 m 为主，主要工程量包括C25水下砼 26 m3，C30现浇砼14 m3，9.0 m方桩21根。该方桩主要起抗滑作用，深入持力层2.1m以上(粉质粘土、砂质粉土、夹杂砂、石子等)。

2 引孔沉桩方案的提出

2.1 预制方桩直接沉桩桩机的选择

目前，在预制桩沉桩施工中，落锤、气动桩锤、柴油桩锤、电动振动桩锤、静压桩机和液压振动桩锤等桩基施工机械得到了广泛应用。但是，随着现代城市对环境保护的要求日趋严格，对沉桩噪音、振动、挤土等监控、检测和防护措施的要求提高。柴油锤和电动桩锤由于噪音大、振感强烈，它们在城镇地区的使用受到了越来越严格的限制，不适合盐河航道整治工程灌南城区段预制方桩沉桩施工。与此同时，无环境振动问题的静压沉桩，存在设备笨重且造价高、适用地质条件单一及挤土环境效应等缺陷，因该处预制方桩处于护岸岸边，其陆上沉桩方案，存在老护岸结构无法满足桩机承载力的问题；在水上沉桩施工也因桩机笨重，存在岸边水深不满足船舶吃水要求等问题，故无法采用静压沉桩方案。为解决该段城区老护岸加固预制方桩沉桩施工的环境影响问题，经综合比较，决定采用噪音相对较小、振感相对较弱的高频液压振动沉桩技术(一般安装在挖掘机或吊机上)进行试桩。由于挖掘机施工成本较低，且自身重量轻，移动方便，同时对场地要求低，故与之配合的该高频液压振动沉桩广泛适用于中短预制桩、钢板桩沉桩。

2.2 高频液压振动打桩机沉桩原理

该振动沉桩机由振动器、夹桩器、传动装置和电动机等组成。作业时，将沉桩机安装在挖掘机上，用夹桩器夹住桩顶，进行振动沉桩。振动打桩机施工原理是利用其高频振动，以高加速度振动桩身，将机械产生的垂直振动传给桩体，导致桩周围的土体结构因振动发生变化，强度降低，桩身周围土体液化，减少桩侧与土体的摩擦阻力，然后以挖掘机下压力、振动沉拔锤与桩身自重将桩沉入土中。拔桩时，在一边振动的情况下，以挖机上提力将桩拔起。打桩机械所需要的激振力根据场地土层、土质、含水量及桩的种类、构造等综合确定。

2.3 高频液压振动打桩机沉桩方案

2.3.1 试沉桩施工流程图

图1 试沉桩施工流程

2.3.2 质量安全控制要点

(1) 振动打桩机操作人员必须熟悉该设备构造、性能及操作要领，能够合理选择激振力，熟练、安全地操作机械。

(2) 振动试沉桩前，各工作人员之间应再次互对操作信号，并将其他无关人员清理出现场。

(3) 在吊桩前，务必再次认真对成品桩进行检验并按规定做好记录，合格后方可使用，以防止存在裂缝等质量问题的不合格桩在振动沉桩过程中发生崩塌等安全事故，或振动作用下桩的质量问题加重，影响其受力性能。

(4) 吊桩时应严格遵守安全技术操作规程，经试验吊桩稳固后，方可完全起吊。

(5) 桩吊装完毕后，应调正机械，先使桩尖位置与桩位一致；同时，测量、检查桩身的垂直度，通过移动挖掘机及调整机械臂，使桩身垂直度符合要求，并基本能确保沉桩过程桩身竖直度符合要求。

(6) 试沉桩过程中，在安全距离外观察桩身的垂直度，必要时中途暂停沉桩，检查和调整桩身垂直度，并为下次打桩前挖掘机与机械臂的位置处理提供经验，以尽量确保一次沉桩不停机[1]。

(7) 最后，检查桩顶位置和露出水面的桩身垂直度，为下一根桩的沉桩作业提供经验。

2.4 引孔沉桩方案的提出

试桩时，桩进入持力层后，因持力层土层条件较好(夹杂砂、石)，振动感仍然较大，且因存在4～6 m 淤泥层，振动传递范围也较远。当然，与盐河航道整治城区外的新护岸柴油桩锤沉桩相比，高频液压振动打桩机沉桩噪音减小较为明显，振感也有一定的下降，但由于大部分老护岸离居民房屋较近(普遍10～15 m远)，且居民房屋基础较为薄弱(大部分无桩基础，以低矮房屋居多)，在试沉第三根桩时，遇到周围居民阻工，高频振动沉桩方案难以继续实施。

经调查研究，城市预制桩基静压沉桩穿越砂层类土层施工困难时，常采用引孔的方法来处理[2]。为此，技术人员提出了增加成本的引孔沉桩施工工艺。

3 引孔试沉桩方案比选

3.1 引孔施工机械选择

经市场调查，引孔施工机械主要有旋挖钻机和螺旋钻机，其中，螺旋钻机引孔应用最为常见，但进一步研究发现，旋挖钻机和螺旋钻机并不适合盐河航道整治工程灌南城区段预制方桩沉桩施工：一是两者均采用桩位原位钻孔取土来减少沉桩阻力，存在取土效应，对抗滑桩的受力造成一定程度的影响；二是两机械均较为笨重，自身重量较大，难以在岸边陆上及水上施工；三是由于此处预制方桩截面较小，难以找到比其更小的钻头；四是两预钻孔机作业成本较高。因此，提出了使用水泥搅拌桩机进行预钻孔，然后再用轻型锤击桩机进行试沉桩的方案。