浅谈液压打桩锤进行U型混凝土板桩的施工

◎李国庆 欧阳豪 中交四航局第二工程有限公司

1.前言

U型混凝土板桩施工作业受潮水及地质条件影响较大，施工质量难以做到有效的保障，施工难度大成本高。为有效减少U型混凝土板桩施工受环境因素的影响，提高作业效率和质量，降低施工成本。本文通过实践操作采用液压步履式桩架及液压锤进行U型混凝土板桩沉桩施工的工艺进行探索分析。

2.工程概况

本工程处在滨海湾新区长安新区板块东填海区，位于长安镇海域，建设1384m的海堤工程，堤防结构采用陡墙—斜坡式堤，陡墙采用C60混凝土U型混凝土板桩和预应力高强管桩结构结合的整体结构。C60混凝土U型混凝土板桩共1384根采用先张法预制，参数为：截面高度h=450mm，截面宽度D=1020mm，混凝土板壁厚度B=120，根据超前钻地质情况桩长10m～16m。板桩典型截面如图1所示。

图1 板桩典型截面图

3.施工重点难点分析

（1）本项目位于滨海湾新区最靠海侧，与湾区观海驿站相毗邻，日常游客较多，常有接待社会各种大小活动。U型混凝土板桩作为海堤外侧陡墙，对现场施工质量及安全文明施工要求非常高；

（2）根据超前钻地质情况分析，施工区域内淤泥厚度大，并且深浅不一。本项目板桩施工作业面与后方回填土方结合，板桩后方为海堤结构回填砂土。U型混凝土板桩施工需要确保施工垂直度、板桩间咬合以及板桩沉桩的完成性，施工质量控制难度大；

（3）沉桩施工需要保持板桩施工轴线线条顺直，现场U型混凝土板桩截面高度h=450mm，截面宽度D=1020mm，混凝土板壁厚度B=120，根据超前钻地质情况桩长10m～16m，混凝土强度等级为C60，单位长度理论重量为439KG。U型混凝土板桩重量大，地质淤泥层较厚，施工过程中对轴线调整难度高。

4.沉桩方案比选

根据现场实际施工情况以及建设单位的需求，项目部初步制定几种方案进行比选（见表1）。

综合表1中方案对比，项目部确定采用方案三：液压步履式桩架配合液压锤进行沉桩施工。

表1 沉桩方案比选

5.桩机、桩锤选取及改造

5.1 桩机、桩锤选取

为确保本工程板桩垂直度及板桩的咬合，本工程板桩施工采用JB100B型液压步履式桩架以及HHP12型液压打桩锤进行锤击式沉桩，采用桩架进行施工可以利用桩架的整体稳定性有效控制板桩的垂直度，打设过程中不易偏位。

桩锤采用HHP12型液压打桩锤，锤芯质量12t,最大行程1.5m,最大打击能量180KNm，因为《码头结构施工规范》（JTS215-2018）中选锤标准未涉及板桩，因此根据桩周摩阻力折算为PHC管桩进行桩锤选型，本项目U型混凝土板桩截面周长为2.87m，相当于直径0.91m管桩的外周长。根据《码头结构施工规范》（JTS215-2018）附录H选锤标准800～1200的PHC管桩最大锤击能量150KNm的液压锤即可满足施工要求，因此采用HHP12型液压打桩锤可满足本项目施工。

5.2 桩机、桩帽改造

传统圆形桩帽替打进行U型混凝土板桩施工，容易造成板桩顶部破损，且难以控制板桩施工轴线顺直，为U型混凝土板桩的施工质量控制，需要对桩机桩帽进行改造，同时桩架下方设置限位装置对板桩沉桩过程垂直度进行控制。

桩帽替打在原有圆形替打上根据U型混凝土板桩外形尺寸，增加桩机桩帽夹桩导向块及替打座。具体尺寸按图2、图3进行改造。导向块及替打由钢结构厂家生产，以保证导向块及替打的质量。

图2 替打部位导向座1

图3 替打部位导向座2

5.3 导向架设计

为确保施工垂直度，在桩机桩架上焊接下口导向架，导向架采用单桩固定，利用桩架进行板桩自重进行导向。导向架设计如图7所示。

6.沉桩施工方法

6.1 沉桩工艺流程

沉桩工艺流程如图9所示。

图9 沉桩工艺流程

6.2 施工准备工作

根据施工要求进行场地平整、桩位放样。替打部位改造采取厂家加工的形式进行，提前做好替打改造并进行实桩测试。

6.3 测量放线

按施工图纸计算出的板桩轴线位置及起始板桩中心位置坐标。

轴线位置采用钢筋头标识出拐点位置，直线段间距20m放样一根轴线标识，曲线段每根板桩放样一根轴线标识。根据轴线位置，用白灰将板桩内外侧边线及起始边线标出，确保桩位精确。

6.4 吊桩、入帽

取桩时采用桩机左、右侧主钢丝绳，同时缠绕一圈板桩上端，慢慢起吊将板桩转成垂直。起吊过程中采用缆风绳控制板桩左右摇晃幅度并辅助拉入桩机夹具。为了保护阴阳槽口不受钢丝绳压坏，在钢丝绳捆绑部位采用橡胶护套进行保护。

6.5 沉桩施工

6.5.1 对桩位

图4 替打座及垫板

图5 改造效果及夹桩效果图

图6 替打及导向块成品图

图7 下口导向架示意图

图8 下口导向架安装图

桩套入桩帽后，利用缆风绳将桩底部与提前用白灰撒出的内外侧及左右边线重合，垂直度采用两个吊锤于两个正交方向进行监测及经纬仪进行测量。桩帽、桩锤的中心线应在同一线上，当桩就位后，用锤和桩帽的自重将其压一下，重新检测桩位，合乎要求后再施打。

6.5.2 首根板桩施打

合上底部导向架后，即开始进行首根板桩施打，施打过程中继续采用吊锤及经纬仪测量垂直度，发现超出规范允许的偏斜，利用桩机侧移进行桩位纠正，因为本工程上部3m范围为回填砂，因此在砂层施打时，采取低冲程施打，HHP12桩锤施打冲程控制在15cm以内，防止溜桩。

施打过程中，上部捆绑钢丝绳可跟随板桩施打慢慢放松不可脱扣，当打过砂层之后逐步放松，同时桩锤以5cm冲程轻击，防止在淤泥层下沉过快。穿过淤泥层进入3-1粘土层后方可完全脱扣。当打桩接近收锤时，应严格控制液压锤落距（5-10cm），以免打桩能量过大而将桩头打烂或使桩身砼质量受损。

6.5.3 其余板桩施打

板桩为咬合桩，因此需要依槽口方向，顺序施打，其余桩施打时要注意底部阳榫斜口需背向已施打板桩。对好位，并插入第一根板桩槽口后，通过移动桩机进行垂直度控制。桩位、垂直度调整完之后，进行压桩，同时桩机向第一根桩方向略偏，压紧与第一根桩的榫口。

图10 送桩器图

图11 已完成施工的板桩

经过试桩验证，在穿越砂土层时，桩极易侧滑，因此穿越砂层时，全程保持导向架合拢，当穿越完砂层进入淤泥层后，可打开导向架，如穿越砂层时接缝变大，可横移桩机调整。进入淤泥层后，此时由于阳榫斜口作用，板桩会越压越紧，直至粘土层。粘土层施打时同样需控制液压锤落距（5-10cm），以免打桩能量过大而将桩头打烂或使桩身砼质量受损。

6.5.4 二次沉桩及标高控制

当第二根桩沉桩至距离设计标高约80cm时，停止沉桩，转为施打第三根桩，当完成一个节构段约20～30m沉桩后再利用送桩器依次将之前未沉至标高的板桩施打至设计标高。送桩器根据U型混凝土板桩外型尺寸由钢结构厂家进行加工，采用5cm厚钢板加工，长度1米，上端截面与U型混凝土板桩横截面一直，确保桩帽导向板与送桩器匹配；下端与板桩接触截面为满截面为1050mm×450mm，保证与板桩有足够的接触面。采用送桩器进行施工时，送桩器与板桩之间垫塞3cm后橡胶板进行缓冲保护U型混凝土板桩桩头。

6.5.5 弧线段施工

本工程存在两个弧线段，弧线段施工时，按弧线段圆弧逐根画出每根板桩的位置后，现场放出每根板桩的内外侧及左右边线，施打时控制方法同直线段。

7.体会

U型混凝土板桩施工总体轴线顺直，完整性好，板桩外开挖整体效果满足设计及规范要求。现场采用液压步履式桩架及液压锤进行沉桩施工有效控制施工质量，大大提高一次沉桩成功的效率，给后续施工争取宝贵时间。

在进行沉桩施工过程中遇到同样遇到问题及采取的处理措施如表2所示。

表2 沉桩常遇问题的分析及处理

8.结语

水利工程临水陡墙施工，采取混凝土U型混凝土板桩进行围护施工，U型混凝土板桩施工受到临水、地质和设备等原因施工质量控制难度大。本工程通过对采用液压步履式桩架及液压锤配合改造桩帽替打、导向架进行U型混凝土板桩沉桩施工的成功实践证明：采用液压步履式桩架及液压锤配合进行U型混凝土板桩沉桩施工的工艺是一种行之有效的方法，此工艺操作性强、施工效率高、安全性可靠以及对施工质量控制强等特点。在本项目的实践中满足现场特殊施工区域及建设单位的需求，大大提高了施工质量，很好完成施工任务，得到建设单位、监理单位等上级单位的一致认可，可在类似工程作业中继续探索优化。