精细化设计施工在堆场桩基工程中的实践

2021-08-25侯建飞

港工技术 2021年4期

侯建飞，庞然

（1.天津津港建设有限公司，天津 300222；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

引言

天津港新建的大型自动化集装箱码头，堆场内采用双悬臂ARMG 进行堆取箱作业。ARMG 对轨道平整度、顺直度要求很高，轨道基础的沉降差标准需控制在0.1 %以内；因堆场堆箱层数较高（6层）及自动化装卸定位精度的需要，箱角梁允许的沉降量也非常小。设计阶段经过详细计算分析，拟定在轨道梁及箱角梁下均采用桩基础，且顶标高保持一致，才能满足使用要求。

本工程规模大、工期紧，堆场区的桩基超过1万根，桩基的施工成为制约项目施工工期、保证施工质量的关键环节。施工前期通过试验施工对桩型、桩径等进行了详细的调研、分析、论证，并针对以往预制桩施工中存在的桩长控制不精细的问题，采用动态设计和信息化施工模式，施工过程中分成若干施工小区对桩长逐区进行分析、论证，精准控制打设深度及截桩长度，降低了桩基造价，实现了桩基工程的精细化设计施工，取得了良好的效益。

1 试验施工确定桩型、桩径

场地地勘资料显示，场地表层为较厚杂填土，杂填土厚度一般为2.20 m～7.00 m，呈杂色，松散状态，成分复杂，主要由原临时堆场结构层、砖块、大块混凝土碎石、粉煤灰渣及废土组成。杂填土以下为淤泥质粘土、粘土、粉质粘土及粉土等土层。桩基持力层可以考虑⑨1粘土层或⑨2粉土层，预估桩底标高在-25～-35 m 之间。

轨道梁及箱角梁下的桩基础可以采用PHC 桩或者灌注桩。从成桩难度来看，由于杂填土的存在，采用钻孔灌注桩成桩更有保证。考虑到 PHC 桩具有工程造价低、成桩速度快、质量易控制，不受地下水影响，不存在泥浆排放带来的场地污染问题等诸多优点，采用PHC 桩更适合本工程在工期、造价及环保方面的要求。但本工程地质条件复杂，PHC 桩打穿堆场结构层、大块混凝土具有一定难度。

为检验PHC 桩成桩可行性，本工程于2019 年12 月组织了PHC 桩的试验施工，试桩3 根。试验施工采用含障碍物等硬土层穿透性强、抗弯、抗剪及抗扭强度高、符合复杂工况下受力要求PHC 800 AB 130 桩型。

桩长30 m 和32 m，分为三节打设，打桩机配备D100 柴油锤。打桩过程中，表层遇到较大混凝土块，打桩遇到一定困难，采用挖掘机挖除后，后续打桩较为顺利，3根桩沉桩时间分别为137分钟、122 分钟、140 分钟，均顺利打至预定底标高。

图1 现场大块混凝土

经过试桩检验，PHC 桩在未采用桩尖、引孔等辅助措施的情况下，能够较顺利穿透杂填土层，证明本工程场地采用PHC 桩完全可行，相较于灌注桩，造价更低、施工效率更高，且环保无污染。本工程轨道梁及箱角梁下的桩基础拟采用高强预应力管桩（PHC 桩）。

2 精细化设计施工优化桩长

2.1 桩基长度控制原则

本工程设计要求单桩竖向极限承载力为3 800 kN。工程前期3 根非工程桩试验施工打设底标高分别是-25 m，-25 m，-27 m。经静载试验检测，3 根非工程桩极限承载力分别为2 280kN、3 420kN及3 800kN。试验结果显示，相同桩长情况下，不同平面位置桩基的竖向承载力差异很大；达到相同承载力的情况下，短桩与长桩的差值可达到8～10 m。且桩底标高至少应低于-27 m 并且进入粉土持力层才有可能达到3 800 kN 单桩承载力。

本工程场地条件较复杂，桩基持力层标高分布差异很大。图2 为堆场桩基持力层分布范围及顶板标高等值线图。

图2 桩基持力层分布范围和顶板标高等值线

图中可以看出场地西北侧持力层深度较深，预估在-30～-35 m，其他区域在-27～-30 m 之间，本工程设计桩长预估在30～40 m 之间，需要分区控制桩长。

本工程地质条件复杂，设计桩长差异较大且施工难以控制，尤其是各区域过渡区域桩长更难控制。如何最经济合理的控制各区域1 万根桩的桩长，是摆在参建各方面前的一道难题。

经过多次专题分析讨论，本工程堆场桩基按照精细化控制的目标，通过动态设计和信息化施工的手段控制桩长，对桩长逐区进行优化。将设计拟定的桩长分区，并与总体施工分区相结合，划分为多个桩基打设小区，每个小区先在周边按照初定的停锤标准打设，再根据典型桩的结果，专题分析后续本小区其他桩基的打设深度，确定是否调整停锤标准及桩长优化的可能性，按照“划分小区→每小区典型桩施工→对比地勘资料+高应变检测验证→参建方每小区专题分析→调整桩长”的动态设计和信息化施工模式进行桩基施工。

2.2 动态设计和信息化施工优化桩长过程

根据试验施工结果并结合初勘资料，按照贯入度与底标高双控的原则，初步确定桩基打设停锤标准：“打设底标高不高于-27 m(预估-27～-35 m)，最后3 阵平均贯入度不大于5 mm/击，当已达到控制贯入度而桩端未达到-27 m 标高时，应继续锤击两阵，每阵100 mm 或30～50 击，贯入度平均值不大于3 mm/击。”

根据2020 年1 月提供的的最新详勘报告，结合前期试桩情况对重箱堆场区桩基打设长度进行了详细分区，不同分区桩长分别按照33 m～39 m 控制。

桩基正式施工后，按照第一次桩长分区方案，先在持力层较深的区域进行5 根工程桩的典型施工，为保证达到设计承载力，5 根工程桩均按照贯入度控制停锤标准，最后 30 击贯入度均小于100 mm。5 根桩最终打设长度为34.1 m，34 m，35.3 m，35.2 m，33.9 m。经静载试验检测，5 根桩单桩极限承载力均大于3800 kN。典型施工时发现：桩长及桩底标高较难控制，距离不超过10 m 的两根桩，达到相同贯入度时，桩底标高相差达1.4 m，在不同桩长设计分区衔接过渡处的桩基长度也很难把握，按照原定设计分区进行桩基打设很难实施，每个施工分区内及施工分区边界处需要多次桩基试打，才能确定最合理桩长，对施工效率影响很大。根据以上情况，参建各方对5 根工程桩的典型施工情况，及时进行了总结，经充分研究分析，将桩长初步合并调整为34 m 及37 m（局部）两种桩长。

每个在地质I、II 区的打桩分区桩基先按照34 m 少量配桩及打桩，根据桩基出露长度及高应变结果进行专题讨论，确定后续打桩分区的大量桩基桩长是否可以再优化，按照以上步骤，逐区进行试打，发现B1 区、A1 区、B2～B5 区均可以进行桩长优化，经对比地勘资料并高应变检测验证后，确定B1 区桩长由34m 优化为32m，A1 区也有约60根桩桩长可以优化2m，B2～B5 区桩长可由34 m 优化为33 m。优化桩长的桩基，经不利桩位的高应变检测后，承载力均满足设计要求，证明在不降低设计标准的情况下，经过动态设计及信息化施工，达到了桩长优化的目的。后续施工过程中按照前期确定的原则和步骤，根据施工进度，不断对各区桩长进行动态施工并及时总结调整，将本工程堆场PHC桩截桩长度大部分控制在1 m 以内，实现了桩基工程的精细化设计施工，总的桩基优化长度达到约6 300 m，取得了明显的效益。

2.3 优化经验小结

桩基精细化设计施工优化效果明显，并结合最终的检测效果，总结出几点经验，供后续类似桩基工程项目参考：1）地质复杂、桩基持力层标高变化较大的场地，各施工小区桩长控制建议以贯入度控制为主，桩底标高控制为辅（同一小区内桩长为定值，桩底标高及截桩长度存在差异）。2）PHC 桩数较多的项目，为保证施工进度，桩基检测比例可较规范适当放宽，因大多数桩不检测，为保证100 %桩满足承载力要求，桩基没有出露长度或出露长度过小是有风险的，适当留有出露长度（可控制在<2 m）是合理的质量保证措施。3）施工过程中应避免出现桩长不够再接短桩续打现象。增加桩基接头（尤其是临近桩顶的接头）将降低桩基质量。一旦出现因桩长不够导致桩基承载力不足需要接桩，意味着不仅检测桩需要接桩，按照同一桩长控制标准打设的周边未检测桩，存在承载力不足的可能性也较大。只能对这些桩都进行检测，根据检测结果再评估后续处理措施，或者对未检测桩直接接桩，但是需要接桩的桩的范围及数量是很难确定的。一旦出现桩长不够再接短桩续打现象，无论采取何种处理措施，后续的处理措施都将明显降低施工效率，增加工期，对工程进度是非常不利的，也不利于桩的质量控制。