內河航道水上支架平臺板樁沉樁施工淺析

孟憲剛

一、工程概況

蘇南運河三級航道整治吳江聯豐段航道施工項目WJ1標段西岸老護岸的坍塌段加固采用板樁成墻結構，板樁斷面為0.45m×0.60m，D1型結構板樁長19.50m，D2型結構板樁長12.5m。

二、施工存在問題

本標段航道幅面狹窄，平均寬度60m，局部寬度不足40m，此外老護岸緊鄰S227省道，車流量大。

三、施工方案的選定

方案一：使用大型水上專業船舶進行沉樁施工。優點：施工專業性強、技術成熟。缺點：老護岸加固需近岸施工，施工船舶有時需要進行垂直河岸施工，對航道通航具有很大影響。

方案二：水上施打鋼管樁，頂部鋪設、連接拉森鋼板樁，與岸上鋪設的拉森鋼板樁形成簡易的水上支架平臺，使用滾筒式樁架及導桿式樁錘沉樁施工。優點：占用施工空間小，對航道及陸上交通影響均較小。缺點：水上平臺的支撐力來自于鋼管樁與土之間的摩擦力，因此需要進行嚴密計算，并采取措施加大安全系數，以降低土質變化帶來的風險。

由于蘇南運河通航繁忙、航道幅面狹窄，使用大型水上專業船舶進行施工不僅嚴重影響航道運輸，還具有很大的安全隱患。因此選擇方案二。

四、施工工藝

水上施打鋼管樁，頂部鋪設、連接拉森鋼板樁，與岸上鋪設的拉森鋼板樁形成簡易的水上支架平臺，使用滾筒式樁架及導桿式樁錘沉樁施工。

1.水上支架平臺承載力計算

計算依據：《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）、《港口樁基規范》（JTJ254-98）和工程地質勘察報告。

（1）單樁承載力計算

基本計算公式：

Quk＝Qsk+Qpk＝u ∑ li×βi×fsi+a×qc×Ap

未進入持力層，開口樁不考慮端承載力。

則公式簡化為 Quk＝Qsk＝u∑li×βi×fsi

直徑d＝273mm；

截面積Ap＝0.06m；

周長u＝0.86m。

①第1～3土層

粉質粘土混粉砂，側阻力標準值fs＝17.9 kPa；

層面標高為-0.6m；

層底標高為-1.4m；

土層厚度li1＝0.8 m；

求 βi＝10.04×17.9-0.55＝2.054

極限承載力 Qk1=u×li×βi×fsi＝0.86×0.8×2.054×17.9＝25.29kN。

②第2土層

淤泥質粉質粘土，側阻力標準值fs＝3.5kPa；

層面標高為：-1.4m；

層底標高為：-5.1m；

土層厚度li2＝3.7m；

淤泥質粉質粘土取βi＝1；

極限承載力 Qk1=u×li×βi×fsi＝0.86×3.7×1×3.5＝11.14kN。

③單樁承載力合計

總極限摩阻力Qk＝∑Qk1＝36.43kN。

（2）受力平衡分析

樁機荷載分布區域為12m（長）×5.6m（寬）；

樁機（樁架加樁錘）重40t，板樁重13t；

①支架受力簡圖

簡化詳見圖1。

②各受力點受力計算

M1＝0，G0×2.5－F2×5＝0；

M2＝0，G0×2.5－F1×5＝0；

可以得出 F1＝260kN，F2＝260kN；

③水上支架設計

a.各種機械設備自重

單根拉森鋼板樁重G1i=0.26t；

單根鋼管樁重G2i=0.36t。

b.安全系數2

（Qk×N）÷（F2＋G1i×2＋G2i×N）=2

則N=20。

2.邊坡穩定計算

滑動安全系數為1.849。

3.水上支架搭設方法

該工程采用一臺DD60導桿式樁錘和滾筒式樁架進行施工（圖2）。

（1）樁機安裝

水上支架必須搭建完成（至少30m），樁機直接安裝在水上支架上，第一根樁沉入后，板樁夾具前部直接套在已沉入的第一根樁上，后部用鋼絲繩吊住，確保夾具中心與板樁軸線一致后，內外用兩個手拉葫蘆拉緊，確保夾具不移位、不晃動，隨后樁機沿著第一根板樁由前往后進行依次施工，每一根樁必須垂直插入夾具中，確保板樁軸線不偏位。

（2）水上支架

水上支架采用Φ27.3cm、長8m的鋼管樁（開口），支架搭于板樁軸線外側2.8m水中（雙排，梅花形布置），用PC220挖機壓入，入土約4.5m。要求管樁頂部標高一致，高度比老護岸岸上設置的拉森鋼板樁略高20～30cm，以防加載后岸上與水下土質不同發生不均勻沉降。管樁頂部扣上長10m、寬 0.4m、高 0.15m、壁厚 8mm的拉森鋼板樁，使用φ30cm的木樁與鋼管樁連接形成縱向、橫向剪刀撐，使支架連成整體，以利于整體受力（管樁間距設定為1.2m），支架必須平整結實不搖晃。岸上設置兩根拉森鋼板樁以均布受力。

（3）水上支架防護

在平臺北方（船舶航行方向）?？恳凰荫g船，船舶拋錨并與岸上帶纜連接牢固，以起警示作用，并在萬一有船舶誤駛向支架平臺時起到防護作用。

（4）水上支架預壓

水上支架平臺搭設完成后，逐步進行預壓，逐步放置15根8.5m方樁（每根約2t，總重約30t）在支架上均勻放置使之受力；待受力平衡沉降穩定后移走方樁，豎起樁架（約35t），在支架上反復行走多次；視情況裝配樁錘（6t），再次行走；最后使用兩根板樁（每根重約13t）斜向放置在支架上，進行超過最大荷載20%的預壓。所有預壓過程持續約2d，過程中認真觀測、記錄沉降量及水上平臺的偏移量。

（5）沉降觀測

內容一：記錄兩排鋼管樁的樁頂高程，測量儀器為水準儀，沉降觀測從水上支架搭設完成即開始，記錄頻率隨荷載增加而相應調整，在樁架豎直后沉降觀測頻率為1h觀測一次，在水上平臺進行最大靜荷載120%預壓，沉降基本穩定正常施工后，沉降觀測恢復至每3h一次的頻率；內容二：記錄附近建筑物的高程數據，以分析沉降變化情況，并仔細觀察建筑物上是否有裂縫，以防施工造成建筑物破壞。

（6）偏移觀測

內容一：水上平臺的水平位移，測量儀器為GPS測量儀，觀測頻率同沉降觀測；內容二：附近建筑物的位移情況，防止施工對建筑物的地基產生擾動，造成偏移失穩。

4.沉樁施工作業布置

根據現場的實際條件，合理安排樁機作業面，先打坍塌嚴重的地段，再打坍塌長度較長的地段。打板樁擬采用水上運樁，岸上吊樁，搭設水上排架架設打樁機的打樁方法。抓斗挖泥船進場后，按規定位置與方式?？?。施工過程中，抓斗挖泥船沿河岸邊采用后退法進行清槽作業，為打樁機跟進作業提供作業面。泥駁布置于航道一側，清槽的土方由泥駁裝運至指定的地點進行處理。運輸船只運樁到達施工現場后，沿岸邊順航道方向及時?？?，并固定穩當，系好固定纜。施工過程中，在確認水深滿足吃水深度要求的情況下，根據打樁的進度，沿河道岸邊跟進移船。

沉樁施工中，如遇樁無法入土，要及時探明水下情況，如果為殘留障礙物，應采用抓斗挖泥清除；若有特殊地質狀況，應向監理、業主匯報。在沉樁過程中應認真記錄沉樁各項數據，注意對已打樁、周邊設施及原有護岸進行保護。

五、水上支架平臺板樁沉樁方案的實踐結論

經過該工程的實踐檢驗，基本可以證明搭設水上支架平臺進行板樁沉樁施工可行。

（1）可以節省施工空間，對周邊區域的生產、生活影響小，操作簡便，施工成本低、周期短，尤其適用于水上近岸施工。

（2）水上支架平臺的承載力與土質情況關系大，必須認真分析地質勘探資料，進行承載力和穩定性計算。

（3）施工前應對水上支架平臺進行超過最大荷載的靜態預壓。

（4）應加強沉降和位移觀測，確保水上支架平臺及周邊建筑物的穩定，以保證施工安全