超长钢管桩沉桩技术应用研究

超长钢管桩沉桩技术应用研究

吴道成,陈志星,王苏昇

中核霞浦核电有限公司工程管理处  福建省宁德市  355100

摘要：本工程为核电厂配套大件码头工程，码头平台和部分引桥桩基为钢管桩，长度85~96m，直径为1200mm、1600mm，桩径较大，桩身较长，沉桩难度较大，根据现场实际情况和桩基施工顺序，选取三根进行试桩施工，通过试桩施工确定打桩设备的适应性，复核沉桩控制标准，检验基桩承载力，并作为调整设计桩长的依据，为后续沉桩施工提供借鉴。

关键词：钢管桩、沉桩；

1工程概况及难点

1.1工程概况

霞浦核电工程大件码头，结合取水东堤建设，位于取水东堤靠近堤头的位置，码头顺着取水东堤布置，走向平行于取水东堤堤身，码头长度为 162m。码头平台长108m，宽 20m，中间 35m 长的桅杆吊基础范围内加宽至 54m，码头平台顶高程 7.5m。码头平台通过 131.6m 长、15m 宽的栈桥与取水东堤相连，栈桥高程为7.5m~11.0m。取水东堤的堤顶道路宽 15m，全长 618.9m，高程为11.0~18.0m。

接岸引桥位于东侧方波堤抛石区，岸坡处设计为灌注桩，系缆柱墩台引桥处使用Φ1200mm钢管桩，码头使用Φ1600mm钢管桩。

图1 大件码头桩基布置示意图

1.2工程特点与难点

1.2.1 工程特点

本工程施工区域地质上部土层欠固结，有效持力层深度较深，为满足设计承载力的要求，钢管桩设计桩径大，桩尖标高较深。

1.2.2 工程难点

（1）地质条件复杂，桩上层土层为淤泥层与淤泥质黏土层，沉设时易出现较大偏位。

（2）钢管桩桩径大，桩身较长，对于沉桩设备要求较高。

针对上述施工问题，根据现场实际情况和桩基施工顺序，选取引桥Φ1200mm钢管桩R55、南侧系缆墩Φ1200mm钢管桩B1、码头吊机墩台Φ1600mm钢管桩P16，三根钢管桩进行试桩。试桩完成后，对桩基承载力进行了检测，根据检测结果，对施工工艺进行完善。

2.试桩

2.1 机械设备参数

2.1.1船舶

根据设计桩型和对该地区地质、水文资料的分析，同时根据施工区域海上的水域布置，本工程选用“中建桩7”打桩船，主要参数见下表，本次试桩中最长桩长96m，船舶满足施工需求。

2.2.2 柴油锤

针对本工程桩基特点，同时参考同类工程的施工经验，选择D180型柴油锤，主要性能如下：

2.2试桩工序

2.2.1沉桩定位控制

本工程沉桩定位采用GPS定位技术和常规测量技术相结合，基桩施打定位时以打桩船上GPS为主，现场经纬仪作为校核。沉桩过程中的贯入度及桩顶标高由经纬仪控制，打桩前在桩身上画桩长刻度，用以计算贯入度和控制标高。

①打桩船上安装GPS打桩定位系统，利用该系统沉桩可满足质量要求。

②打桩船上的GPS接收站接收卫星参数和差分数据。

③事先测量接收台的相互关系尺寸，利用RTK（GPS）工程定位软件，将接收机（参考台）GPS坐标系统转换到施工坐标系统。

④定位前将管桩的设计中心坐标和高程输入接收机内，利用放释功能进行定位，在显示器上显示实时桩位数据图形同时也显示设计沉设桩位、偏差值；同时调整船体，直至两图形重合，偏差达到设计要求（直桩偏位≤150mm，斜桩偏位≤200mm），即为沉桩的具体位置。

2.2.2吊桩

运桩驳船就位完毕以后，打桩船移船取桩，桩采用四点吊，吊耳位置与设计吊点位置偏差不超过20cm。

锚缆布设完毕，缓缓移船靠近运桩驳取桩。钢管桩起吊时，平稳起吊到一定高度，上部和吊点的大钩带劲回收，下部吊点的大钩缓缓放松，进行立桩，锤、替打同步上升，立桩完毕，适当调整桩架的倾斜度和替打的高度，使上口嵌入替打，此时将连接下部吊点的大钩缓缓放松并解除，然后移船就位，吊立桩过程中，避免发生桩滚动和碰撞，以免碰伤桩。

2.2.3立桩入龙口

桩平稳起吊到一定高度后，吊上部左右吊点的大钩带劲回收，进行立桩，锤、替打同步上升，立桩完毕，适当调整桩架的倾斜度和替打的高度，使上口嵌入替打，此时将连接下部吊点的大钩缓缓放松并解除，然后关闭抱桩器或背板。

2.2.4桩和替打自沉

桩定位完毕，桩架工解除下部捆桩的钢丝绳和连接锤和替打的钢丝绳，主钩缓缓下放，让桩和替打在自重作用下下沉，下沉完毕，观察桩位偏差，根据桩位偏差适当调整桩位。

2.2.5压锤

桩自沉完毕后，进行压锤，并观察桩的偏位，若发现桩位偏差过大，则起锤并根据偏位情况适当调整打桩船锚缆，然后重新压锤。

2.2.6锤击施工

打桩船调整好自身的水平、位置和桩架垂直度后压锤和替打，GPS再次观测桩的偏位和垂直度，确定各项控制数据完全达到设计要求时，可以开始锤击。

锤击原则：打桩初时，起锤轻压或轻击数锤，落距较小，观察桩身、桩架、桩锤等中心轴线一致后，方可转入正常施打，以避免偏心锤击。锤击沉桩过程中，宜采用重锤轻击，特别是桩由硬土层进入软土层时，改用低落距锤击；以确保桩的承载力在设计要求的停锤贯入度下达到设计承载力，无额外原因，锤击要保持连续，以免土壤恢复而增加其对沉桩的阻力。

斜桩轴线控制，充分利用抱桩器与施工背板的作用。避免出现较大的挠度。

溜桩处理：如发现施工区域有可能遇到溜桩土层或稳桩标高异常时，在正常开始施打之前，先用空锤自由落体状态击打几锤，待到沉桩稳定或无异常变动情况下，方可用低档开锤，锤击一段时间后方可按正常档位锤击，或达到该土层时开一档锤击，减小锤击能量。

停锤控制：通过沉桩桩底并通过测量下沉量，配合“锤击计数器”记录打桩锤击数，进行打桩贯入度的计算。

桩基检测：基桩采用高应变检测，对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法，实验时用重锤冲击桩顶，实测桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论对其进行分析。

3.沉桩质量控制

3.1、贯入度和标高控制

沉桩前复核地质资料，在沉桩过程中贯入度和标高出现异常情况时，应立即停锤。

3.2、定位控制

桩位计算采用两人以上计算与复核，船舶自带GPS定位与岸上人工相接和，分别独立进行，交叉复核。

不断调整打桩船锚缆，保持船舶稳定性

3.3、桩身倾斜度控制

桩基完成定位后，严格控制桩架的倾斜度，确保沉设过程中不发生变化，沉设过程中保持船舶稳定，避免偏击。

3.4、防止桩身和保护层受损

钢管桩装船前和吊桩前分别进行一次外观检查

吊桩前在对索具进行复核、检查。

运输、吊桩、立桩操作过程中注意防腐涂层的保护，避免磕碰。

4.试桩结果分析

4.1 R55试桩过程及结果

R55使用三档，溜桩1次，下沉量11m，沉桩至设计桩尖标高-80m时，贯入度25mm/击；继续锤击至-81.31m，终锤贯入度为25mm/击；后使用一档进行高应变检测。

4.2 B1试桩过程及结果

在沉设过程中，桩尖标高达到设计标高-80m后，平均贯入度为12mm；后使用二档进行高应变检测，继续锤击至-80.93m，终锤贯入度为11mm/击。

4.3 P16试桩过程及结果

在沉设过程中，溜桩两次，每次下沉量6-7m，桩尖标高达到设计标高-83m后，平均贯入度为32mm；后使用二档进行高应变检测，继续锤击至-88.3m，平均贯入度为32mm；后又锤击0.7m，桩尖标高达到-89m，终锤贯入度为11mm/击。

4.4 承载力检测

本工程桩基承载力检测委托浙江地球物理技术应用研究所进行检测。其中R55进行1次桩端设计标高承载力检测，B1进行了两次承载力检测，P16进行了三次承载力检测。

                       表1  各标高桩基承载力

表2  各桩桩基承载力

5.结论

本次试桩，顺利完成了三根桩的沉设，为大范围沉桩作业提供了数据值，验证了设计桩型与单桩轴线承载力满足要求。同时确定了钢管桩选用的柴油锤停锤标准，同时根据试桩结果完善了沉桩方案，为后续大范围沉桩作业积累了宝贵经验。

参考文献

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