東海大橋墩臺(tái)鋼管樁施工技術(shù)

東海大橋墩臺(tái)鋼管樁施工技術(shù)李森平【摘要】東海大橋特定的海況環(huán)境及地質(zhì)條件給樁基工程施工帶來(lái)一定的難度，通過(guò)提升樁錘能量、提高打柱船的抗風(fēng)能力、改進(jìn)替打型式等施工技術(shù)的研究和應(yīng)用,較好地完成了鋼管樁沉樁施工任務(wù).【期刊名稱】《水運(yùn)工程》【年(卷)，期】2009(000)008【總頁(yè)數(shù)】6頁(yè)(P163-168)【關(guān)鍵詞】東海大橋;鋼管樁;沉樁;施工技術(shù)【作者】李森平【作者單位】中交第三航務(wù)工程局有限公司第二工程公司，上海,200122【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】U445.55+1;U445.55+9東海大橋橋軸線全長(zhǎng)31km，其中跨海段非通航孔長(zhǎng)約25km；深水區(qū)段基樁選用鋼管樁結(jié)構(gòu)型式的打入樁，整個(gè)跨海段非通航孔為遠(yuǎn)離岸線的無(wú)掩護(hù)夕卜海施工，風(fēng)大、浪高、流急，海況條件惡劣，全年有效作業(yè)天數(shù)僅為174d；地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，適應(yīng)該海域自然條件的鋼管樁沉樁施工成為實(shí)施本工程施工的關(guān)鍵問(wèn)題。東海大橋海上深水區(qū)段基樁選用鋼管樁，樁徑為中1500mm,樁長(zhǎng)53~83m不等；鋼管樁分為上下二節(jié)制作，上節(jié)樁長(zhǎng)均為30-36m,壁厚25mm;在上節(jié)樁頂部往下1.5m范圍內(nèi)局部加厚，在樁管內(nèi)貼16mm厚、0.8m長(zhǎng)的鋼板加強(qiáng);其余部分長(zhǎng)度為下節(jié)樁，下節(jié)樁壁厚18mm;然后采用焊縫焊接工藝進(jìn)行拼接成整體，總計(jì)5467根。鋼管樁最大斜率為4:1，入土深度為40.3~51.8m，進(jìn)入細(xì)粉砂層深度為4.1~11.5m，由第三航務(wù)工程局有限公司承建。施工區(qū)段鋼管樁樁位布置及工程量匯總見(jiàn)表1。2002年10月14日在PM328墩（D組試樁）進(jìn)行第1根鋼管樁的沉樁施工，至2004年5月15日全部完成鋼管樁施工，前后歷時(shí)約20個(gè)月。2002年10月24日至2003年11月29日對(duì)D組試樁（鋼管樁）進(jìn)行了沉樁試驗(yàn)。D組試樁位于PM328橋墩位置，其中試驗(yàn)樁2根、錨樁6根、基準(zhǔn)樁2根、工程樁10根，共計(jì)20根。由上海港灣工程質(zhì)量檢測(cè)中心對(duì)D組試樁進(jìn)行垂直荷載、循環(huán)荷載、水平荷載、初打動(dòng)測(cè)、復(fù)打動(dòng)測(cè)、樁周泥面沖刷的試驗(yàn)檢測(cè)，以此為設(shè)計(jì)單位提供合適的樁型、合理的樁基持力層、經(jīng)濟(jì)適用的樁長(zhǎng)及樁基承載力等有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)等。根據(jù)試驗(yàn)、檢測(cè)、分析、數(shù)模分析等確定鋼管樁單樁極限承載力為13000kN。在后期施工中根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)D組試樁補(bǔ)打4根鋼管樁后共同作為PM328橋墩基礎(chǔ)。3.1持力層選擇東海大橋深水段鋼管樁應(yīng)用區(qū)段長(zhǎng)、范圍廣，其特性土層自上而下主要分為13層，鋼管樁施工區(qū)段土層特性見(jiàn)表2。從地基土層構(gòu)成分析，上部土層除②1層為中密的砂質(zhì)粉土，土質(zhì)略好外，其余的①，③，④，⑤1均為軟土層，⑤41,⑤42僅局部分布且埋藏不深、力學(xué)指標(biāo)不高，故不能作為鋼管樁的持力層；⑥層埋藏不深、層厚較薄，也不適合作為鋼管樁的持力層。鋼管樁持力層的選擇應(yīng)重點(diǎn)分析⑦11以下的土層。⑦11層頂板高程一般在-23.0~-33.0m、局部達(dá)到-40.0m，平均標(biāo)貫擊數(shù)N63.5在30以內(nèi)，厚度為5~10m;⑦12層頂板高程一般在-33.0--40.0m,局部達(dá)到-40.0m，平均標(biāo)貫擊數(shù)N63.5為30~50,厚度約為5~14m;⑦2層頂板高程一般在-44.0~-53.0m，平均標(biāo)貫擊數(shù)N63.5大于50，層的厚度大于20m。從地層構(gòu)造、地基土的性質(zhì)、鋼管樁沉樁可能性以及單樁承載力的要求等方面綜合分析，選擇⑦2層粉細(xì)砂層作為鋼管樁持力層。該層分布穩(wěn)定、力學(xué)指標(biāo)高，可以充分發(fā)揮鋼管樁承載力高、可打性強(qiáng)的特點(diǎn)，計(jì)算單樁極限承載力可達(dá)13000kN以上，并且樁基的入土深度在40m以上，可以滿足大橋在極端沖刷條件下側(cè)向的剛度要求。3.2沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)鋼管樁的施打曾先后采用D-100，D-125，D-128，D-160等4種錘型，并根據(jù)不同的錘型、地質(zhì)條件及跨徑等分別規(guī)定相應(yīng)的停錘要求，鋼管樁沉樁均以高程控制為主，當(dāng)樁端達(dá)不到設(shè)計(jì)高程時(shí)，以貫入度作為校核。)D-100錘，開(kāi)四檔錘擊。當(dāng)沉樁至設(shè)計(jì)高程：如最后10cm的平均貫入度小于等于8mm時(shí)，可以停錘;如最后10cm的平均貫入度大于8mm且小于10mm時(shí)，該樁應(yīng)進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)測(cè)，并將動(dòng)測(cè)結(jié)果及時(shí)通報(bào)設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)暫停后續(xù)沉樁。當(dāng)沉樁未至設(shè)計(jì)高程：如最后10cm的平均貫入度小于等于2mm時(shí)，距離設(shè)計(jì)高程小于等于0.5m時(shí)，可以停錘；如最后10cm的平均貫入度小于等于2mm時(shí)，距離設(shè)計(jì)高程大于0.5m，且小于等于1.5m，總錘擊數(shù)大于等于4000擊時(shí)，可以停錘；如最后10cm的平均貫入度小于等于2mm時(shí)，距離設(shè)計(jì)高程大于1.5m，而總錘擊數(shù)大于等于4000擊時(shí)，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)聯(lián)系，同時(shí)應(yīng)暫停后續(xù)沉樁。)D-125(128)錘，開(kāi)四檔錘擊(橋墩編號(hào)PM110~144、PM148~185、PM247~279、PM288~328)。①當(dāng)沉樁至設(shè)計(jì)高程：如最后10cm的平均貫入度小于等于12mm時(shí)，可以停錘;如最后10cm的平均貫入度大于12mm時(shí)，該樁應(yīng)進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)測(cè)，并將動(dòng)測(cè)結(jié)果及時(shí)通報(bào)設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)暫停后續(xù)沉樁。②當(dāng)沉樁未至設(shè)計(jì)高程：如最后10cm的平均貫入度小于等于4mm，距離設(shè)計(jì)高程小于等于0.5m時(shí)，可以停錘；如最后10cm的平均貫入度小于等于4mm時(shí)，距離設(shè)計(jì)高程大于0.5m，且小于等于1.5m，總錘擊數(shù)大于等于3000擊時(shí)，可以停錘；如最后10cm的平均貫入度小于等于4mm，距離設(shè)計(jì)高程大于1.5m，而總錘擊數(shù)大于等于3000擊時(shí)，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)聯(lián)系，同時(shí)應(yīng)暫停后續(xù)沉樁。)D-125(128)錘，開(kāi)四檔錘擊(橋墩編號(hào)PM354~359、PM400~417、PM421~439)。當(dāng)沉樁至設(shè)計(jì)高程時(shí)，如最后10cm的平均貫入度小于等于8mm時(shí)，可以停錘；最后10cm的平均貫入度大于8mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)測(cè)，并將動(dòng)測(cè)結(jié)果及時(shí)通報(bào)設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)暫停后續(xù)沉樁；當(dāng)沉樁至設(shè)計(jì)高程時(shí)，打樁錘擊數(shù)小于1800擊，應(yīng)進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)測(cè)，并將動(dòng)測(cè)結(jié)果及時(shí)通報(bào)設(shè)計(jì)單位，同時(shí)暫停后續(xù)沉樁；當(dāng)沉樁未至設(shè)計(jì)高程：如最后10cm的平均貫入度小于等于3mm,距離設(shè)計(jì)高程小于0.5m，總錘擊數(shù)大于3000擊，可以停錘；打樁中如出現(xiàn)其余異常情況應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，同時(shí)應(yīng)暫停后續(xù)沉樁。)D-160錘(橋墩編號(hào)PM400,PM443)。PM400、PM443橋墩樁基屬于支撐在巖面的鋼管樁。由于此處地質(zhì)條件復(fù)雜，巖面起伏較大且凹凸不平，風(fēng)化層厚薄不均，故在該二橋墩沉樁過(guò)程中采用D-160柴油錘，以貫入度控制為準(zhǔn)，若在沉樁過(guò)程中貫入度為0時(shí)，而樁頂未達(dá)設(shè)計(jì)高程，繼續(xù)錘擊30擊可以停錘。4.1樁船和樁架的選擇根據(jù)不同區(qū)段的樁位型式、不同樁長(zhǎng)及不同區(qū)域潮流涌浪等特點(diǎn)，在沉鋼管樁施工期間先后投入了三航樁#8、三航樁#11、三航樁#12和三航樁#15共4條打樁船,其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。4.2樁錘的選擇為了滿足工程需要，確保工程質(zhì)量與進(jìn)度，根據(jù)不同樁長(zhǎng)、不同地質(zhì)條件等特點(diǎn)，使用不同能量的筒式柴油錘，打樁錘均選用“德?tīng)柆斂?DELMAG)”系列的D-100、D-125、D-128、D-160等4種錘型，"D”系列筒式柴油錘主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4。5.1吊樁工藝的改進(jìn)原設(shè)計(jì)鋼管樁在現(xiàn)場(chǎng)采用4點(diǎn)吊，如圖1所示，但是在施工過(guò)程中，由于受到施工區(qū)域水深制約，采用4點(diǎn)吊時(shí)打樁船吊樁、立樁有困難。經(jīng)計(jì)算并試驗(yàn)后提出采用3點(diǎn)吊的方法，該方法吊點(diǎn)布置見(jiàn)圖2，并將翻轉(zhuǎn)樁身用的一個(gè)吊環(huán)設(shè)置在第二個(gè)吊點(diǎn)以上2m處，采用該方法能有效地克服4點(diǎn)中遇到的吊樁、立樁困難。5.2替打型式的改進(jìn)在鋼管樁施工前期均采用分離式替打，即替打的本體與樁帽是通過(guò)螺栓連接起來(lái)的，通過(guò)更換樁帽大小可以施打不同直徑的樁基，但是分離式替打有以下不足：壞損頻率高，平均每施打35~50根樁就必需更換，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工，而且成本高；另外，螺栓連接不能達(dá)到完全緊密狀態(tài)，造成錘擊過(guò)程中會(huì)損失部分能量，而且可能有偏心錘擊現(xiàn)象出現(xiàn)，從而影響沉樁工程質(zhì)量。據(jù)此，項(xiàng)目部改進(jìn)替打結(jié)構(gòu)，采用整體式替打，即樁帽與替打焊接成整體，這樣，不僅每只替打可以施打60~80根樁，提高了工效、節(jié)約了成本，而且還避免了可能出現(xiàn)的能量損失和偏心錘擊現(xiàn)象，保證了沉樁質(zhì)量。6.1鋼管樁典型沉樁情況匯總根據(jù)不同錘型，對(duì)基樁沉樁作了典型施工，鋼管樁典型沉樁情況匯總見(jiàn)表5。6.2鋼管樁典型沉樁情況貫入度曲線鋼管樁典型沉樁情況貫入度曲線見(jiàn)圖3。6.3可沉性初步認(rèn)識(shí)從鋼管樁典型沉樁情況匯總表及貫入度曲線圖分析可得出以下結(jié)論。）錘擊能量是控制沉樁工效的關(guān)鍵因素之一。樁錘型大、錘擊能量大，相應(yīng)的總錘擊數(shù)少、錘擊時(shí)間短，停錘時(shí)的最終貫入度也大。因此，增大錘型、提高錘擊能量是加快沉樁進(jìn)度和樁尖順利進(jìn)行持力層的最有效方法。）樁尖進(jìn)入持力層的深度直接影響到沉樁的工效；基樁進(jìn)入持力層越深，最后貫入越困難，停錘時(shí)陣貫入度越小，總錘擊數(shù)和錘擊時(shí)間會(huì)相應(yīng)增加。）較長(zhǎng)的基樁或入土較深的基樁，總錘擊數(shù)和錘擊時(shí)間會(huì)有增加。）斜率對(duì)基樁的貫入有一影響；基樁斜率越大，在基樁貫入過(guò)程中遇到的土體的摩阻力越大，因而斜率大的樁比斜率小的樁貫入困難。東海大橋特定的海況環(huán)境及地質(zhì)條件給樁基工程施工帶來(lái)一定的難度，在跨海段非通航