厚散体状强风化花岗岩层中的沉桩施工

黄罗成，马登刚

（中交一航局第一工程有限公司，天津　300456）

厚散体状强风化花岗岩层中的沉桩施工

黄罗成，马登刚

（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

莆田海上风电项目试验风机的基础采用高桩混凝土承台，目的在于通过试桩为后续建设的风机基础选型提供依据。承台桩基采用打入钢管桩和嵌岩桩，钢管桩要求进入标贯70击的散体状强风化花岗岩层中7~11.5 m。文章主要介绍了钢桩可打性分析方法，通过采用D-250柴油锤和MENCK800S液压锤，顺利完成了沉桩，形成一套完整的沉桩施工工艺，可供类似工程施工参考。

散体状强风化花岗岩；钢管桩；沉桩；MENCK800S液压锤

1　工程概况

莆田海上风电场工程位于福建莆田南日岛东北部海域，规划布置单机容量4.0 MW的离岸型风电机组100台，先期建设4台试验风电机组。试验风电机组基础采用高桩混凝土承台，其中1号、3号、4号风机桩基为8根φ1 800 mm、斜率5∶1的钢管桩，要求桩尖进入标贯70击的散体状强风化花岗岩层11.5 m、7.27 m和11.07 m，2号风机基础桩为8根φ1 600 mm 5∶1嵌岩桩，嵌岩深度为8 m。

本工程区域地质情况较复杂，没有试桩资料和沉桩施工经验，因此决定选择1号、2号两个机位进行试桩[1]，为正式施工提供参数。每个试验机位包括8根工程桩，1根试验检测桩，2根基准桩，其中1号机位工程桩外径1 800 mm，壁厚28~30 mm，桩长47.5 m，斜率5∶1，要求桩尖进入标贯70击的散体状花岗岩11.5 m。见图1。

2　桩可打性分析

2.1地质情况

1号机位ASY1-2号钻孔资料各土层分布见表1。

2.2桩可打性分析

将直径1.8 m的钢桩打入标贯击数为70击的散体状强风化花岗岩层11.5 m，在福建地区是首次，类似沉桩经验少，为慎重起见，沉桩前进行桩可打性分析。采用美国PDI公司的GRLWEAP软件[2]，以1号机位AS1-2号钻孔资料为代表，φ1 800 mm钢管桩为主体，分别以公司拥有的两种锤型D250柴油锤、MENCK800S液压锤为加载体，工程地质勘察报告提供的桩侧与桩端摩阻力为基准进行模拟计算，主要计算结果见表2。

表1　各土层分布情况Table 1 Distribution of every soil layer

表2　沉桩GRLWEAP软件模拟计算结果Table 2　Simulation result of sinking pile software GRLWEAP

从上述模拟计算结果看，采用D250柴油锤是无法将桩打到设计标高的，而用MENCK800S液压锤可将钢管桩打到预定标高。为了验证桩可打性分析，研究决定先用D250柴油锤对1号机位试验桩进行初打，考虑到钢管桩入土深度相对较小，桩尖进入较坚硬持力层时，压缩应力波在桩尖处将出现叠加效应，过大的压应力会导致桩尖发生卷边现象，故采取在桩尖增焊1.5 m长加强箍的措施。

3　试打桩情况

先用打桩船配D250锤分3次试打，总锤击数5 109击，贯入度0.4 mm/击，桩底比设计标高高出4.76 m，最终贯入度已超过桩锤限值无法将桩沉到设计标高。接着采用350 t起重船吊MENCK800S液压锤进行吊打（如图2所示），锤击能量控制在500 kJ，总锤击数2 158击，贯入度2.3 mm/击，将桩沉到设计标高，由于锤击能量没有按液压锤的最大能量控制，所以每米锤击数比计算数大，贯入度比计算值小。通过桩的试打，实践证明可打性分析是可信的，MENCK800S液压锤锤击能量控制在500 kJ档位是合理的。

4　沉桩施工工艺

根据试打桩情况决定施打钢管桩采用打桩船配D250锤植桩，沉桩最后贯入度按2 mm/击控制，然后再用起重船吊MENCK800S液压锤将桩打设到设计标高。

4.1打桩船植桩

打桩船配D250柴油锤植桩属常规工艺，不再赘述。为了提高船机使用效率，打桩船植桩时应尽量把桩打下去，然后再用起重船吊打。打桩船植桩时有的桩能打到位，大多数桩打不到位，如果超高太多，相邻的2根桩靠的太近，MENCK800S液压锤的套筒较大（外径3.5 m）就套不进去，无法进行吊打。根据本工程桩位图、桩规格及桩锤等情况，桩顶标高不得超过+10.9 m，否则需先撤出打桩船，调进起重船吊MENCK800S液压锤先把桩打到位，然后才能进行下根桩施工。

4.2起重船吊MENCK800S液压锤沉桩

液压锤吊打时加上油管自重150 t，为此选择1艘350 t起重船，单钩起重能力175 t，油管由另1个副钩头或工具钩起吊，同时配备1条放置MENCK液压锤的1 000 t方驳，方驳上配备1台100 t履带吊机。

1）液压锤起吊

起重工先用吊带将液压油管捆住，挂在起重船副钩上，然后将长短钢丝绳扣分别挂在起重船主钩上，指挥起重船起吊，待锤高出方驳挡板后，起重船缓缓后退，往要打的钢桩靠近，基本对正后，慢慢落钩，套进钢管桩。

2）液压锤施打

起重工确认起重船吊重在120 t左右，此时桩锤压桩重量约为30 t，技术人员确认电脑显示正常，满足开锤条件，启动液压锤开始施打。打桩过程中，应根据桩的进尺情况及时松钩，保证压桩重量符合要求。

3）施打过程控制

施打前，需明确锤击能量的调节方案。施打时，由于植桩后停滞一段时间，土体恢复已经将钢桩抱住，可先小锤击能量把桩激活，一般用200 kJ打50击。然后按照既定方案调整锤击能量及开停锤，直至满足设计停锤标准。

5　吊打斜桩的控制措施及注意事项

为了将锤对桩的影响降低到最小，采取了以下措施及注意事项。

1）为确保桩和锤的轴心角度小于操作手册要求的≤0.5°[3]，液压锤套筒内需焊接8块调节桩径的肘板，本工程控制肋板内径尺寸为1.825 m。肋板应用整块高强度钢板一次焊接牢靠，减少磨损及后续焊接修补工作。

2）吊液压锤的长短钢丝扣长度和规格需计算确定，务必使液压锤与钢管桩斜率一致为5∶1。

3）吊打时要严格控制液压锤的压桩重量不超过30 t，以防偏心锤击。特别是钢桩外露长度较长时，更应控制压重，避免造成桩身变形失稳。

4）从高应变监测显示和实际打桩结果看，个别桩还是存在锤击偏心，桩顶出现变形现象，故对桩顶需增焊1.5 m长的钢箍进行加强。

5）由于地质复杂多变，每根桩尖处地质硬度都不一样，为了保证桩身的完整性，在大能量锤击过程中应用高应变检测实时监控，确保桩身应力小于设计要求，另外还要注意观察，防止桩顶变形严重，锤拔不出来。如有防腐层碎片从套筒里掉出或贯入度突然变大的情况，应立即停锤检查桩顶情况。

6　沉桩实施情况

本工程沉桩实施情况统计数据如表3所示（以1号机位为例）。

从表3统计数据可知，D250柴油锤锤击能量有限，仅个别桩能打到设计标高，大部分桩距设计标高还有2~4 m的差距，需用MENCK800S液压锤才能打到位。

表3　沉桩实施统计数据Table 3　Statistical data of sinking pile

从钢桩高应变检测结果看，D250柴油锤实际有效锤击能量在222~296 kJ之间，有效锤击能量偏低，而MENCK800S液压锤有效锤击能量可达到80%以上[4]，所以调到500 kJ档位，就能把钢桩打到设计标高。

7　结语

本工程所在区域最硬地质为标贯击数70击的散体状强风化花岗岩层，最大厚度达11.5 m，通过可打性分析计算及试打验证，最后正式施打，结果证明用D250柴油锤结合MENCK800S液压锤在厚散体状强风化花岗岩层的沉桩施工工艺是可行的，为类似地质条件下的沉桩施工积累了经验。

[1]JTJ 255—2002，港口工程基桩静载荷试验规程[S]. JTJ 255—2002,Specification for testing of pile under static load in harbor engineering[S].

[2]秦立成，于文太，冷志，等.GRLWEAP软件在海洋平台桩基工程中的应用[J].中国水运（下半月），2014（5）:86-88. QIN Li-cheng,YU Wen-tai,LENG Zhi,et al.Application of software GRLWEAP in offshore platform pile foundation engineering [J].China Water Transport,2014(5):86-88.

[3]MENCK公司.操作和维护手册MHU 800S[K].2012. MENCK Company.MHU 800S operation and maintenance manual [K].2012.

[4]王启茂，王江天.液压打桩锤在海港基桩工程中的应用[J].中国港湾建设，2003（6）:9-11. WANG Qi-mao,WANG Jiang-tian.Application of hydraulic pile driver in piling works for sea ports[J].China Harbour Engineering, 2003(6):9-11.

Construction of sinking piles in thick granular strong weathered granite

HUANG Luo-cheng,MA Deng-gang
（No.1 Eng.Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

The test wind power generator foundation of Putian offshore wind power generation project used the high pile concrete cap,the purpose is to provide the basis for the selection of the follow-up construction of the wind turbine foundation. The pile foundation with caps used the steel pipe pile and embedded rock pile,steel pipe pile need to enter 70 SPT blow count of granular strong weathered granite layer 7-11.5 m.We introduced the driveability analysis method of steel piles.The steel piles is successfully completed by using diesel hammer D-250 and hydraulic hammer MENCK800S,and a complete set of construction technology of the pile is summarized,which can provide reference for similar projects.

granular strong weathered granite;steel pipe pile;sinking pile;hydraulic hammer MENCK800S

U655.55

B

2095-7874（2016）02-0053-03

10.7640/zggwjs201602013

2015-10-19

2015-11-25

黄罗成（1981— ），男，福建南安市人，高级工程师，港口航道和海岸工程专业。E-mail:36880023@qq.com