库区内使用振动锤沉设钢管桩施工关键技术

王晓良 中交二航局第一工程有限公司

对于在三峡库区的两坝之间施工钢管桩，因工程建设地点黄柏河大桥通航净空的限制，打桩船等大型施工船舶进场施工困难且成本很高，采用浮吊配合振动锤沉设钢管桩施工定位困难，同时库区内水位变化较快，导致船舶随水位升降变化较快，增大了钢管桩定位难度。

表1 钢管桩相关参数

1.工程概况

宜昌三峡国际游轮中心码头工程位于三峡大坝与葛洲坝之间，靠近黄柏河大桥，距离约500m，黄柏河大桥最低水位净空12.1m。本工程主要由3个直立式码头结构形式的1#～6#突堤码头、2个高桩排架式结构的7#、8#顺岸码头、高桩排架式结构的架空平台以及现浇承台结构的9#、10#泊位组成。钢管桩总计316根，具体情况见表1。

2.施工难点

（1）黄柏河大桥最低水位净空12.1m，打桩船因桩架高度限制无法进场。

（2）库区内水位变化较快，导致船舶随水位升降变化较快，增大了钢管桩定位难度。

3.施工工艺

3.1 设备选型

3.1.1 振动锤选型

钢护向型号为：Ф1550δ16mm钢护筒共82根，Ф1350δ14mm钢护筒共167根，Ф1000δ8mm 钢护筒共34根，单长10～27m。

（1）振幅（A）。根据经验公式振沉到所要求深度所需最小振幅A，可按照如下公式计算：

A为振沉桩到要求深度所需最小振幅，mm；N为桩沉入深度土层的最大标准贯入击数,取37.4，其取值为地勘设计标准贯入试验锤击数。

A=37.4/12.5+3=5.992mm

（2）激振力P的确定。美国ICE公司通过大量工程测试后的结论：在高速振动时，桩的周围土壤产生液化效果，使桩侧极限静摩擦阻力减低率μ=0.1～0.4，即起振力

P为振动锤激振力，KN；T为下沉至要求深度时，各土层的极限动侧摩擦阻力之和，KN；U为桩横断面周长，m；i表示厚度为H的土层顺序；n为下沉至要求深度时土壤总层数；Ti为第i土层的极限动摩阻力，KPa/m2；Hi为第i层土层厚度，m。

选取入土深度最大的钻探孔位ZK8作最不利计算，本孔位穿透淤泥质粉质粘土②层7.3m，卵石④层5.4m，强风化粉砂岩⑤1层1.5m，其桩侧摩阻力特征值分别为9kPa、55kPa、40kPa。

T=0.4＊3.14＊1.4＊(9＊7.3+55＊5.4+40＊1.5)=743.3KN

根据以上计算，拟选择DZJ180电动型振动锤。

3.1.2 浮吊选型

本工程钢护筒最重为15.6t，振动锤与夹具（包括钢丝绳）重量为13t，沉桩时作业半径小于20m,吊高小于36m，即沉桩施工时吊重为28.6t，施工半径小于20m,吊高小于36m；根据“龙翔起1号”的性能参数表可知，用主钩作业半径为22m时，吊重为40t，吊高为36m；满足现场施工要求。

本项目拟选用“龙翔起1号”吊DZJ180电动型振动锤进行沉桩施工，嵌岩桩起重设备亦选用“龙翔起1号”。

3.1.3 吊索具选择

根据规范，钢丝绳允许拉力按下式计算：

式中：F0—钢丝绳最小破断拉力，单位为kN；

D—钢丝绳公称直径，单位为mm；

R0—钢丝绳公称抗拉强度，取1870MPa；

K'—钢丝绳的最小破断拉力系数，6×19S+FC钢丝绳取0.33。

DZJ-180振动锤重量13t,码头钢管桩最大重量15.6t,码头钢管桩采用起重船吊装时最大吊重为30t，考虑采用2根2m长的钢丝绳受力，钢丝绳安全系数取6，钢丝绳破断拉力为300×6÷2=900kN。

则钢丝绳最小公称直径

实际采用Φ40mm钢丝绳，满足要求。

3.2 沉桩施工

3.2.1 钢管桩吊装

运输船运至现场后与起重船并排停放，以利吊装施工。吊桩采用捆吊，为保证吊桩安全，在桩顶两端0.2L处设置一个吊耳，防止钢丝绳滑落出钢管桩。在起重船靠岸侧船舷中部焊接一个导向架，钢管桩吊出运输船后移至导向架里，利用钢管桩的自重，使桩尖插入覆盖层中一定深度，确保稳桩安全。导向架见图1。

3.2.2 钢管桩定位

钢管桩在导向架稳桩后，浮吊起吊振动锤，夹紧钢管桩，起吊钢管桩到桩位附近粗定位。根据岸上经纬仪及全站仪信息，对钢管桩进行精确定位达到设计桩位，然后缓慢下放钢护筒，通过钢管桩及振动锤的自重，完成压桩工序。

3.2.3 测量定位复核

钢管桩在压桩过程中可能会有偏移，需对钢管桩桩位进行复核，若钢管桩在压桩过程中有偏移，则应把钢管桩拔出土层进行适当调整，再进行压桩，直至精确定位。

3.2.4 振动沉桩

沉桩初时，起锤激振力应较小，通过观察桩身、振动锤等中心轴线一致后，方可转入正常施打，以避免偏心振动导致桩身倾斜。振动沉桩过程中，起先宜采用小激振力低振，随着入土深度加深，逐步提高激振力，直至达到设计标高，振动时要保持连续。若在沉桩过程中桩偏位过大，则要拔出钢护筒重新定位沉桩。沉桩完毕后及时用联撑连接。

3.2.5 沉桩注意要点

①钢护筒沉放前，对到场钢护筒的制作、防护等质量进行逐根检查，对在装运过程中碰损的涂层应修补。

② 沉放之前必须先在钢护筒面上，从钢护筒顶部起每0.1米划一横线，划1米，供全站仪测量桩顶标高时读数之用，以便于控制桩顶标高。

③停泊及锚缆布置，以便于起重船正常作业，避免各船锚缆互相干扰，并应与已沉好的护筒保持一定距离，不得碰撞。

④ 船吊取钢护筒采用捆吊，捆吊须捆牢，要注意保持钢护筒相对平稳。

⑤ 沉放全过程测量监控，保证钢护筒的垂直度，出现偏位即时停止振动，调整桩位，若不能调整到位，则应拔出钢护筒或钢管桩重新定位沉桩。

图1 导向架示意图

⑥ 沉桩时，根据如现场的水下地形有斜坡段，则需预留出打桩偏位的提前量，确保最终的沉桩偏位满足规范要求。

⑦对已沉到位的护筒，做上醒目标志，提醒过往船只。

⑧运桩和沉桩过程中，严禁碰撞钢护筒或钢管桩、破坏防护涂层。

4.水上使用振动锤沉桩优点

（1）振动锤沉桩时可根据沉桩情况，能对桩位、桩身垂直度等进行及时纠偏。

（2）桩位可灵活选择，受到的施工条件限制较小。

（3）振动锤沉桩施工时噪声较小，对附近居民生活影响小。

（4）振动锤沉桩施工时，造成的土体破坏较小，对周边建筑物影响小。

5.结语

本工程因施工环境条件的限制，采用浮吊配合振动锤施工的工艺进行钢管桩沉设施工，有效的解决了本工程打桩船无法进场施工、沉桩定位等相关技术难题，为类似工程施工提供参考。