泰国海工工程群桩沉桩施工方法的研究与应用

2020-09-07林志颖姜海洋中交二航局第三工程有限公司

珠江水运 2020年15期

关键词：试桩沉桩砂层

林志颖姜海洋中交二航局第三工程有限公司

1.工程概况

泰国和黄码头采用高桩梁板结构，码头总长为1700m，码头前后沿共6排桩，总计2057根钢管桩，分别为外径1200mm钢管桩（分布于码头前后沿轨道梁），外径1000mm钢管桩（码头中间4排）。

2.钢管桩的可打性分析

结合业主提供的少量地质资料以及桩基设计最大承载力为5900kN，选用打桩船配备D180柴油锤（D138柴油锤备用）进行沉桩，下文分析均选用D180柴油锤。

打桩分析主要根据业主提供的地勘资料和桩基高应变动测结果，采用GRLWEAP软件对沉桩进行打桩分析，其主要目的在于：（1）分析钢管桩的可打性，选择合适的试桩打桩设备（主要为桩锤）；（2）估算试桩的承载力，为试桩的动力测试和静载试验提供参考；（3）分析打桩过程中桩身应力，防止试桩打桩过程中出现桩身损坏。

2.1 计算工况

选取轨道梁W排直桩进行典型分析，该排桩设计承载力最大，其余类型桩基分析方法相同，计算工况如表1所示。

2.2 地层参考资料

如表1所示，对BH-B5孔位地层参数进行分析取值。

（1）现场钻孔地勘报告。BH-B5 孔（在桩位W 排处）剖面（0～30m）均为密实～非常密实砂层，16.0～17.0m处发现有卵石。标贯N值普遍在50以上（非常密实砂），但在24～30m范围内，N值在30～50之间（密实砂）。

（2）现场静力触探报告。BH-B5孔静力触探的侧壁摩阻力和锥尖阻力限制分别约为400kPa和25MPa，明显高于砂层的极限侧模和端阻。

（3）设计方提供的高应变动测报告。设计方提供有A27-W和A30-W两根钢管桩的高应变动测初打数据及复打数据，非常密实砂层的极限侧模阻力约160kPa。估算极限端承阻力时，A27W（桩径1.0m）的钢管桩端阻闭塞效应系数取0.3，A30W（桩径1.2m）的钢管桩桩端阻塞效应系数取0.25，估算非常密实砂层的极限侧模阻力约16000kPa。

2.3 地层参数

综合分析BH～B5孔位地层资料，将土层主要分为5层，分别是（-10.2～-11.2m）密实砂层、（-11.2～-23.2m）非常致密砂层、（-23.2～-27.2m）密实砂层、（-27.2～-35.2m）非常密实黏土砂层、-35.2～-42.2m密实黏土砂层。各土层的极限侧模阻力分别为0～10kPa、10～100kPa、80～100 kPa、120～180kPa、160kPa；端承阻力标准值分别为0～1000kPa、1500～16000kPa、10000～14000kPa、16000kPa、14000kPa。

2.4 GRLWEAP软件参数设置

柴油锤最大打击能量为610kJ，取3 档时功效为89%，效率系数取0.5。各土层侧阻、端阻结合工程资料确定。钢管桩外径1.0m桩端考虑20%桩端投影面积的端阻闭塞，外径1.2m桩端考虑15%桩端投影封闭面积的端阻闭塞。侧摩系数取0.8，端阻系数取1.0。

2.5 桩基可打性分析

通过GRLWEAP软件进行可打性分析，模拟沉桩总锤数为563，终锤（入土深度17.8m）贯入度为11.7mm/击，最大压应力为204MPa，最大拉应力为-46MPa，最终承载力6102kN，远小于极限承载力11800kN，故而入土深度不够，还需对桩继续锤击增大入土深度。

表1 计算工况

2.6 增大入土深度及打桩分析及结论

结合上述可打性分析，W排桩基入土深度建议增大至31.8m，桩尖为-42m，由于桩极限承载力较大，柴油锤使用4档（100%）沉桩，入土深度增大后打桩分析结果如下：模拟沉桩总锤数为2650，终锤（入土深度31.8m）贯入度为3.2mm/击，最大压应力为228MPa，最大拉应力为-67MPa，最终极限承载力为12365kN。经打桩分析，各种工况下，终锤贯入度均大于3mm/击，沉桩过程中桩身最大应力均不超过桩身许用应力，因此采用D180柴油锤均可打。

3.钢管桩沉桩施工

3.1 试桩

结合地层参考资料及可打性分析，本工程钢管桩桩端基本都在砂层或致密砂层中。桩基的承载力由桩身摩擦力及桩端承载力组成。结合打桩船施工特性，选取典型堪孔范围内的工程桩基进行试桩作业，进而收集各种类型桩基沉桩记录、高应变动测报告以及静载试验报告，为后续施工确立控制标准。

试桩过程中发现，采用D180柴油锤施工过程中，桩端打入到建议底标高时，贯入度均＞4cm/击，故而改用柴油锤1档进行施工，进而减小贯入度。修正桩锤挡位后发现，贯入度依然＞2cm/击，且最后3～4m贯入度均相似，因此分析得出常规的贯入度控制停锤标准无法满足施工要求。

为更好地确认停锤标准，对同一种类型的桩基在试桩区域打入至不同的底标高，同时记录沉桩过程，部分桩基初打完成后立即进行PDA检测，采集桩身摩擦力及桩端承载力；然后对进行过初打PDA检测的桩进行复打PDA检测（7d），复打PDA检测（30d），进而收集地层不同恢复时长，桩基承载力的变化情况，根据大量的PDA报告统计发现30d后的PDA检测结果比7d后PDA检测结果提升约10%；PDA检测（7d）承载力比初打PDA检测结果提升约1倍，并且初打过程中桩身摩擦力损失在80%左右，桩端承载力损失在30%左右，基本与砂层地质沉桩特性类似，沉桩过程中桩身摩擦力损失较大，但砂层地质承载力恢复较快。

综上所述，本工程停锤标准可以采用桩底控制为主（与桩身摩擦力相关，且通过7d复打PDA检测报告，可以得出不同地层摩擦力大小，对桩底标高可以进行量化调整），贯入度控制为辅（与桩端地层相关，贯入度相近的情况下，持力层基本相同，端承力基本相似）的控制方法。

为进一步验证PDA结果的可靠性，选取不同类型的桩基进行静载试验（参照英标）。为保证试验的准确性，对试验桩进行7d复打PDA检测，复打完成后7天进行静载试验，确保两次试验条件相近，静载试验加压至一定数值后，一旦不能继续加压，此时便可开始卸载，试验结束后绘制相关试验曲线，经过对比两根桩7d复打PDA检测承载力和静载试验得出的承载力基本吻合，进而确认PDA检测的可靠性为后续便捷施工提供便利。

3.2 群桩沉桩施工

码头总长为1700m，为提高施工效率，保证施工质量及进度，沉桩作业可以进行分段施工，每段约100m长，不同区域可以同时进行施工。在每段沉桩施工开始时，根据试桩提供的部分桩底标高及沉桩记录为参照，同一类型选取3～4根实验桩沉桩至试桩底标高，并结合沉桩记录和7d PDA复打报告确认该排桩基底标高，其余桩基若沉桩记录与实验桩相近，则定义该排桩基满足设计要求。

此外，施工过程中还会另外出现一些特殊情况，具体作如下分析：

（1）终锤时，贯入度明显高于同类型的桩，则说明桩端坐落与软基上，桩端承载力较小，针对此类情况，需单独进行7d的PDA检测，且地层恢复系数适当调低，如果PDA检测结果不能满足设计要求，需进行接桩处理。

（2）沉桩过程中，桩端还未到达初定的桩底标高，但贯入度突然变小，锤芯跳高较大，此类情况分析桩端坐落在强风化岩层，桩端承载力突然变的很大，此类情况下，由于端承力较大，基本可以满足工程设计要求，可以选择PDA检测进行验证。