海外砂砾结层地质条件下钢管桩施工技术

郑志伟，莫洪川

（中交二航局巴基斯坦分公司，巴基斯坦 卡拉奇 999010）

柴油锤打桩技术是一种被广泛应用于工程实践的技术，由于地质条件的复杂性，加上选取的锤型不当，导致打桩失败的事例时有发生。文章依托巴基斯坦卡拉奇市卡西姆港中交二航局巴基斯坦分公司承建施工的液化天然气码头工程项目，根据钢管桩实际施工情况，从地质条件分析、沉桩设计要求、锤型选择、沉桩施工以及桩基试验检测结果等各方面分析并总结，得出在硬质砂砾结层地质条件下，使用大能量D180型筒式柴油打桩锤沉桩的实施效果。

1 工程概况

1.1 概述

巴基斯坦卡西姆港液化天然气码头泊位总长375m，码头设计采用的是双船并靠的靠泊模式，可同时停靠1艘规格为17.1×104m3的浮式储存气化装置（FSRU）和1艘规格为21.6×104m3的LNG运输船。码头类型为高桩式结构形式，下部结构为钢管桩，上部结构为钢筋混凝土墩台。

1.2 钢管桩设计参数

钢管桩桩长36.9～39.0m、桩径φ1.25m、壁厚20mm，材质为Q345b，数量共106根，其中直桩4根，10∶1斜桩9根，5∶1斜桩37根，4∶1斜桩56根。桩顶设计标高+5.9m，最大桩底设计标高-30.0m。钢管桩两端各50cm范围内加焊20mm厚加强钢板，并且在桩顶1～4m范围均匀布置7道剪力键以抵抗沉桩时锤击剪应力，如图1所示。

图1 钢管桩结构图（单位：mm）

2 沉桩设备配置

2.1 打桩船

根据水上沉桩施工需要及钢管桩设计特点，选用“航工桩四”打桩船施工该工程钢管桩。“航工桩四”打桩船主要性能参数如表1所示。

2.2 打桩锤

经与设计单位讨论沟通，为确保顺利完成钢管桩施工任务，沉桩施工配置D180型筒式柴油打桩锤。D180型筒式柴油打桩锤主要性能参数如表2所示。根据工程地质条件，采用美国PDI公司研发的GRLWEAP软件进行沉桩可行性分析，分析结果为采用D180柴油锤可将钢管桩施打至设计标高，钢管桩承受最大压应力为251.288MPa、最大拉应力为44.835MPa。

表1 “航工桩四”打桩船主要性能参数表

表2 D180型柴油锤主要性能参数表

3 施工工艺流程

3.1 施工准备

钢管桩沉桩施工需考虑打桩船船体移动和斜桩扭角对附近桩位的影响，施工前统一合理排序，确保桩基施工顺序可行，并且达到提高施工效率的目的。

钢管桩在堆存区运至施工现场之前，按1m每道设置刻度标示线，在桩头以下10m范围内按10cm每道加密刻度标示线，以便沉桩时观测贯入度。

3.2 钢管桩转运

钢管桩陆上通过炮车运至临时码头，再通过临时码头上运桩驳水上运至施工现场。钢管桩共设置两个吊耳，分别焊接在桩端0.207L处。

3.3 打桩船定位

打桩船由抛锚艇拖移至预定具体施工位置，进行抛锚稳固定位，利用锚缆移动船位。

3.4 起吊、立桩入龙口

运桩驳到达施工区域定位后，移动打桩船至运桩驳侧起吊钢管桩。桩基起吊点与桩基运输吊装起吊点相同。打桩船平行起吊钢管桩离开运桩驳后，移位远离运桩驳，移动的同时进行立桩，并将桩架立直。使用桩架上抱桩器环抱住钢管桩，提升桩身使桩顶套入替打。

3.5 测量定位

由打桩船自带GPS进行定位，岸上全站仪配合核对，根据试验桩及经验人员经验，直桩下桩时桩位向前抢位10cm左右，斜桩下桩时根据仰俯桩的不同分别向前后抢位15～20cm，下桩后测量复核桩位，同时检测桩基的垂直度（斜率）。桩位及桩身垂直度均满足设计要求后开始压锤，压锤后再次复核桩位及桩身垂直度，满足要求后开始锤击沉桩[1]。

3.6 锤击沉桩

锤垫采用φ28钢丝绳切割制作，纵横分层铺设制成。沉桩施工初打时一般下沉量较大，宜低锤轻打，随着入土深度增加、贯入度减小，起锤高度逐步增加，直至达到停锤标准后停锤。

该工程钢管桩停锤标准为标高、贯入度和锤击数三控。

（1）对压桩力为主的桩：①桩底标高≤-27m，贯入度＜3mm，且总锤击数＞1800，可终锤；②桩底标高≤-26m，贯入度＜3mm，且总锤击数＞2000，可终锤。

（2）对拉桩力为主的桩：①桩底标高≤-29m，贯入度＜2mm，且总锤击数＞2000，可终锤；②桩底标高≤-27m，贯入度＜2mm，且总锤击数＞2500，可终锤。

在锤击沉桩施工过程中，如出现贯入度突变异常、桩身下降过快、突然倾斜、移位过大等现象，应即刻停锤，待查明原因、采取有效措施后再行施工。

3.7 夹桩施工

该工程斜桩悬臂端较长，并受水流、风浪、潮流等因素作用影响，为避免单桩在外力作用下发生倾斜以至破坏，钢管桩一旦形成排桩或群桩后及时进行夹桩处理，夹桩使用钢抱箍和型钢，将单根桩联结形成整体。夹桩施工时注意高程控制，方便后续上部墩台现浇混凝土施工。

4 质量措施

4.1 试验桩

钢管桩施工前进行一组试验桩施工，同时进行高应变动测试桩和单桩抗压抗拔荷载试验。试桩的目的是为合理选择桩基持力层，确定桩基承载力，为桩基设计参数的确定提供最直接的数据，同时通过试验桩验证沉桩工艺的可行性及合理性，为钢管桩施工桩锤的选择和施工工艺的优化提供事实依据[2]。具体来说，通过试验桩可掌握钢管桩在各土层时的施打特点，从而优化沉桩工艺，并确定单桩轴向抗拔和抗拉承载力，为设计和施工确定桩长、选择桩锤提供依据，为设计制定沉桩控制标准提供参考。

4.2 沉桩控制

（1）桩锤、替打和钢管桩应始终保持在同一直线上，避免沉桩过程中发生打桩锤偏击情况。

（2）通过试验桩施工测量校核分析，找到经验规律，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。

（3）在自沉和压锤时，如发现钢管桩偏位过大，应提起重新定位，禁止在沉桩过程中通过挤桩纠偏，以免使钢管桩变形破坏[3]。

（4）桩基施工时，须根据潮位的变化适时调整定位缆绳，以确保打桩船不移位，并且防止打桩船部分锚缆过大受力。

（5）锤击沉桩应连续不间断，尽量避免中途停锤，以免土层应力恢复而增加沉桩阻力。

（6）根据停锤标准控制沉桩过程，避免出现欠打和超打的情况。

4.3 工程桩试验检测

该工程钢管桩检测包括轴向抗压抗拔试验和高应变检测两种，其中高应变试验检测桩基数量16根，轴向抗拔抗拉试验检测桩基数量1根。轴向抗压抗拔试验用于检测钢管桩抗压和抗拔承载力，高应变试验用于检测钢管桩承载力和完整性，确保钢管桩沉桩质量能够满足设计要求。

5 沉桩实施效果

该工程钢管桩最终沉桩效果良好，按照设计停锤标准，所有桩基终锤后的底标高基本上都控制在设计标高2m范围内。全部16根检测的桩基动载试验结果均显示桩基承载力良好，符合设计要求；工程桩静载试验沉降（拔起）值也满足规范要求。此处列举停锤贯入度一样、锤击数相差不多的编号为MD3-1B和MD3-3B的2根钢管桩动载试验结果作对比，如表3所示。MD3-1B和MD3-3B平面位置相距6m，MD3-1B桩底标高高于MD3-3B，但是高应变试验承载力远大于后者，充分证实了砂砾板结层这种复杂地质对沉桩效果影响较大。

表3 钢管桩动载试验结果对比表

该工程通过严格执行前述的质量措施，确保了钢管桩的偏位、垂直度等成桩质量，桩基施工的各种设计参数均能控制在设计要求误差范围。另外，统一编排了合理的打桩顺序，不仅保证了顺利准确地完成所有桩基施沉，而且减少了打桩船移锚次数，节约了船舶和人工的耗用，加快了沉桩速度，有效提高了施工工效，确保了钢管桩施工任务的保质保量完成。

6 结束语

巴基斯坦卡拉奇市卡西姆港液化天然气码头工程项目，在钢管桩施工区域存在硬质砂砾结层的复杂地质条件及设计入土深度要求标准高的前提下，通过合理地选用“航工桩四”打桩船+D180大能量筒式柴油打桩锤的水上沉桩施工工艺，顺利完成钢管桩沉桩任务且实施效果良好，各项动、静载试验检测结果均满足设计要求，可为后续该地区及类似地质条件下工程钢管桩施工提供参考。