开口圆管钢桩送桩段的工程应用

邱海荣

中海石油(中国)有限公司上海分公司 上海 200335

1 引言

在工民建基础施工中，送桩概念(或替打)是经常被用到的。譬如：设计的基础结构顶部低于泥面，但沉桩时地面还没有开挖，作业的桩锤不能入泥，为了将基础打到设计深度，往往借助一段送桩，将基础结构送到泥面以下。在海洋工程领域，结构基础往往没入水中，如拟使用普通的水上作业桩锤完成水下沉桩作业可考虑引入送桩概念。在特殊场景下，比如海上导管架安装项目，在沉桩过程中发现液压锤套与导管架浮力舱的进水阀门保护罩发生干涉，桩锤不能继续贯入，也可通过送桩予以解决。

图1 导管架送桩施工

2 送桩的设计要求及注意事项

采用的打入桩基础为开口圆管钢桩，送桩段也采取同样规格尺寸的钢桩，方便海上对接。

2.1 送桩段长度 可结合锤套最大外径尺寸、桩入锤套深度等实际情况确定送桩段长度。

2.2 送桩段壁厚 桩锤将能量直接传递给送桩，经过送桩段，将锤击能量传递给钢桩。送桩在锤击系统中相当于一大块垫铁，其本身刚度直接影响能量传递的效率。壁厚大的刚度就大，但重量也大，容易导致自由站立不稳。

以下两点需要注意：

1)能量传递。送桩段与钢桩顶部接触部位的壁厚可适当大些。这样可以确保即使送桩偏向一侧，仍可以覆盖对接钢桩的壁厚而不会发生错皮，造成局部受力不均的情况发生。

2)疲劳损伤值。考虑送桩段要重复使用，为减少焊缝的疲劳损伤，壁厚差不宜大于20mm，否则局部易造成应力集中，导致焊缝疲劳断裂。

2.3 插尖设计 插尖设计是送桩设计的核心。送桩段能否站立稳定，在沉桩过程中结构强度是否满足要求，都与插尖关系密切。

1)插尖长度。插入钢桩顶部的长度多，送桩段偏斜的角度就小，稳定性就好。不利的地方是插入的长度多，容易变形卡住，拔不出来。环焊缝突出，亦有可能导致插尖无法插入钢桩内部。设计者可根据实际情况选取合适的插尖长度。

2)插尖外径。插尖与钢桩内壁预留一定间隙，首先要保证海上对接时能够插进去。但间隙值过大，会引起锤击能量的损失增大，不利于钢桩贯入。工程上单边间隙值取5～10mm即可，可根据圆管的卷制公差而确定。设计者还可以通过在插尖上部和下部增设间隙条调节间隙大小。

3)插尖与送桩主体的连接形式。一般来讲，插尖不仅在对接过程中起到定位的作用，还在锤击过程中发挥着稳定送桩段的功能。插尖和送桩段连接往往是整个系统最薄弱的地方。在钢桩贯入到预定深度后，插尖和送桩之间的连接可作为重要的部位进行检测。

2.4 锥头设计 为了顺利完成送桩段水下对接，需在插尖顶部设计锥头。结合工程经验，推荐采取四块筋板拼接的方案。这种形式的锥头可保证钢桩和送桩的连通性，避免在锤击过程中产生的冲击波将送桩顶出钢桩。

2.5 标识 为了方便水下机器人观测对接和施工过程，需要在送桩段上使用白色油漆对刻度和端部进行标识。

3 工程应用

3.1 情况介绍 某平台采用12根裙桩作为基础，将海上平台牢牢固定在海床上。在海上安装时发现四根主桩在沉桩过程中存在锤套与保护罩发生碰撞的风险。经研究后拟引用送桩解决。设计者提前开展了钢桩自由站立和可打入性分析。

3.2 自由站立强度校核 在套接送桩段时，此时整个系统加上送桩段的自由悬臂的长度为78米。工程使用MHU 1200S液压锤作为主打锤，海上施工环境荷载按照设计规格书的要求选取。经核算，钢桩的自由站立强度满足规范要求。

3.3 可打入性分析 根据文献1得知，施工时钢质送桩材料与混凝土桩基础对接，能量折减约11%。本文采取钢对钢材质连接，考虑送桩段的长度，刚度和土体特性等多因素不同，都会对锤击能量的传递造成影响。为保守起见，钢质送桩与钢质基础对接考虑能量折减15%进行可打入性分析。

在额定能量输出90%的前提下，再折减15%，即取桩锤输出能量为75%进行可打入性分析。对于连续击打工况，在考虑使用MHU 1200S锤与送桩段后可以将钢桩贯入到设计深度98米。每米的最大锤击数理论计算值为210，小于拒锤标准。

设计者可借助现场锤击数记录，通过调整锤击能量，来反推土体阻力。从打桩记录看，实际锤击数与理论模拟工况相似，最大锤击数差相比不超过5%。

在连续贯入时，B1-3桩现场锤击效率约85%，锤击数曲线基本落在考虑输出能量75%的理论分析值的包络线之内。虽然在沉桩过程中送桩段损失了一部分锤击能量，但影响不大，锤击能量折减不到10%。考虑工程上使用钢质替打的材质不同，在预测钢桩可打入性分析中考虑10%的锤击能量折减是可以接收的。

4 结论

本文结合一个成功的海上平台送桩工程案例，指出送桩段设计的要点和注意事项，希望能对其它工程项目起到借鉴作用。