林路宇

厦门路桥工程投资发展有限公司

摘 要：厦门第二东通道工程的桩基为钢管复合桩，沉桩精度要求高。借助于栈桥钻孔桩平台，设计研发了卧于钻孔平台主梁以下的双层导向架。该导向架的上、下层通过螺栓连接，可整体吊装及拆卸，以确保振动锤组能够通过。每层导向架设置8个高强尼龙轮，可在2层8个方向上对钢管桩进行调整，以确保钢管桩的沉桩精度。采用承插式护筒与钢管桩接长至平台顶面，冲击钻成孔，浇筑混凝土后整体拔除钢筋笼周转至下一墩位使用。该施工技术应用于厦门第二东通道工程，取得了良好效果，可为类似项目提供借鉴。

关键词：钢管复合桩;承插式护筒;下卧式导向架;分层可拆装;

1 项目概况

厦门第二东通道工程***3标段项目浅海域钢管桩直径为2.15 m, 最大桩长22 m, 最大重量约为29 t。钢管桩进入全/强风化岩的最大深度约为6 m, 钢管桩桩顶标高为-2.3 m, 施工精度要求其整体位于承台底面处的中心偏差小于100 mm, 倾斜度小于1/250,平面偏位小于80 mm。钢管桩外侧采用高性能复合加强双层熔融结合环氧粉末涂层，内层厚度300 μm, 面层厚度700 μm, 涂层厚度≥1 000 μm, 桥梁设计使用年限为100年[1]。

施工项目位于厦门市东海域，浅海域属海、陆连接段，地质复杂，地质分布由上往下依次为：淤泥、淤泥质黏土、中砂、全风化花岗岩、强风化花岗岩。施工区域岩层起伏交错、层次不清晰，钢管桩桩底地质对应最大N值约为70(标贯)。

项目区的水文条件为：设计高水位+3.26 m, 设计低水位-2.5 m, 设计常水位+0.35 m, 最大潮差为7 m, 施工区域潮汐作用明显。

2 技术原理

浅海域钢管桩施工技术主要施工原理如下。

(1)依托于钻孔平台下部结构，在其上方安装下卧式分层导向架。下卧主要考虑到钢管桩桩长及自沉效果，最大程度地保证钢管桩在振沉的全过程中的定位、导向作用。

(2)分层导向架采用栓接形式，主要为确保钢管桩锤组能够通行。初期钢管桩定位自沉，履带吊+振动锤振沉至导向架顶部，拆除上层导向架。履带吊+液压冲击锤进行二次复打，复打至下层导向架位置，拆除导向架，钢管桩振沉到位。

(3)搭设钻孔平台上部结构，采用承插式护筒与钢管桩接长，引伸至钻孔平台顶面，冲击钻成孔后安装钢筋笼。混凝土浇筑完成后，承插式护筒整体拔除，周转至下一桩位使用。

3 工艺流程及操作要点

3.1施工工艺流程

复合桩施工工艺流程如图1所示。

图1 浅海域钢管复合桩施工工艺流程 下载原图

3.2操作要点

3.2.1钻孔平台下部结构

钻孔平台设计除考虑荷载需求外，还应充分考虑与钢管桩平面的位置关系以及振动锤组的结构尺寸是否能够通行。钢管桩之间设置纵向型钢，提升平台整体稳定性，同时为下卧式分层导向架安装创造施工条件。纵向型钢平面位置安装精度控制为≤±10 mm, 标高控制精度为≤±5 mm。

3.2.2下卧式分层导向架安装

导向架采用钢结构形式，设置上、下两层限位装置，如图2所示，层间采用螺栓进行连接，方便拆卸。限位装置后方设置机械式千斤顶，前方设置顶杆及尼龙轮，通过千斤顶的水平顶升调整尼龙轮平面位置，使钢管桩与尼龙轮之间形成水平约束，进而控制钢管桩平面位置及垂直度[2]。限位装置每层呈“米”字形布置8个，可保证钢管桩在不同施工阶段的稳定性，并能保证钢管桩施工偏位和垂直度精度控制，对于2.15 m和1.85 m两种直径钢管桩均可实施有效限位。千斤顶前端与尼龙轮相连，转动尼龙轮可有效避免钢管桩表面的防腐涂层破坏，如图2所示。

图2 导向限位装置 下载原图

导向架安装前，由测量人员在钻孔平台分配梁上进场测量放样，标记安装位置。导向架采用履带吊吊装移位，放置在钻孔平台的预留钢护筒顶口位置。导向架通过焊接与分配梁相连，确保导向装置的稳定，同时也便于倒桩时拆卸。

3.2.3钢管桩定位和自沉

导向架粗调，较钢管桩直径预留10 cm的富余空间。履带吊缓慢起吊钢管桩入导向架，待钢管桩桩底穿越下层导向架且未进入原始地面前，静止稳桩，采用两台全站仪(角度及距离测量控制方法)对钢管桩平面位置、垂直度进行测量，实现精准定位。导向架上、下层限位装置顶升千斤顶，使尼龙轮与钢管桩之间接触、顶紧，实现钢管桩沉桩导向作用。履带吊缓慢落钩自沉，自沉速率控制在2 m/min以内。在自沉过程中，对钢管桩的姿态进行实时观测，若偏位或垂直度超出允许偏差，则立即停止自沉，使用导向架上、下层顶进装置进行微调。自沉完成后，解脱履带吊钢丝绳与钢管桩的连接。

3.2.4振动锤振沉

自沉完毕后，使用履带吊吊放DZ120液压振动锤。为确保钢管桩振沉均匀受力，采用一字梁对称夹持钢管桩。开锤前对钢管桩的偏位及垂直度进行复核，确认无误后，开启振动锤振沉钢管桩，如图3所示。振沉过程中，对桩身的偏位及垂直度进行实时监控，若发现桩身偏位或垂直度超限，则立即停止振沉，采取留振调位、调节导向架限位装置等纠偏措施。在振动锤振沉至上层限位装置以上0.5 m时，停止振沉，解除上层导向架与钢管桩之间的约束，拆除上层限位装置与导向架之间的螺栓，整体吊移上层导向架，如图4所示。然后，振动锤继续振沉，控制最大转数为5 rpm。钢管桩振动到位或出现跳锤等情况后，立即停止振沉，观测桩身偏位及垂直度，若满足设计要求，则打开夹头，吊离振动锤。

图3 DZ120振动锤振沉 下载原图

3.2.5冲击锤振沉

结合现有地勘资料，本工程钢管桩将全部进入全、强风化岩层，地质起伏较大。液压冲击锤能较好地弥补激振力不足、打设入岩能力不强的缺点。

对振动锤未打设到设计标高的钢管桩，采用YC-12冲击锤进行复打。履带吊起吊YC-12液压冲击锤，缓慢套入钢管桩顶部，避免造成锤体与钢管桩水平方向硬性接触，导致钢管桩精度降低。待冲击锤与钢管桩顶部稳定接触后，缓慢下放勾头，开启冲击锤复打，如图5所示。冲击锤复打时，重点控制锤击能量，锤击能量分级提高，每级能量增大幅度控制为10%。YC-12的最高锤击能量为180 kJ。钢管桩振沉过程中，以标高控制为主，贯入度控制为辅。当连续30击的平均贯入度≤2 mm/击，且钢管桩未打设至设计标高时，应停止锤击，联系监理、设计解决。

图4 拆除上层限位装置 下载原图

图5 导向架拆除复打到位 下载原图

3.2.6钻孔平台上部搭设

依次完成排架钢管桩打设后，整体吊移导向架，拆除钻孔平台上、下两层横梁，再依次整跨安装贝雷梁、分配梁及整体式面板。桥面板采用预制拼装、现场吊装施工工艺。桥面板的加工尺寸偏差为≤±10 mm; 安装轴线偏差为≤±10 mm, 表面平整度控制在±5 mm以内。

3.2.7承插式钢护筒连接

本工程钻孔平台与主支栈桥标高保持一致，顶面标高设定为+6.5 m, 钢管桩设计桩顶标高-0.597 m。因常水位为+0.35 m, 为了延长可作业时间，设计钢管桩顶部接长1.097 m, 至标高+0.5 m作为替打段(钢管加工场内直接卷管接长，不做涂装),替打以上设置承插式钢护筒至钻孔平台顶面，如图6所示。设计高水位为+3.27 m, 设计低水位为-2.5 m, 泥面标高为-10～-2 m不等。

为确保灌注桩顺利施工，同时降低施工成本，经工艺研讨确定，钢管桩采用承插式可循环临时钢护筒对替打段进行接长处理，将钢管桩替打段桩顶引伸至钻孔平台顶面。临时钢护筒与钢管桩替打段之间采用承插接口连接，钢护筒与钢管桩替打段在直径、壁厚方面保持一致，确保同心受力稳定；承插深度控制为20 cm, 孔隙为1 cm。承插接口处设置“V”形橡胶止水条，通过钢护筒自重挤压，达到密闭止水效果，如图7所示。承插式钢护筒可循环使用，如图8所示，极大地降低了施工成本。

3.2.8钢筋混凝土桩施工

钢筋混凝土桩采用冲击钻施工，桩机定位，采用正循环成孔。桩基为嵌岩桩，达到设计深度后，一次清孔，吊放钢筋笼，进行二清。泥浆比重、含砂率、孔底沉渣等指标达到设计及规范要求后，进行混凝土浇筑，采用商品混凝土+罐车自卸方式。本工程钢管桩直径分为1.85 m/2.15 m 2种规格，每个承台设前、后各2根钢管桩，共计4根。钻孔平台主梁贝雷片的横向最大间距约为2.3 m。为确保混凝土罐车运行安全，设置专用“搭桥板”。灌注桩浇筑过程中严格控制首灌高度和导管埋设深度，检查混凝土上升面等情况，混凝土超灌高度控制为比桩顶标高高出1.2 m。

3.2.9承插式钢护筒拆除

桩基混凝土浇筑完成并终凝后，利用履带吊吊起承插式钢护筒，对钢护筒承插接口进行清理，安装橡胶圈，移机循环至下根桩基施工使用。此处，应结合超灌高度综合考虑钢管桩替打长度，避免因替打高度不足引起桩头混凝土强度受损，或因混凝土凝结导致钢护筒无法拨除等现象发生。应控制超灌后混凝土的高度在承插式钢护筒接头以下。

4 沉桩关键参数控制

4.1沉桩过程中精度控制

图6 下卧式导向架高程系统示意 下载原图

图7 承插口示意 下载原图

通过已定位好的导向架来粗略定位钢管桩，然后测量人员使用全站仪精准控制桩位及垂直度，调节导向架上、下两层限位装置，完成钢管桩的上部平面定位和垂直度的精确控制[3]。

精定位过程中的精度控制要求如下。

(1)平面偏位精度：

南北向不高于1 cm, 东西向不高于1 cm, 综合不高于1.4 cm。

(2)垂直度精度：

南北向不高于1/1 000,东西向不高于1/1 000,综合不高于1/707。

图8 承插式钢护筒可循环使用 下载原图

沉桩过程中以及最终的精度控制，应满足设计要求。

4.2DZ120振动锤参数控制

(1)起振时，DZ120振动缓慢增加转速至50 rpm。

(2)如钢管桩在振沉过程中，沉入速度由较快瞬间变为无进尺或出现跳锤，则立即停锤。

4.3YC-12冲击锤参数控制

(1)压锤后，测量进行全程监控，在钢管桩原数据不变的情况下，启机准备开锤。

(2)以初始能量为24 kJ冲击能开始冲击沉桩施工，冲击形式为点动。连续观测3锤沉桩精度在设计要求范围内，方可进行连续冲击。

(3)24 kJ初始能量的冲击沉桩过程中，若连续10锤平均贯入度小于5～7 mm, 则分别以48 kJ、72 kJ、96 kJ、120 kJ为控制能量逐级增加冲击能，最大能量不得大于180 kJ冲击能量。

(4)在复打至设计桩顶标高10 cm左右时，停止连续冲击，改为点动冲击，点动冲击能量不小于连续冲击过程中的最大能量。按每锤实测贯入度进行补锤，施打至小于等于设计标高时停锤。

5 结语

浅海域钢管复合桩施工技术在厦门第二东通道工程***3标段浅海域钢管复合桩施工中的应用实践，证明了本技术节约了成本，并且保证了施工进度。利用下卧式分层导向架，基本实现了钢管桩打设全过程导向控制，极大地提高了钢管桩平面及垂直度的施工精度。目前，已施工完成的80根钢管桩的垂直度偏差均在1/250以下，平面偏位均在±5 cm以内，较设计及规范的要求标准均有提升。采用承插式护筒，相较于接长护筒的一次性投入，节省费用约211.4万元。导向架分层采用螺栓连接、整体吊装，导向架利用机械式千斤顶+尼龙轮组成限位装置，顶升操作简便，适应不同桩径钢管施工，极大地提高了作业施工效率；尼龙轮的使用有效地保护了钢管防腐涂层。钢管桩打设采用液压振动锤+液压冲击锤吊打工艺，提升了钢管桩成桩保证率。承插式钢护筒周转使用，止水效果良好，极大地降低了项目的施工成本。

参考文献

[1] 杨斌财.港珠澳大桥桥梁工程钢管复合桩施工及质量控制[J].工程质量，2019,37(11):1-4+13.

[2] 张铁军，徐波，史虎彬.固定导向架高精度沉桩技术的研发与应用[J].中国港湾建设，2016,36(1):59-62.

[3] 李成渊，洪小亮.一种浅水区钢管桩沉桩施工的定位技术[J].中国水运：下半月，2019,19(6):227-228.

[4] 殷峰，李宗平.上海长江大桥主通航孔桥关键施工技术应用及创新[J].上海公路，2009,(1):42-46+13.

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