泰國海工工程群樁沉樁施工方法的研究與應用

林志穎 姜海洋 中交二航局第三工程有限公司

1.工程概況

泰國和黃碼頭采用高樁梁板結構，碼頭總長為1700m，碼頭前后沿共6排樁，總計2057根鋼管樁，分別為外徑1200mm鋼管樁（分布于碼頭前后沿軌道梁），外徑1000mm鋼管樁（碼頭中間4排）。

2.鋼管樁的可打性分析

結合業主提供的少量地質資料以及樁基設計最大承載力為5900kN，選用打樁船配備D180柴油錘（D138柴油錘備用）進行沉樁，下文分析均選用D180柴油錘。

打樁分析主要根據業主提供的地勘資料和樁基高應變動測結果，采用GRLWEAP軟件對沉樁進行打樁分析，其主要目的在于：（1）分析鋼管樁的可打性，選擇合適的試樁打樁設備（主要為樁錘）；（2）估算試樁的承載力，為試樁的動力測試和靜載試驗提供參考；（3）分析打樁過程中樁身應力，防止試樁打樁過程中出現樁身損壞。

2.1 計算工況

選取軌道梁W排直樁進行典型分析，該排樁設計承載力最大，其余類型樁基分析方法相同，計算工況如表1所示。

2.2 地層參考資料

如表1所示，對BH-B5孔位地層參數進行分析取值。

（1）現場鉆孔地勘報告。BH-B5 孔（在樁位W 排處）剖面（0～30m）均為密實～非常密實砂層，16.0～17.0m處發現有卵石。標貫N值普遍在50以上（非常密實砂），但在24～30m范圍內，N值在30～50之間（密實砂）。

（2）現場靜力觸探報告。BH-B5孔靜力觸探的側壁摩阻力和錐尖阻力限制分別約為400kPa和25MPa，明顯高于砂層的極限側模和端阻。

（3）設計方提供的高應變動測報告。設計方提供有A27-W和A30-W兩根鋼管樁的高應變動測初打數據及復打數據，非常密實砂層的極限側模阻力約160kPa。估算極限端承阻力時，A27W（樁徑1.0m）的鋼管樁端阻閉塞效應系數取0.3，A30W（樁徑1.2m）的鋼管樁樁端阻塞效應系數取0.25，估算非常密實砂層的極限側模阻力約16000kPa。

2.3 地層參數

綜合分析BH～B5孔位地層資料，將土層主要分為5層，分別是（-10.2～-11.2m）密實砂層、（-11.2～-23.2m）非常致密砂層、（-23.2～-27.2m）密實砂層、（-27.2～-35.2m）非常密實黏土砂層、-35.2～-42.2m密實黏土砂層。各土層的極限側模阻力分別為0～10kPa、10～100kPa、80～100 kPa、120～180kPa、160kPa；端承阻力標準值分別為0～1000kPa、1500～16000kPa、10000～14000kPa、16000kPa、14000kPa。

2.4 GRLWEAP軟件參數設置

柴油錘最大打擊能量為610kJ，取3 檔時功效為89%，效率系數取0.5。各土層側阻、端阻結合工程資料確定。鋼管樁外徑1.0m樁端考慮20%樁端投影面積的端阻閉塞，外徑1.2m樁端考慮15%樁端投影封閉面積的端阻閉塞。側摩系數取0.8，端阻系數取1.0。

2.5 樁基可打性分析

通過GRLWEAP軟件進行可打性分析，模擬沉樁總錘數為563，終錘（入土深度17.8m）貫入度為11.7mm/擊，最大壓應力為204MPa，最大拉應力為-46MPa，最終承載力6102kN，遠小于極限承載力11800kN，故而入土深度不夠，還需對樁繼續錘擊增大入土深度。

表1 計算工況

2.6 增大入土深度及打樁分析及結論

結合上述可打性分析，W排樁基入土深度建議增大至31.8m，樁尖為-42m，由于樁極限承載力較大，柴油錘使用4檔（100%）沉樁，入土深度增大后打樁分析結果如下：模擬沉樁總錘數為2650，終錘（入土深度31.8m）貫入度為3.2mm/擊，最大壓應力為228MPa，最大拉應力為-67MPa，最終極限承載力為12365kN。經打樁分析，各種工況下，終錘貫入度均大于3mm/擊，沉樁過程中樁身最大應力均不超過樁身許用應力，因此采用D180柴油錘均可打。

3.鋼管樁沉樁施工

3.1 試樁

結合地層參考資料及可打性分析，本工程鋼管樁樁端基本都在砂層或致密砂層中。樁基的承載力由樁身摩擦力及樁端承載力組成。結合打樁船施工特性，選取典型堪孔范圍內的工程樁基進行試樁作業，進而收集各種類型樁基沉樁記錄、高應變動測報告以及靜載試驗報告，為后續施工確立控制標準。

試樁過程中發現，采用D180柴油錘施工過程中，樁端打入到建議底標高時，貫入度均＞4cm/擊，故而改用柴油錘1檔進行施工，進而減小貫入度。修正樁錘擋位后發現，貫入度依然＞2cm/擊，且最后3～4m貫入度均相似，因此分析得出常規的貫入度控制停錘標準無法滿足施工要求。

為更好地確認停錘標準，對同一種類型的樁基在試樁區域打入至不同的底標高，同時記錄沉樁過程，部分樁基初打完成后立即進行PDA檢測，采集樁身摩擦力及樁端承載力；然后對進行過初打PDA檢測的樁進行復打PDA檢測（7d），復打PDA檢測（30d），進而收集地層不同恢復時長，樁基承載力的變化情況，根據大量的PDA報告統計發現30d后的PDA檢測結果比7d后PDA檢測結果提升約10%；PDA檢測（7d）承載力比初打PDA檢測結果提升約1倍，并且初打過程中樁身摩擦力損失在80%左右，樁端承載力損失在30%左右，基本與砂層地質沉樁特性類似，沉樁過程中樁身摩擦力損失較大，但砂層地質承載力恢復較快。

綜上所述，本工程停錘標準可以采用樁底控制為主（與樁身摩擦力相關，且通過7d復打PDA檢測報告，可以得出不同地層摩擦力大小，對樁底標高可以進行量化調整），貫入度控制為輔（與樁端地層相關，貫入度相近的情況下，持力層基本相同，端承力基本相似）的控制方法。

為進一步驗證PDA結果的可靠性，選取不同類型的樁基進行靜載試驗（參照英標）。為保證試驗的準確性，對試驗樁進行7d復打PDA檢測，復打完成后7天進行靜載試驗，確保兩次試驗條件相近，靜載試驗加壓至一定數值后，一旦不能繼續加壓，此時便可開始卸載，試驗結束后繪制相關試驗曲線，經過對比兩根樁7d復打PDA檢測承載力和靜載試驗得出的承載力基本吻合，進而確認PDA檢測的可靠性為后續便捷施工提供便利。

3.2 群樁沉樁施工

碼頭總長為1700m，為提高施工效率，保證施工質量及進度，沉樁作業可以進行分段施工，每段約100m長，不同區域可以同時進行施工。在每段沉樁施工開始時，根據試樁提供的部分樁底標高及沉樁記錄為參照，同一類型選取3～4根實驗樁沉樁至試樁底標高，并結合沉樁記錄和7d PDA復打報告確認該排樁基底標高，其余樁基若沉樁記錄與實驗樁相近，則定義該排樁基滿足設計要求。

此外，施工過程中還會另外出現一些特殊情況，具體作如下分析：

（1）終錘時，貫入度明顯高于同類型的樁，則說明樁端坐落與軟基上，樁端承載力較小，針對此類情況，需單獨進行7d的PDA檢測，且地層恢復系數適當調低，如果PDA檢測結果不能滿足設計要求，需進行接樁處理。

（2）沉樁過程中，樁端還未到達初定的樁底標高，但貫入度突然變小，錘芯跳高較大，此類情況分析樁端坐落在強風化巖層，樁端承載力突然變的很大，此類情況下，由于端承力較大，基本可以滿足工程設計要求，可以選擇PDA檢測進行驗證。

4.結束語

結合泰國和黃碼頭工程樁基施工（砂質摩擦樁為主），此類設計方僅提供承載力，施工成本風險均在承包商一方的工程，均可采用樁底標高控制為主，貫入度控制為輔的方法進行施工，該方法降低了隱蔽工程帶來的成本風險。