開口圓管鋼樁送樁段的工程應用

邱海榮

中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335

1 引言

在工民建基礎施工中，送樁概念(或替打)是經常被用到的。譬如：設計的基礎結構頂部低于泥面，但沉樁時地面還沒有開挖，作業的樁錘不能入泥，為了將基礎打到設計深度，往往借助一段送樁，將基礎結構送到泥面以下。在海洋工程領域，結構基礎往往沒入水中，如擬使用普通的水上作業樁錘完成水下沉樁作業可考慮引入送樁概念。在特殊場景下，比如海上導管架安裝項目，在沉樁過程中發現液壓錘套與導管架浮力艙的進水閥門保護罩發生干涉，樁錘不能繼續貫入，也可通過送樁予以解決。

圖1 導管架送樁施工

2 送樁的設計要求及注意事項

采用的打入樁基礎為開口圓管鋼樁，送樁段也采取同樣規格尺寸的鋼樁，方便海上對接。

2.1 送樁段長度 可結合錘套最大外徑尺寸、樁入錘套深度等實際情況確定送樁段長度。

2.2 送樁段壁厚 樁錘將能量直接傳遞給送樁，經過送樁段，將錘擊能量傳遞給鋼樁。送樁在錘擊系統中相當于一大塊墊鐵，其本身剛度直接影響能量傳遞的效率。壁厚大的剛度就大，但重量也大，容易導致自由站立不穩。

以下兩點需要注意：

1)能量傳遞。送樁段與鋼樁頂部接觸部位的壁厚可適當大些。這樣可以確保即使送樁偏向一側，仍可以覆蓋對接鋼樁的壁厚而不會發生錯皮，造成局部受力不均的情況發生。

2)疲勞損傷值。考慮送樁段要重復使用，為減少焊縫的疲勞損傷，壁厚差不宜大于20mm，否則局部易造成應力集中，導致焊縫疲勞斷裂。

2.3 插尖設計 插尖設計是送樁設計的核心。送樁段能否站立穩定，在沉樁過程中結構強度是否滿足要求，都與插尖關系密切。

1)插尖長度。插入鋼樁頂部的長度多，送樁段偏斜的角度就小，穩定性就好。不利的地方是插入的長度多，容易變形卡住，拔不出來。環焊縫突出，亦有可能導致插尖無法插入鋼樁內部。設計者可根據實際情況選取合適的插尖長度。

2)插尖外徑。插尖與鋼樁內壁預留一定間隙，首先要保證海上對接時能夠插進去。但間隙值過大，會引起錘擊能量的損失增大，不利于鋼樁貫入。工程上單邊間隙值取5～10mm即可，可根據圓管的卷制公差而確定。設計者還可以通過在插尖上部和下部增設間隙條調節間隙大小。

3)插尖與送樁主體的連接形式。一般來講，插尖不僅在對接過程中起到定位的作用，還在錘擊過程中發揮著穩定送樁段的功能。插尖和送樁段連接往往是整個系統最薄弱的地方。在鋼樁貫入到預定深度后，插尖和送樁之間的連接可作為重要的部位進行檢測。

2.4 錐頭設計 為了順利完成送樁段水下對接，需在插尖頂部設計錐頭。結合工程經驗，推薦采取四塊筋板拼接的方案。這種形式的錐頭可保證鋼樁和送樁的連通性，避免在錘擊過程中產生的沖擊波將送樁頂出鋼樁。

2.5 標識 為了方便水下機器人觀測對接和施工過程，需要在送樁段上使用白色油漆對刻度和端部進行標識。

3 工程應用

3.1 情況介紹 某平臺采用12根裙樁作為基礎，將海上平臺牢牢固定在海床上。在海上安裝時發現四根主樁在沉樁過程中存在錘套與保護罩發生碰撞的風險。經研究后擬引用送樁解決。設計者提前開展了鋼樁自由站立和可打入性分析。

3.2 自由站立強度校核 在套接送樁段時，此時整個系統加上送樁段的自由懸臂的長度為78米。工程使用MHU 1200S液壓錘作為主打錘，海上施工環境荷載按照設計規格書的要求選取。經核算，鋼樁的自由站立強度滿足規范要求。

3.3 可打入性分析 根據文獻1得知，施工時鋼質送樁材料與混凝土樁基礎對接，能量折減約11%。本文采取鋼對鋼材質連接，考慮送樁段的長度，剛度和土體特性等多因素不同，都會對錘擊能量的傳遞造成影響。為保守起見，鋼質送樁與鋼質基礎對接考慮能量折減15%進行可打入性分析。

在額定能量輸出90%的前提下，再折減15%，即取樁錘輸出能量為75%進行可打入性分析。對于連續擊打工況，在考慮使用MHU 1200S錘與送樁段后可以將鋼樁貫入到設計深度98米。每米的最大錘擊數理論計算值為210，小于拒錘標準。

設計者可借助現場錘擊數記錄，通過調整錘擊能量，來反推土體阻力。從打樁記錄看，實際錘擊數與理論模擬工況相似，最大錘擊數差相比不超過5%。

在連續貫入時，B1-3樁現場錘擊效率約85%，錘擊數曲線基本落在考慮輸出能量75%的理論分析值的包絡線之內。雖然在沉樁過程中送樁段損失了一部分錘擊能量，但影響不大，錘擊能量折減不到10%。考慮工程上使用鋼質替打的材質不同，在預測鋼樁可打入性分析中考慮10%的錘擊能量折減是可以接收的。

4 結論

本文結合一個成功的海上平臺送樁工程案例，指出送樁段設計的要點和注意事項，希望能對其它工程項目起到借鑒作用。