橋梁鋼管樁基礎導桿式柴油打樁錘施工控制及承載力研究

文/吳正華

1 工程概況

本項目屬于引江濟淮江淮溝通段，根據航道整治要求，需要對跨東淝河的S12 高速淮河大橋四號橋進行拆除重建，新建淮河四號橋采用原位改建。改建前，為了維持合淮阜高速公路的正常運營，首先需要修建臨時保通道路橋梁。臨時保通橋按照快速化施工技術理念設計，其上部結構為先簡支后橋面連續的鋼板組合梁結構，下部結構采用Φ1200×14mm 的鋼管樁。

由于臨時保通橋需承擔兩年的高速運營任務，其按照永久結構標準進行設計，單根鋼管樁基礎設計樁長約19m，設計承載力不低于2500KN，荷載試驗承載力要求大于5000KN[1]。

2 DD180 導桿式柴油打樁錘選擇

目前，國內鋼管樁常用的施工設備主要有三種：液壓振動錘、導桿式柴油打樁錘以及筒式液壓沖擊打樁錘。本項目部施工初期，采用的是永安YZ-400L 液壓振動錘，由于施工過程中，出現較高的高樁頻率，且為避免鋼管樁樁頭破損，液壓振動前還需加強樁頂；另外，考慮到YZ-400L 液壓振動錘施工時間較長（至少需要120min 以上），為加快施工進度，項目部隨即又進場了一臺導桿式柴油打樁錘。導桿式柴油打樁錘是通過沖入筒體的霧狀燃料爆發，使錘芯形成“跳高”；錘芯以自由落體方式提供沖擊能量打擊樁體，屬于沖擊式樁錘。該設備通過錘芯沖擊樁頂，產生向下擠壓力，對樁影響小，便于成樁。

為避免出現頻繁高樁情況，本項目選擇了較大型號的DD180 導桿式柴油打樁錘。DD180導桿式柴油錘，氣缸體質量重18t，氣缸體最大沖程3m，最大能量540KJ。施工過程中要嚴格控制落錘高度低于2m，以此減少對樁身的影響。

3 柴油打樁錘試樁施工概述

為檢驗鋼管樁設計方案的合理性、樁基長度設計的合理性以及施工設備選型是否匹配設計要求、確定終孔標準（貫入度及設計樁長雙復核標準），鋼管樁打入施工前首先需要設計試樁。

3.1 試樁樁長復核性驗算

根據地質條件情況，項目選擇在保通橋1#墩附近（1#墩設計樁長20m）設計試樁。橋位處地層從地表往下總體上依次為：層厚約6m 的粉質黏土層；層厚約3m 的細砂層；層厚約8m 的黏土層；層厚約3m 卵石層；再往下為強風化泥質砂巖、中風化泥質砂巖。為確保設計試樁一次成功，試樁前首先要進行設計試樁樁長復核，根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG 3363-2019），計算樁長18.4m 即能達到255t 承載力，偏安全考慮，同時根據打樁錘最大提升高度，設計試樁按20m 長進行配樁，具體計算如下圖1：

3.2 試樁施工過程

3.2.1 樁機就位

打樁機自身液壓系統就位后，復查樁位，確認合格后，將樁機吊具捆綁于樁上端約1/4處。

3.2.2 吊樁

起吊鋼管樁，樁尖垂直對準樁位中心，將樁錘下樁帽徐徐下放套住樁頂，松下吊鉤，使錘、樁帽和樁三者處于同一鉛垂線上。

此過程中，通過經緯儀實時觀察垂直度，其垂直度偏差不得超過1%；然后利用錘的自重使管樁下沉，樁不再下沉后再次調整樁機導向桿、樁帽以及樁的軸線，保持插樁垂直[2]。

3.2.3 樁位、垂直度控制

沉樁前，檢查樁錘、樁帽與樁身的中心線，在縱、橫兩個方向在同一軸線上。錘擊沉樁開始時應用較低落距（小于2m），并在縱橫兩方向觀察、控制樁位和樁的豎直度；待樁入土一定深度，確認位置正確和方向無誤后，再按2m落距進行錘擊。柴油錘應使錘芯沖程正常，在樁的沉入過程中，觀察樁錘和樁身是否保持在同一軸線上。沉樁過程隨時要注意樁的位移和傾斜，若有不正常，應及時通過樁機液壓系統調整樁架位置和垂直度。另外，沉樁時應按照每根樁及時填寫沉樁記錄表。

設計試樁施工總時長27min，實際入土樁長20m，此時最后三陣平均貫入度9cm/10 擊。

4 鋼管樁荷載試驗

4.1 單樁豎向抗壓靜載試驗采用錨樁法，反力梁采用HN900x300mm 型鋼，錨樁采用Φ 820mm 鋼管，使用800t 油壓千斤頂進行加載，通過位移測量百分表、靜力載荷測試儀進行沉降數據收集分析，并對沉降數據進行判定。

4.2 荷載試驗結果

當加載到6000kN 時，本級樁頂沉降量為1.98mm，上級樁頂沉降量為1.34mm，樁頂累計沉降量為14.92mm，直至達到最大加載量，停止加載（根據系統最大荷載，檢測單位預測該樁實際荷載不低于7500KN）[3]。

5 結語

5.1 鋼管樁入土19.5m 時，實際承載力大于規范要求的500（t設計承載力250t 的2 倍），說明按照既有地勘資料計算的沉樁單樁豎向抗壓承載力特征值（19m 的入土深度）能達到設計承載力要求[4]。

5.2 根據19m 入土處的貫入度統計結果及試樁承載力情況，得出后續鋼管樁采用打樁錘施工控制標準：18t 柴油錘落距在2m 以內，最后三陣每陣平均貫入度6～13cm/10 擊能滿足施工要求[5]。

5.3 綜上所述，設計鋼管樁承載力是按照地勘報告及相關規范進行設計計算的。設計試樁前，工作人員首先需要對設計樁長進行復核性驗算，確保試樁樁長滿足設計要求；為盡可能保證達到設計樁長，還需要選擇較大的振樁設備，避免出現頻繁高樁的情況。