橋梁鋼管樁基礎液壓振動錘施工技術與承載力分析

朱瑞允，吳正華，程華才

(1.安徽省交通控股集團有限公司，安徽 合肥 230088；2.中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528400；3.安徽省高速公路試驗檢測科研中心有限公司，安徽 合肥 230601)

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，需要首先修建臨時保通道路橋梁。

圖1 新建淮河四號橋及臨時保通橋效果圖

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Φ1200×14 mm的鋼管樁，由于臨時保通橋需承擔2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19 m，設計承載力不低于2500KN，荷載試驗承載力要求大于5 000 kN。

2 鋼管樁施工現狀

目前，國內鋼管樁常用的施工設備主要有三種：液壓振動錘、導桿式柴油打樁錘及筒式液壓沖擊打樁錘。液壓振動錘是利用共振理論設計的，利用機械振動減少樁與土壤間的摩擦力，并依靠其自重或外加壓力作用下達到沉樁的目的。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。液壓沖擊打樁錘也屬于沖擊式樁錘，工作原理是錘芯(沖擊塊)通過液壓裝置提升到預定高度后快速釋放，錘芯以自由落體或從液壓系統中獲得加速度能量來提供高沖擊速度而打擊樁體。

3 YZ-400L高頻液壓振動錘選擇

受前期施工場地限制，項目部首先選用了液壓振動錘作為保通橋鋼管樁打樁設備，液壓振動錘需要的輔助機械少，只需要配置一臺吊車即可，且吊車也可用于鋼管樁轉運，施工組織相對簡單。液壓振動錘的選擇計算主要需要比較參振總重量、激振力、工作振幅等，為滿足設計施工要求，本項目選用了YZ-400L高頻液壓振動錘。

表1 YZ-400L液壓振動錘技術參數

4 液壓振動錘試樁施工概述

為檢驗鋼管樁設計方案的合理性、樁基長度設計的合理性、以及施工設備和終孔標準的確定，鋼管樁正式施工前首先需要進行設計試樁。

4.1 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24#墩附近(24#墩設計樁長19 m)進行設計試樁。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)，沉樁單樁豎向承載力計算如下：

表2 單樁豎向承載力計算表

根據計算，樁長21 m即能達到249 t，偏安全考慮，設計試樁按22 m長進行配樁。

4.2 試樁施工過程

采用130 t履帶吊通過振動錘及備用鋼絲繩直接起吊鋼管樁，22 m長鋼管樁一次成型，在測量引導下調整通過振動錘振動下沉鋼管樁。在整個振動下沉過程中測量用經緯儀隨時監控垂直度，發現偏差要及時糾正。

設計試樁施工總時長104 min，地面以上余樁頭2.4 m，實際入土樁長19.6 m，最后因鋼管上口開裂停止成樁，此時最后三陣平均貫入度1.56 cm/min。

5 鋼管樁荷載試驗

(1)單樁豎向抗壓靜載試驗采用錨樁法，反力梁采用HN900×300 mm型鋼，錨樁采用Φ820 mm鋼管，使用800 t油壓千斤頂進行加載，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。

(2)荷載試驗結果。當加載到5 500 kN時，本級樁頂沉降量為8.53 mm，上級樁頂沉降量為5.94 mm，樁頂累計沉降量為40.29 mm，達到最大加載量。

圖2 靜載試驗分級加載

圖3 靜載試驗數據記錄

圖4 SZ-1樁單樁豎向靜載試驗結果

6 結 論

(1)當入土深度達到19.6 m時，設計試樁荷載試驗達到5 500 kN，略大于2倍設計承載力，說明現場地質條件與設計地質條件一致，按設計樁長施工能滿足實際受力要求。

(2)采用YZ-400L液壓振動錘施工，最后三陣每陣平均貫入度為1.56 cm/min能滿足設計承載力要求，可以指導后續施工。

(3)因液壓振動錘通過液壓夾具將振動力傳遞至鋼管，受長時間振動影響，出現了鋼管頂口開裂情況，為此，后續施工鋼管樁需要進行局部加強。