摘 要：为了在施工条件非常恶劣的海况下快速成桩，节约有效的施工时间，根据实际地质情况、设计图纸和海港规范以及打桩设备，较好地组织施工，计算出钢管桩的摩擦力和最终贯入度。在平潭海峡大桥独立平台钢管桩的打设过程中，圆满完成工作任务，施工组织较好地体现在施工过程中。
关键词： 钢管桩 复杂海况 快速打设
中图分类号： C93 文献标识码： A
作者简介：黄立，工程师，从事铁路、桥梁施工管理与研究
1、国内现状
目前国内跨海湾大桥的建设数量较多，施工技术已相对成熟，但是对于跨越海峡、伸入外海的大桥，特别是跨越海峡的公铁两用桥，还有很多施工技术难题亟待解决。国内深水基础施工平台方案一般有钢管桩平台、钢护筒平台、钢管桩和钢护筒联合平台。钢管桩一般采用打桩船打设，钢护筒则可以采用导向架加振动锤方式或采用打桩船直接打设，以减少海上作业风险和加快施工进度。
2、工程概况
桥址区的岩土层按其成因分类主要有：第四系坡积层（）块石土，第四系全新统冲海积层（）淤泥质黏土、粉质黏土、细砂、粗砂、砾砂、块石土等土层，第四系残坡积层（）粉质黏土夹碎石、白垩系下统石帽山组（）凝灰岩，燕山晚期花岗岩。地下水类型可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。松散岩类孔隙水主要赋存在第四系地层中，水量丰富，基岩裂隙水主要赋存于花岗岩与下统石帽山组凝灰岩节理裂隙中，较发育。
桥址所处区域风速大，平均最大风速为44.8m/s。6级以上大风年日数309天，7级以上234天，8级以上123天，9级以上35天，年台风次数3.8次，超级台风年登陆0.6次。
3、工程主要特点：
平潭海峡公铁两用大桥所处海域岛屿、礁石较多，通航环境复杂，主要有以下特点：
（1）常年大风，台风登陆频繁，气象条件差。
（2）水深流急、潮差大、浪高，波流力作用明显，水文条件复杂。
（3）海床面基岩裸露、强度高、起伏大，钻孔平台和钢护筒固定困难。
（4）海工混凝土结构耐久性要求高。
（4）有效作业时间短，工期紧张。
（5）公铁合建，工序多、干扰大。
（6）海上施工环境复杂，作业风险大。
（7）大型海上设备多，多点同步施工，组织调度难度大。
（8）航道繁忙，施工期临时航标设置、维护困难。
4、准备工作
4.1施工环境调查
公路G1551鱼平高速到达平潭县，经乡镇道路至苏澳镇，大练岛生产生活区经由松下渔码头乘坐客轮进入，汽车及大型设备无法通过现有轮渡进入，大型施工设备材料除陆路外也可走水路直接到达桥位，交通条件较为便利。
本段线路所经地区主要有闽江、乌龙江、海坛海峡，航道等级较高，港口主要分布有福州港的闽江口、松下、江阴三个港区。跨海大桥所用原材料钢结构等材料主要水路运输，海上运输时间必需考虑气候对航运的影响，尤其在台风季节。
水源：平潭岛上无自来水厂，且桥址处距离三十六脚湖等淡水资源较远，平潭岸生产、生活用水均采用淡水运输船从松下码头至苏澳码头，取水后运至各生产、生活区。
电力：沿线电力资源丰富，3.5KV、10KV、35KV等高压电力线或交错或平行线路分布，施工用电可就近通过铺设海底电缆引入至平台，并设置变压器，高压电经过变压之后供平台上生活施工用。
施工段线路左侧为养殖区，会影响施工船只的抛锚定位。
4.2施工技术准备
先经过总体施工组织评审，平台专项方案评审，项目策划书评审，作业指导书及技术交底编制完成。根据施工的具体情况，适时调整平台钢管桩及钢护筒的设计及打入深度，适时调整钢管桩和钢护筒的设计壁厚的工作，现场施工作业指导工作。
坐标系统表 表4.2-1
高程系统采用1985国家高程基准。
平面坐标和高程系统，经专业复测公司复测合格、上报监理及业主专业咨询单位认可，并经批复后使用。测量仪器配置如表4.2-2所示。
测量仪器配置表 表4.2-2
4.3钢管桩及钢护筒的设计、加工、运输
（1）平台设计基于以下工艺及思路。
①平台钢管桩以及钢护筒采用打桩船施打；采用冲击反循环钻机成孔，钢筋笼采用浮吊或履带吊下放。
②钢吊箱采用浮吊整体吊装工艺，承台在封底后分两次浇筑。
③墩身采用翻模施工。
⑤混凝土采用水上搅拌船供应。 ⑥方便水上施工，减少水上船舶施工组织管理难度，降低海上施工安全风险，将海上施工陆地化。
⑦设备配备平衡考虑现场海况条件与现有资源以及工期要求，通过强化施工组织提高工效。
⑧综合考虑平台尺寸大小与施工功能性要求。
⑨充分考虑海上施工风险因素，施工平台在风浪、潮汐、台风影响下有可靠的安全度。
（3）钢管桩及钢护筒的选择及运输，综合考虑了海上运输及管桩生产的能力，我们选择了在距码头较近的生产厂家，经货轮运输至施工现场直接使用。
4.4机械设备配置
打桩设备采用“路桥建设桩8#” 打桩船，是目前国内施打大直径钢管桩最先进的多功能起重打桩船之一，船主尺度：型长60m×型宽27m×型深5m，满载吃水2.5m，总吨2340t，净吨703t，配8口海军锚各重9000kg，锚绳直径φ43mm各长450m.，桩架高92m，抗风能力6级，能施打 90m长桩，有最大施打3.3m直径桩的能力。
打桩船配hhp35液压打桩锤，设计参数如下：
打击能量：525 kJ
锤心（冲击体）重量：35000 kg
锤心最大行程：1500 mm
锤心最小行程：200 mm
打击频率：30-90 次/分钟
锤心驱动方式：液压缸双缸提升
液压锤锤体总质量（含桩帽、锤脚）：85000 kg
液压动力站主要参数如下：
发动机功率：960 kW
液压油理论流量：1179 L/min
额定工作油压：26 Mpa
液压动力站净质量：18500 kg
主要设备配置表如表4.4-1
主要设备配置表 表4.4-1
5、打桩工艺
5.1打桩控制标准
整个打桩的过程用B36号墩钢管桩为例说明，控制标准为如下：
锤击沉桩控制根据地质情况、设计承载力、锤型、桩型和桩长并通过试桩综合考虑确定。本工程以标高和贯入度双控。如桩底未达设计标高，而贯入度较小时，会同有关部门研究确定处理办法。如桩底达设计标高而贯入度仍很大时，继续锤击，同时会同设计等有关单位共同研究确定处理措施。
5.2打桩施工
（1）打桩船插打主要过程
①抛锚定位
打桩船由拖轮拖到施工地点附近，根据打桩船上GPS定位系统显示数据进行粗定位，下插定位桩，用50t抛锚船顶水抛锚，为减少移锚次数，打桩船两侧边锚抛出400m左右，这样保证一个墩沉桩完成仅调整前锚和尾锚，大大减少移锚作业时间。
②吊桩、起桩
桩吊点严格按图纸规定进行布置。吊桩时确保吊钩和钢丝绳轻放至桩身上，吊桩离开桩驳的瞬间要迅速，以避免拖桩、碰桩等情况的发生。
通过紧松锚缆，打桩船移离运桩船，并在过程中缓缓立桩：主吊索上升，副吊索下降，随着下降程度，副吊索逐个解去，使桩成竖直状态，割除桩底吊耳。桩架后倾，使桩与龙门梃滑道成平行状态（即同时成竖直状态），抱桩器合拢抱桩并锁定。如图5.2-1所示。立桩完毕后，根据“海上打桩GPS-RTK定位系统”粗定位，将打桩船移至桩位附近。为确保钢管桩保护层不被损坏，抱桩器上的导向轮采用橡胶材质导向轮，并保持导向轮的表面光洁，适当涂抹润滑油。
图5.2-1 钢管桩起吊、竖桩示意图
（2）桩的定位、下桩、稳桩、锤击
立桩前必须测量水深情况，防止桩尖触及泥面，使桩身受损。在桩身立起之后将桩缓慢下放，下放过程中时刻保持桩架与桩的倾斜度与设计要求一致，在下放完毕后，立即检查桩锤、替打和桩身是否在同一轴线上，以避免造成偏心打桩。
沉桩过程中，采用专用靠尺实测桩身坡度，确保桩的坡度或垂直度准确；认真做好沉桩记录，主办工程师逐日审核，认真填写打桩综合记录，并及时进行分析和总结。
在锤击过程中做好以下工作：
a、密切注意桩身与桩架的相对位置及替打的工作情况，避免造成偏心锤击。
b、密切注意贯入度的变化，根据地质资料和试打桩参数，桩尖在穿过可能出现贯入度较大的土层时，及时调整锤击能量。
c、施工过程中注意观察桩身的晃动情况，防止蹩桩出现偏心锤击。
d、施工过程中如出现贯入度反常、桩身突然下降、过大倾斜、移位等现象，立即停止锤击，及时查明原因，采取有效措施。
e、打桩过程中如有异常情况，如锤击次数大于控制值、桩顶过高、贯入度过大等情况，立即与监理、设计、业主等有关方面取得联系，共同研究确定，迅速做出处理。
（3）停锤、移船、夹桩
沉桩停锤标准，沉桩控制标准严格按照设计、规范进行控制。当沉桩不能满足设计、规范要求或遇异常情况时，应暂停作业，并立即会同业主、设计、监理等有关方面研究处理。
当桩顶标高不符合规定时，影响桩的垂直承载力时，宜采用高应变动力检测法对单桩垂直承载力进行检测，并委托有资质的试验检测单位实施。沉桩后如图5.2-2所示。
图5.2-2 沉桩后效果图
（4）停锤标准
钢管桩沉桩以标高控制为主，贯入度校核，沉桩停锤标准见下表。整个墩沉桩结束后，应及时利用GPS流动站对钢管桩平面偏位、桩顶高程等复测，并及时报验。另外沉桩后由于受水流、风浪、潮流等影响，沉桩完成后及时进行夹桩施工，将每个墩钢管桩连接成整体。停锤标准如表5.2-1所示。
停锤标准 表5.2-1
6打桩结果分析
6.1数据分析
（1）直观分析
从数据分析看来，偏差在两个方向基本相同，在5cm左右。在垂直度方面里程方向的偏差较小，平均值在0.2%，而偏距方向平均值在0.25%，分析为受海流影响，本平台为东西向，而该处海流方向为南北向，海流使船体有南北方向的晃动，在打桩过程容易在偏距方向（南北向）出现偏差。
（2）稳定性影响
打桩均选择在海况条件较好的情况进行，钢桩在插打过程中即使偶尔出现船体小幅晃动情况，也会引起桩顶偏位出现偏差。
（3）岩面影响
6.2计算分析
满足稳定要求的入岩深度分析
钢管桩承载力
以φ1200×14mm钢管桩为例进行计算，采用hhp35液压打桩锤进行计算。
钢管桩设计承载力为180t，设计停锤贯入度为5～10mm。
钢管桩材质为Q235B，其屈服应力为235MPa；
钢管桩稳定性计算：N=ψF
钢管桩长度按37m计算（考虑5m覆盖层），长细比λ=88，查表的ψ=0.635
有缺陷钢桩临界应力值计算：
“路桥建设桩8#”打桩船配备hhp35液压打桩锤
动力打桩公式很多，本次计算以应用较广的海利打桩公式来计算打桩过程中桩的承载力。
查《建筑施工计算手册》第二版，得海利打桩公式：
由此说明：液压锤可以按设计标高将这批超长桩打入海中，并且最终桩的承载力可高达665t。
液压锤hhp35打桩应力计算
钢管桩受力：F=604t，
利用公式
δ=148MPa
7总结
（1）复杂海况施打钢管桩钢护筒是一个全面组织施工的过程，其施工调查、施工方案、材料组织、打桩设备的选型以都极为重要。
（2）根据打桩情况，插打在风力5级至6级天气施工，落潮流速很大，该风力对应的海况等级正好是4级和5级，由此进行推断在海况等级达到5级时，钢桩插打作业会受到一定影响。
（3）钢管桩偏位受环境影响因素较大，施工过程中要重点了解海况及天气。
（4）钢管桩的入岩深度控制建议按照：浅覆盖层按照入岩土最少8m和贯入度进行控制，有覆盖层段按照设计后贯入度进行控制。
（5）本文施工方法，在福平铁路公铁两用大桥北东口水道特大桥的的实际运用中，较好地指导了现场施工，快速完成钢管桩的打设起到关键的作用。该施工方法值得推荐，望在今后的施工中得到借鉴。