厚散體狀強風化花崗巖層中的沉樁施工

黃羅成，馬登剛

（中交一航局第一工程有限公司，天津　300456）

厚散體狀強風化花崗巖層中的沉樁施工

黃羅成，馬登剛

（中交一航局第一工程有限公司，天津300456）

莆田海上風電項目試驗風機的基礎采用高樁混凝土承臺，目的在于通過試樁為后續(xù)建設的風機基礎選型提供依據。承臺樁基采用打入鋼管樁和嵌巖樁，鋼管樁要求進入標貫70擊的散體狀強風化花崗巖層中7~11.5 m。文章主要介紹了鋼樁可打性分析方法，通過采用D-250柴油錘和MENCK800S液壓錘，順利完成了沉樁，形成一套完整的沉樁施工工藝，可供類似工程施工參考。

散體狀強風化花崗巖；鋼管樁；沉樁；MENCK800S液壓錘

1　工程概況

莆田海上風電場工程位于福建莆田南日島東北部海域，規(guī)劃布置單機容量4.0 MW的離岸型風電機組100臺，先期建設4臺試驗風電機組。試驗風電機組基礎采用高樁混凝土承臺，其中1號、3號、4號風機樁基為8根φ1 800 mm、斜率5∶1的鋼管樁，要求樁尖進入標貫70擊的散體狀強風化花崗巖層11.5 m、7.27 m和11.07 m，2號風機基礎樁為8根φ1 600 mm 5∶1嵌巖樁，嵌巖深度為8 m。

本工程區(qū)域地質情況較復雜，沒有試樁資料和沉樁施工經驗，因此決定選擇1號、2號兩個機位進行試樁[1]，為正式施工提供參數。每個試驗機位包括8根工程樁，1根試驗檢測樁，2根基準樁，其中1號機位工程樁外徑1 800 mm，壁厚28~30 mm，樁長47.5 m，斜率5∶1，要求樁尖進入標貫70擊的散體狀花崗巖11.5 m。見圖1。

2　樁可打性分析

2.1地質情況

1號機位ASY1-2號鉆孔資料各土層分布見表1。

2.2樁可打性分析

將直徑1.8 m的鋼樁打入標貫擊數為70擊的散體狀強風化花崗巖層11.5 m，在福建地區(qū)是首次，類似沉樁經驗少，為慎重起見，沉樁前進行樁可打性分析。采用美國PDI公司的GRLWEAP軟件[2]，以1號機位AS1-2號鉆孔資料為代表，φ1 800 mm鋼管樁為主體，分別以公司擁有的兩種錘型D250柴油錘、MENCK800S液壓錘為加載體，工程地質勘察報告提供的樁側與樁端摩阻力為基準進行模擬計算，主要計算結果見表2。

表1　各土層分布情況Table 1 Distribution of every soil layer

表2　沉樁GRLWEAP軟件模擬計算結果Table 2　Simulation result of sinking pile software GRLWEAP

從上述模擬計算結果看，采用D250柴油錘是無法將樁打到設計標高的，而用MENCK800S液壓錘可將鋼管樁打到預定標高。為了驗證樁可打性分析，研究決定先用D250柴油錘對1號機位試驗樁進行初打，考慮到鋼管樁入土深度相對較小，樁尖進入較堅硬持力層時，壓縮應力波在樁尖處將出現疊加效應，過大的壓應力會導致樁尖發(fā)生卷邊現象，故采取在樁尖增焊1.5 m長加強箍的措施。

3　試打樁情況

先用打樁船配D250錘分3次試打，總錘擊數5 109擊，貫入度0.4 mm/擊，樁底比設計標高高出4.76 m，最終貫入度已超過樁錘限值無法將樁沉到設計標高。接著采用350 t起重船吊MENCK800S液壓錘進行吊打（如圖2所示），錘擊能量控制在500 kJ，總錘擊數2 158擊，貫入度2.3 mm/擊，將樁沉到設計標高，由于錘擊能量沒有按液壓錘的最大能量控制，所以每米錘擊數比計算數大，貫入度比計算值小。通過樁的試打，實踐證明可打性分析是可信的，MENCK800S液壓錘錘擊能量控制在500 kJ檔位是合理的。

4　沉樁施工工藝

根據試打樁情況決定施打鋼管樁采用打樁船配D250錘植樁，沉樁最后貫入度按2 mm/擊控制，然后再用起重船吊MENCK800S液壓錘將樁打設到設計標高。

4.1打樁船植樁

打樁船配D250柴油錘植樁屬常規(guī)工藝，不再贅述。為了提高船機使用效率，打樁船植樁時應盡量把樁打下去，然后再用起重船吊打。打樁船植樁時有的樁能打到位，大多數樁打不到位，如果超高太多，相鄰的2根樁靠的太近，MENCK800S液壓錘的套筒較大（外徑3.5 m）就套不進去，無法進行吊打。根據本工程樁位圖、樁規(guī)格及樁錘等情況，樁頂標高不得超過+10.9 m，否則需先撤出打樁船，調進起重船吊MENCK800S液壓錘先把樁打到位，然后才能進行下根樁施工。

4.2起重船吊MENCK800S液壓錘沉樁

液壓錘吊打時加上油管自重150 t，為此選擇1艘350 t起重船，單鉤起重能力175 t，油管由另1個副鉤頭或工具鉤起吊，同時配備1條放置MENCK液壓錘的1 000 t方駁，方駁上配備1臺100 t履帶吊機。

1）液壓錘起吊

起重工先用吊帶將液壓油管捆住，掛在起重船副鉤上，然后將長短鋼絲繩扣分別掛在起重船主鉤上，指揮起重船起吊，待錘高出方駁擋板后，起重船緩緩后退，往要打的鋼樁靠近，基本對正后，慢慢落鉤，套進鋼管樁。

2）液壓錘施打

起重工確認起重船吊重在120 t左右，此時樁錘壓樁重量約為30 t，技術人員確認電腦顯示正常，滿足開錘條件，啟動液壓錘開始施打。打樁過程中，應根據樁的進尺情況及時松鉤，保證壓樁重量符合要求。

3）施打過程控制

施打前，需明確錘擊能量的調節(jié)方案。施打時，由于植樁后停滯一段時間，土體恢復已經將鋼樁抱住，可先小錘擊能量把樁激活，一般用200 kJ打50擊。然后按照既定方案調整錘擊能量及開停錘，直至滿足設計停錘標準。

5　吊打斜樁的控制措施及注意事項

為了將錘對樁的影響降低到最小，采取了以下措施及注意事項。

1）為確保樁和錘的軸心角度小于操作手冊要求的≤0.5°[3]，液壓錘套筒內需焊接8塊調節(jié)樁徑的肘板，本工程控制肋板內徑尺寸為1.825 m。肋板應用整塊高強度鋼板一次焊接牢靠，減少磨損及后續(xù)焊接修補工作。

2）吊液壓錘的長短鋼絲扣長度和規(guī)格需計算確定，務必使液壓錘與鋼管樁斜率一致為5∶1。

3）吊打時要嚴格控制液壓錘的壓樁重量不超過30 t，以防偏心錘擊。特別是鋼樁外露長度較長時，更應控制壓重，避免造成樁身變形失穩(wěn)。

4）從高應變監(jiān)測顯示和實際打樁結果看，個別樁還是存在錘擊偏心，樁頂出現變形現象，故對樁頂需增焊1.5 m長的鋼箍進行加強。

5）由于地質復雜多變，每根樁尖處地質硬度都不一樣，為了保證樁身的完整性，在大能量錘擊過程中應用高應變檢測實時監(jiān)控，確保樁身應力小于設計要求，另外還要注意觀察，防止樁頂變形嚴重，錘拔不出來。如有防腐層碎片從套筒里掉出或貫入度突然變大的情況，應立即停錘檢查樁頂情況。

6　沉樁實施情況

本工程沉樁實施情況統(tǒng)計數據如表3所示（以1號機位為例）。

從表3統(tǒng)計數據可知，D250柴油錘錘擊能量有限，僅個別樁能打到設計標高，大部分樁距設計標高還有2~4 m的差距，需用MENCK800S液壓錘才能打到位。

表3　沉樁實施統(tǒng)計數據Table 3　Statistical data of sinking pile

從鋼樁高應變檢測結果看，D250柴油錘實際有效錘擊能量在222~296 kJ之間，有效錘擊能量偏低，而MENCK800S液壓錘有效錘擊能量可達到80%以上[4]，所以調到500 kJ檔位，就能把鋼樁打到設計標高。

7　結語

本工程所在區(qū)域最硬地質為標貫擊數70擊的散體狀強風化花崗巖層，最大厚度達11.5 m，通過可打性分析計算及試打驗證，最后正式施打，結果證明用D250柴油錘結合MENCK800S液壓錘在厚散體狀強風化花崗巖層的沉樁施工工藝是可行的，為類似地質條件下的沉樁施工積累了經驗。

[1]JTJ 255—2002，港口工程基樁靜載荷試驗規(guī)程[S]. JTJ 255—2002,Specification for testing of pile under static load in harbor engineering[S].

[2]秦立成，于文太，冷志，等.GRLWEAP軟件在海洋平臺樁基工程中的應用[J].中國水運（下半月），2014（5）:86-88. QIN Li-cheng,YU Wen-tai,LENG Zhi,et al.Application of software GRLWEAP in offshore platform pile foundation engineering [J].China Water Transport,2014(5):86-88.

[3]MENCK公司.操作和維護手冊MHU 800S[K].2012. MENCK Company.MHU 800S operation and maintenance manual [K].2012.

[4]王啟茂，王江天.液壓打樁錘在海港基樁工程中的應用[J].中國港灣建設，2003（6）:9-11. WANG Qi-mao,WANG Jiang-tian.Application of hydraulic pile driver in piling works for sea ports[J].China Harbour Engineering, 2003(6):9-11.

Construction of sinking piles in thick granular strong weathered granite

HUANG Luo-cheng,MA Deng-gang
（No.1 Eng.Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

The test wind power generator foundation of Putian offshore wind power generation project used the high pile concrete cap,the purpose is to provide the basis for the selection of the follow-up construction of the wind turbine foundation. The pile foundation with caps used the steel pipe pile and embedded rock pile,steel pipe pile need to enter 70 SPT blow count of granular strong weathered granite layer 7-11.5 m.We introduced the driveability analysis method of steel piles.The steel piles is successfully completed by using diesel hammer D-250 and hydraulic hammer MENCK800S,and a complete set of construction technology of the pile is summarized,which can provide reference for similar projects.

granular strong weathered granite;steel pipe pile;sinking pile;hydraulic hammer MENCK800S

U655.55

B

2095-7874（2016）02-0053-03

10.7640/zggwjs201602013

2015-10-19

2015-11-25

黃羅成（1981— ），男，福建南安市人，高級工程師，港口航道和海岸工程專業(yè)。E-mail:36880023@qq.com