海洋環(huán)境強(qiáng)震區(qū)超大直徑樁基鋼護(hù)筒下沉問題與處理技術(shù)

馮忠居，尹洪樺*，李孝雄，袁楓斌，張福強(qiáng)，劉闖，馬曉謙，吳敬武，孫平寬

（1.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064；2.海南省交通運(yùn)輸廳，海南 ?？?570000；3.海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南 ?？?570000；4.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100000）

海洋環(huán)境強(qiáng)震區(qū)超大直徑樁基鋼護(hù)筒下沉問題與處理技術(shù)

馮忠居1，尹洪樺1*，李孝雄1，袁楓斌1，張福強(qiáng)2，劉闖2，馬曉謙3，吳敬武4，孫平寬4

（1.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064；2.海南省交通運(yùn)輸廳，海南 ?？?570000；3.海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南 ?？?570000；4.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100000）

海南省鋪前大橋主橋墩樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁徑4 m，樁基施工過程中采用的鋼護(hù)筒直徑4.3 m，長(zhǎng)度25.7 m，如此超大直徑的深長(zhǎng)鋼護(hù)筒目前在國(guó)內(nèi)外鉆孔灌注樁中鮮有應(yīng)用。受橋址區(qū)砂礫、卵石土、微風(fēng)化花崗巖等巖土地質(zhì)條件限制，鋼護(hù)筒在下沉過程中出現(xiàn)下沉困難的情況時(shí)有發(fā)生。根據(jù)鋪前大橋海洋環(huán)境及強(qiáng)震區(qū)的場(chǎng)地條件、橋址區(qū)巖土地質(zhì)情況，比較了解決鋪前大橋主橋墩φ4.3 m超大直徑鋼護(hù)筒下沉困難的3種技術(shù)方案，并提出對(duì)不能下沉就位的鋼護(hù)筒可通過減小鋼護(hù)筒長(zhǎng)度，適當(dāng)增加樁基礎(chǔ)配筋率的措施，以增強(qiáng)樁基礎(chǔ)的抗彎、抗剪能力，滿足強(qiáng)震作用下樁基礎(chǔ)的抗震性能。

海洋環(huán)境；強(qiáng)震區(qū)；超大直徑樁基礎(chǔ)；鋼護(hù)筒；下沉

0 引言

隨著跨江、跨海大跨度深水橋梁工程的不斷建設(shè)，大直徑鉆孔灌注樁被廣泛應(yīng)用于橋梁樁基工程領(lǐng)域，而鋼護(hù)筒往往作為鉆孔灌注樁施工的成孔圍護(hù)措施，實(shí)際中永久性鋼護(hù)筒作為樁基礎(chǔ)的一部分承受著部分荷載。目前橋梁樁基礎(chǔ)直徑φ2.5 m左右的較為常見，樁徑超過φ3.5 m的樁基礎(chǔ)并不多見，為滿足特殊承載能力要求，直徑超過φ4.0 m的樁基礎(chǔ)也有存在。隨著樁基礎(chǔ)直徑增大，鋼護(hù)筒的直徑也隨之加大。通過相關(guān)文獻(xiàn)檢索及調(diào)研[1-8]，鋼護(hù)筒在橋梁樁基實(shí)際工程中的應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)見表1，針對(duì)本文超大直徑φ4.3 m鋼護(hù)筒下沉關(guān)鍵技術(shù)的研究較為罕見。超大直徑鋼護(hù)筒的制作、運(yùn)輸及下沉技術(shù)要求更為嚴(yán)格，尤其對(duì)于海洋環(huán)境中存在較厚的砂礫層、卵石層及中、微風(fēng)化巖的情況，超大直徑下沉過程中經(jīng)常發(fā)生下沉困難的問題，往往導(dǎo)致樁基施工停滯，鋼護(hù)筒下沉已成為影響樁基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

表1 國(guó)內(nèi)具有代表性的橋梁樁基鋼護(hù)筒使用情況Table 1 The use situation of rep resentative bridge pile foundation steelcasing in China

1 工程概況

鋪前大橋橫跨海南島東北部的鋪前灣海域，全長(zhǎng)5.6 km，其基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁形式，該橋34號(hào)主墩基礎(chǔ)采用兩個(gè)分離式承臺(tái)，樁基在單個(gè)承臺(tái)下呈行列式布置，每個(gè)承臺(tái)下采用16根φ4.3 m/φ4.0 m鋼管復(fù)合樁，左側(cè)樁長(zhǎng)38 m，右側(cè)樁長(zhǎng)29 m；按端承樁設(shè)計(jì)，樁尖持力層為微風(fēng)化花崗巖，并嵌入微風(fēng)化巖層不小于13 m，承臺(tái)尺寸為35.5 m×35.5 m×7 m（厚）。34號(hào)主墩樁基礎(chǔ)周圍土體由上至下主要為淤泥質(zhì)黏土、砂礫、卵石、（中）微風(fēng)化花崗巖等，樁端嵌入中、微風(fēng)化花崗巖約14 m。

34號(hào)主墩樁基礎(chǔ)鋼護(hù)筒直徑為4.3 m，長(zhǎng)度為25.7 m，采用Q345qC鋼材制作。鋼護(hù)筒分為3節(jié)，筒頂設(shè)置厚0.8 cm、高50 cm、內(nèi)徑428.6 cm的環(huán)鋼帶，與第1節(jié)護(hù)筒焊為一體。第1節(jié)長(zhǎng)度為5.32 m，壁厚2.8 cm；第2節(jié)長(zhǎng)度16.38 m，含有剪力環(huán)、吊環(huán)，壁厚3.5 cm；第3節(jié)長(zhǎng)度4.00 m，壁厚4.5 cm，與樁端相接。鋼護(hù)筒的構(gòu)造設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 鋼護(hù)筒設(shè)計(jì)構(gòu)造示意圖（單位：cm）Fig.1 Steel casing design structure（cm）

鋼護(hù)筒吊裝利用100 t履帶吊，保證鋼護(hù)筒垂直吊入孔位，插打鋼護(hù)筒利用120 t龍門吊結(jié)合大型液壓振動(dòng)錘。值得說明的是，該橋樁基礎(chǔ)成樁后鋼護(hù)筒將作為樁基受力的一部分，主要承擔(dān)該橋穿越區(qū)域峰值加速度為0.35g的強(qiáng)震作用。

2 超大直徑樁基鋼護(hù)筒下沉問題及成因分析

2015年11月30日—12月5日，分別施沉了34號(hào)主墩左幅的1號(hào)、5號(hào)、9號(hào)和13號(hào)孔位并持續(xù)使用振動(dòng)錘激振下沉護(hù)筒，受地層巖土體特性變化，發(fā)生鋼護(hù)筒下沉困難，均無法下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。具體鋼護(hù)筒孔位平面位置示意如圖2所示。各樁位下沉后標(biāo)高情況見表2。

圖2 已施沉鋼護(hù)筒平面示意Fig.2 Steel casing p lane has been com p leted

34號(hào)主墩鋼管復(fù)合樁永久鋼護(hù)筒筒底設(shè)計(jì)標(biāo)高在左右幅承臺(tái)下分別為-20.5 m和-15.5 m，護(hù)筒頂設(shè)計(jì)標(biāo)高統(tǒng)一為+5.2 m，鋼護(hù)筒長(zhǎng)度分別為25.7 m和20.7 m。由表2說明，由于鋼護(hù)筒底口所對(duì)應(yīng)的地層為礫砂/卵石土或卵石土堅(jiān)硬地層，且1號(hào)和5號(hào)孔位鋼護(hù)筒所處巖土情況為礫砂8.6 m、卵石土4.9 m，9號(hào)和13號(hào)孔位鋼護(hù)筒地質(zhì)情況為礫砂11.1 m和卵石土2.9 m，可知堅(jiān)硬土層厚度較大致使鋼護(hù)筒下沉困難，4個(gè)孔位的鋼護(hù)筒均未下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

表2 鋼護(hù)筒施工下沉情況Table 2 Sinking situation of steel casing

3 超大直徑樁基鋼護(hù)筒下沉問題處治技術(shù)

分析φ4.3 m超大直徑鋼護(hù)筒沉放施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及設(shè)計(jì)方案，提出了3種方案，見表3。綜合比較分析3種方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性及施工周期，最終確認(rèn)方案三。對(duì)不能打入的鋼護(hù)筒不再繼續(xù)打入，適當(dāng)增加鋼筋，提高樁基礎(chǔ)的抗震性能。

表3 不同解決方案對(duì)比Table 3 Com parison of different solutions

在提出解決方案的同時(shí)應(yīng)注意如下方面：

1）緊密跟蹤鋼護(hù)筒沉放過程，并記錄備案，鋼護(hù)筒振動(dòng)沉放后因地質(zhì)原因未能達(dá)到預(yù)期標(biāo)高的樁基，應(yīng)與超前鉆探結(jié)果進(jìn)行復(fù)核對(duì)比，并由設(shè)計(jì)方作優(yōu)化設(shè)計(jì)，在護(hù)筒區(qū)內(nèi)采取鋼筋籠配筋加密措施，以提高樁基自身抗彎、抗剪性能，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

2）對(duì)設(shè)計(jì)樁位采取超前、加密鉆探，確保地質(zhì)勘查資料準(zhǔn)確無誤，便于設(shè)計(jì)方復(fù)核優(yōu)化主墩基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

鋪前灣強(qiáng)潮涌海域大規(guī)模采用φ4.3 m超大直徑樁基鋼護(hù)筒尚屬首例，對(duì)超大直徑鋼護(hù)筒下沉是技術(shù)考驗(yàn)。針對(duì)鋪前大橋主橋墩樁基φ4.3 m超大直徑鋼護(hù)筒下沉困難不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高的問題，提出減小鋼護(hù)筒長(zhǎng)度，適當(dāng)增加樁基礎(chǔ)配筋率，以增強(qiáng)樁基礎(chǔ)的抗彎、抗剪能力，滿足強(qiáng)震作用下樁基礎(chǔ)的抗震性能。本文的海洋環(huán)境強(qiáng)震區(qū)超大直徑樁基鋼護(hù)筒下沉問題及處理技術(shù)，可為類似工程提供技術(shù)借鑒和積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

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Key technologies of super large diameter pile foundation steel casing sinking in marine environment and meizoseismal area

FENG Zhong-ju1,YIN Hong-hua1*,LIXiao-xiong1,YUAN Feng-bin1,ZHANG Fu-qiang2,LIU Chuang2, MA Xiao-qian3,WU Jing-wu4,SUN Ping-kuan4
（1.SchoolofHighway,Chang'an University,Xi′an,Shaanxi710064,China;2.Hainan Province Transportation Hall,Haikou, Hainan 570000,China;3.Hainan Province Highway Survey and Design Institute,Haikou,Hainan 570000,China; 4.China Highway Engineering Consulting Corporation,Beijing 100000,China）

The design diameter of the main pier pile foundation is 4 m in Puqian Bridge at Hainan Province,the steel tube diameter 4.3 m,length 25.7 m,used in pile foundation construction,there are few application of such a large diameter steel tube in bored pile at present.Restricted by the rock and soil condition such as gravel,pebble soiland breeze at the bridge site, steel casing often appears to sinking difficulties in the process of sinking.According to the site condition ofmarine environment and strong earthquake area and the condition of rock and soil in bridge site area,three technical solutions are compared to solve sinking difficulties according to 4.3 m large diameter steel casing in Puqian Bridge,we put forward that reduce the steel tube length,and increase the reinforcement ratio of pile foundation,in order to enhance pile foundation bending and shearing capacity,and to meet the seismic performance of the pile foundation under strong earthquake.

marine environment;meizoseismal area;super large diameter pile foundation;steel casing;sinking

U655.544；U445.551

A

2095-7874（2016）11-0039-03

10.7640/zggw js201611009

2016-06-07

馮忠居（1965— ），男，陜西西安市人，碩士，建筑與土木工程專業(yè)。

*通訊作者：尹洪樺，E-mail：woshiyinhonghua@126.com