海上打入式鋼管嵌巖樁卷邊及處理措施探究

楊春玲 天津中北港灣工程建設監(jiān)理有限公司

倪萍 天津銘睿管理咨詢有限公司

馬宏梅 天津天保人力資源股份有限公司

1.工程地質

1.1 根據(jù)工程地質勘察報告，擬建場地主要地層

（1）海積堆積：淤泥①，層厚0.5～6.4.2m。為場區(qū)主要地層之一；粉細砂②，層厚1.2～6.0 m，為場區(qū)主要地層之一；泥質中粗砂②-1，層厚2.4m；粉質粘土③，層厚2.8m～17.25m；中粗砂④，局部含少量淤泥，層厚4.5～11.8m；泥質中細砂④-1，層厚0.9～4.9m；粉質粘土⑤，最大揭示層厚8.2m；淤泥⑥，層厚3.8m；泥質中粗砂⑦，以粗砂為主，層厚3.1m。

（2）燕山期花崗巖：按風化程度分為：全風化花崗巖⑧，母巖結構尚存，長石大部風化成高嶺土，層厚3.1m；散體狀強風化花崗巖⑨，原狀樣具有花崗結構，巖芯片呈砂土狀，最大揭示厚度19.9m，層頂高程-18.05～-44.45m；碎裂狀強風化花崗巖⑨-1，巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖芯呈碎裂狀，揭示厚度為2.6m，層頂高程-33.55m；弱風化花崗巖⑩，巖石新鮮，堅硬，巖芯多呈短柱狀，最大揭示厚度為3.5m，層頂高程-32.27～-42.35m。

1.2 按巖性及風化程度分述其特性

全風化花崗巖：灰黃色，原巖結構尚可見，礦物基本風化成土狀，手捏易碎，遇水軟化崩解；散體狀強風化花崗巖：灰黃色，原巖結構可見，礦物大多風化成砂土狀；碎裂狀強風化花崗巖：灰黃色，原巖結構可見，巖芯主要呈碎塊狀，手掰易碎，遇水易軟化；弱風化花崗巖：灰白色，巖芯多呈長柱狀，局部為短柱狀，錘擊易碎，裂隙較發(fā)育，個別鉆孔裂隙不發(fā)育。

2.設計要求及施工工藝

2.1 設計要求

風機基礎多采用高樁承臺鋼管樁嵌巖基礎，嵌巖鋼管樁（護筒）采用6根直徑1900 mm、壁厚28mm、樁端2m加強段壁厚為40mm、斜率為6:1的鋼管樁以圓形布置。樁尖標高需進入散體狀強風化巖層不少于8-10m，嵌巖鉆進弱風化花崗巖層不少于5.1m（嵌巖灌注樁樁孔直徑1700mm）。停錘標準定為：貫入度不大于3mm。對于極少數(shù)超淺覆蓋層地質采用重力式基礎或植入式鋼管樁基礎。

表1 55號機位沉樁記錄及高應變初打檢測結果

2.2 施工工藝

根據(jù)設計要求，經(jīng)過可打性分析，現(xiàn)場采用帶樁架的專用打樁船及IHC公司的S-800大型液壓錘實施沉樁施工。

3.沉樁卷邊分析

復雜地質環(huán)境導致的卷邊風險的存在給設計和施工增加了很大難度。對設計來說，若發(fā)生卷邊后沉樁無法繼續(xù)，必然導致樁頂標高超高較多而割樁較長，造成鋼材浪費，且原定的樁身防腐長度因入土深度變化導致沉樁后樁身防腐位置是個變量，割樁后樁頂段入混凝土承臺部分需打磨去防腐層，而水下區(qū)防腐原定長度不夠，無法提前準確預判入土深度給設計對樁長優(yōu)化及防腐長度的確定帶來相當大的困難。對施工來說，后續(xù)樁頂段去除防腐層與卷邊處理亦相當困難，對工期、費用影響較大。

樁在不同種類的地層中對卷邊起主導作用的為：散體狀強風化花崗巖層、碎裂狀強風化花崗巖層、夾層與孤石。

散體狀強風化花崗巖最顯著的特征為巖層較厚、連續(xù)分布并且強度極不均勻，標貫擊數(shù)的變化范圍為50～750，標貫擊數(shù)過大時容易導致卷邊的發(fā)生；碎裂狀強風化花崗巖呈灰白色，原巖結構可見，主要礦物為石英、長石、云母，巖芯主要呈碎塊狀，層位起伏變化較大，巖石基本質量等級為Ⅴ類，力學性質好錘擊難以進入，由于其層面起伏變化大的特征，鋼管樁樁尖較容易誤入，加上其強度絕對值較高，一旦樁尖誤入即發(fā)生卷邊；孤石基本質量等級以Ⅱ類為主，錘擊反彈且斜樁樁端為單點受力易造成卷邊發(fā)生。

根據(jù)沉樁監(jiān)測數(shù)據(jù)結合地勘圖統(tǒng)計分析，卷邊發(fā)生時通常有以下幾個方面風險存在：

（1）散體狀強風化層內(nèi)遇到連續(xù)標貫大于200的區(qū)域或巖層標貫值突變大的區(qū)域；

（2）當貫入度小于5mm時仍提高錘擊能量繼續(xù)錘擊時且錘擊能量己超過500KJ；

（3）當樁身應力通過全程高應變檢測顯示己超過220MPa或樁身應力發(fā)生突變時；

（4）高應變檢測顯示樁端靜土阻力值達超25000KN時。

以55號機位沉樁示例卷邊發(fā)生原因：發(fā)生卷邊的55-1、55-2、55-6三根鋼管樁均處于標貫大于200的區(qū)域或巖層標貫值突變大的區(qū)域，錘擊能量最高達560KJ，高應變顯示樁端靜土阻力最大為26986KN，最終貫入度己低于4mm/擊。見表1。

4.防卷邊控制措施

4.1 沉樁停錘標準優(yōu)化

通過以上卷邊原因分析結合現(xiàn)場實際情況研判，鋼管樁沉樁停錘以貫入度控制為主，最大錘擊能量宜控制在550KJ以內(nèi)，錘擊能量每級加載后，如果貫入度比較上一級錘擊能量對應的貫入度有增大，則保持正常錘擊沉樁直至貫入度再次降低到5mm/擊時，繼續(xù)逐級加載錘擊能量進行鋼管樁沉樁；如果貫入度比較上一級錘擊能量對應的貫入度沒有增大甚至更低，分以下兩種情況制定沉樁停錘控制標準如下：

（1）如果貫入度還有5mm/擊或6mm/擊，繼續(xù)錘擊直至貫入度降低到最后3陣4mm/擊或3mm/擊，則可以停錘。

（2）如果貫入度只有4mm/擊或3mm/擊，則通過2陣錘擊驗證一下貫入度，如果還是4mm/擊或3mm/擊，則可以停錘。

4.2 增設樁外破土環(huán)

變更樁端2m加強段40mm壁厚的鋼板，由內(nèi)側變徑對接焊為外側變徑焊接，起到沉樁時樁端的破土作用，可在同等錘擊能量和貫入度標準下有效增加樁尖入土深度，盡量達到防卷邊的貫入度標準與設計標高雙控要求的統(tǒng)一。

4.3 特殊情況停錘標準

當遇到標貫大于200的區(qū)域沉樁時貫入度己達到5mm/擊或高應變檢測顯示樁身應力超200MPa，樁端靜土阻力值達超25000KN時及時聯(lián)系設計確認停錘。

4.4 控制樁尖標高入土深度

一樁一議，根據(jù)散體狀強風化層厚度與設計最終嵌巖孔底標高計算的樁尖入土深度，即使進入散體狀強風化巖層未達到設計要求的深度，當貫入度減至5mm/擊時為防止卷邊只需出護筒嵌巖段長度12-15m可停錘。極端情況遇沉樁困難，標高超高過多，無法實現(xiàn)嵌巖長度保證時，可通過后注漿工藝在樁端與樁側注漿法達到設計承載力和抗拔力要求。

5.結語

通過對鋼管樁在沉樁嵌巖樁尖產(chǎn)生卷邊原因的分析，制定有效的防卷邊措施，可有效控制工程中沉樁嵌巖卷邊的發(fā)生。根據(jù)工程實例統(tǒng)計，卷邊發(fā)生率從開始的8.33%降低到1.09%，切實提高了后續(xù)的施工工效、節(jié)約了施工成本，減少了卷邊處理可能存在的安全風險。同時對卷邊后處理措施進行經(jīng)驗總結，為卷邊發(fā)生后快速處理提供了解決方案。本文提出的防卷邊控制標準也為樁長設計的相對優(yōu)化提供了切實的參考依據(jù)。