開口圓管鋼樁送樁段的工程應(yīng)用

邱海榮

中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司 上海 200335

1 引言

在工民建基礎(chǔ)施工中，送樁概念(或替打)是經(jīng)常被用到的。譬如：設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)頂部低于泥面，但沉樁時(shí)地面還沒有開挖，作業(yè)的樁錘不能入泥，為了將基礎(chǔ)打到設(shè)計(jì)深度，往往借助一段送樁，將基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)送到泥面以下。在海洋工程領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)往往沒入水中，如擬使用普通的水上作業(yè)樁錘完成水下沉樁作業(yè)可考慮引入送樁概念。在特殊場(chǎng)景下，比如海上導(dǎo)管架安裝項(xiàng)目，在沉樁過(guò)程中發(fā)現(xiàn)液壓錘套與導(dǎo)管架浮力艙的進(jìn)水閥門保護(hù)罩發(fā)生干涉，樁錘不能繼續(xù)貫入，也可通過(guò)送樁予以解決。

圖1 導(dǎo)管架送樁施工

2 送樁的設(shè)計(jì)要求及注意事項(xiàng)

采用的打入樁基礎(chǔ)為開口圓管鋼樁，送樁段也采取同樣規(guī)格尺寸的鋼樁，方便海上對(duì)接。

2.1 送樁段長(zhǎng)度 可結(jié)合錘套最大外徑尺寸、樁入錘套深度等實(shí)際情況確定送樁段長(zhǎng)度。

2.2 送樁段壁厚 樁錘將能量直接傳遞給送樁，經(jīng)過(guò)送樁段，將錘擊能量傳遞給鋼樁。送樁在錘擊系統(tǒng)中相當(dāng)于一大塊墊鐵，其本身剛度直接影響能量傳遞的效率。壁厚大的剛度就大，但重量也大，容易導(dǎo)致自由站立不穩(wěn)。

以下兩點(diǎn)需要注意：

1)能量傳遞。送樁段與鋼樁頂部接觸部位的壁厚可適當(dāng)大些。這樣可以確保即使送樁偏向一側(cè)，仍可以覆蓋對(duì)接鋼樁的壁厚而不會(huì)發(fā)生錯(cuò)皮，造成局部受力不均的情況發(fā)生。

2)疲勞損傷值。考慮送樁段要重復(fù)使用，為減少焊縫的疲勞損傷，壁厚差不宜大于20mm，否則局部易造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊縫疲勞斷裂。

2.3 插尖設(shè)計(jì) 插尖設(shè)計(jì)是送樁設(shè)計(jì)的核心。送樁段能否站立穩(wěn)定，在沉樁過(guò)程中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足要求，都與插尖關(guān)系密切。

1)插尖長(zhǎng)度。插入鋼樁頂部的長(zhǎng)度多，送樁段偏斜的角度就小，穩(wěn)定性就好。不利的地方是插入的長(zhǎng)度多，容易變形卡住，拔不出來(lái)。環(huán)焊縫突出，亦有可能導(dǎo)致插尖無(wú)法插入鋼樁內(nèi)部。設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際情況選取合適的插尖長(zhǎng)度。

2)插尖外徑。插尖與鋼樁內(nèi)壁預(yù)留一定間隙，首先要保證海上對(duì)接時(shí)能夠插進(jìn)去。但間隙值過(guò)大，會(huì)引起錘擊能量的損失增大，不利于鋼樁貫入。工程上單邊間隙值取5～10mm即可，可根據(jù)圓管的卷制公差而確定。設(shè)計(jì)者還可以通過(guò)在插尖上部和下部增設(shè)間隙條調(diào)節(jié)間隙大小。

3)插尖與送樁主體的連接形式。一般來(lái)講，插尖不僅在對(duì)接過(guò)程中起到定位的作用，還在錘擊過(guò)程中發(fā)揮著穩(wěn)定送樁段的功能。插尖和送樁段連接往往是整個(gè)系統(tǒng)最薄弱的地方。在鋼樁貫入到預(yù)定深度后，插尖和送樁之間的連接可作為重要的部位進(jìn)行檢測(cè)。

2.4 錐頭設(shè)計(jì) 為了順利完成送樁段水下對(duì)接，需在插尖頂部設(shè)計(jì)錐頭。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，推薦采取四塊筋板拼接的方案。這種形式的錐頭可保證鋼樁和送樁的連通性，避免在錘擊過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊波將送樁頂出鋼樁。

2.5 標(biāo)識(shí) 為了方便水下機(jī)器人觀測(cè)對(duì)接和施工過(guò)程，需要在送樁段上使用白色油漆對(duì)刻度和端部進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

3 工程應(yīng)用

3.1 情況介紹 某平臺(tái)采用12根裙樁作為基礎(chǔ)，將海上平臺(tái)牢牢固定在海床上。在海上安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)四根主樁在沉樁過(guò)程中存在錘套與保護(hù)罩發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)研究后擬引用送樁解決。設(shè)計(jì)者提前開展了鋼樁自由站立和可打入性分析。

3.2 自由站立強(qiáng)度校核 在套接送樁段時(shí)，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)加上送樁段的自由懸臂的長(zhǎng)度為78米。工程使用MHU 1200S液壓錘作為主打錘，海上施工環(huán)境荷載按照設(shè)計(jì)規(guī)格書的要求選取。經(jīng)核算，鋼樁的自由站立強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3.3 可打入性分析 根據(jù)文獻(xiàn)1得知，施工時(shí)鋼質(zhì)送樁材料與混凝土樁基礎(chǔ)對(duì)接，能量折減約11%。本文采取鋼對(duì)鋼材質(zhì)連接，考慮送樁段的長(zhǎng)度，剛度和土體特性等多因素不同，都會(huì)對(duì)錘擊能量的傳遞造成影響。為保守起見，鋼質(zhì)送樁與鋼質(zhì)基礎(chǔ)對(duì)接考慮能量折減15%進(jìn)行可打入性分析。

在額定能量輸出90%的前提下，再折減15%，即取樁錘輸出能量為75%進(jìn)行可打入性分析。對(duì)于連續(xù)擊打工況，在考慮使用MHU 1200S錘與送樁段后可以將鋼樁貫入到設(shè)計(jì)深度98米。每米的最大錘擊數(shù)理論計(jì)算值為210，小于拒錘標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)者可借助現(xiàn)場(chǎng)錘擊數(shù)記錄，通過(guò)調(diào)整錘擊能量，來(lái)反推土體阻力。從打樁記錄看，實(shí)際錘擊數(shù)與理論模擬工況相似，最大錘擊數(shù)差相比不超過(guò)5%。

在連續(xù)貫入時(shí)，B1-3樁現(xiàn)場(chǎng)錘擊效率約85%，錘擊數(shù)曲線基本落在考慮輸出能量75%的理論分析值的包絡(luò)線之內(nèi)。雖然在沉樁過(guò)程中送樁段損失了一部分錘擊能量，但影響不大，錘擊能量折減不到10%?？紤]工程上使用鋼質(zhì)替打的材質(zhì)不同，在預(yù)測(cè)鋼樁可打入性分析中考慮10%的錘擊能量折減是可以接收的。

4 結(jié)論

本文結(jié)合一個(gè)成功的海上平臺(tái)送樁工程案例，指出送樁段設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，希望能對(duì)其它工程項(xiàng)目起到借鑒作用。