橋梁鋼管樁基礎(chǔ)導(dǎo)桿式柴油打樁錘施工控制及承載力研究

文/吳正華

1 工程概況

本項(xiàng)目屬于引江濟(jì)淮江淮溝通段，根據(jù)航道整治要求，需要對跨東淝河的S12 高速淮河大橋四號(hào)橋進(jìn)行拆除重建，新建淮河四號(hào)橋采用原位改建。改建前，為了維持合淮阜高速公路的正常運(yùn)營，首先需要修建臨時(shí)保通道路橋梁。臨時(shí)保通橋按照快速化施工技術(shù)理念設(shè)計(jì)，其上部結(jié)構(gòu)為先簡支后橋面連續(xù)的鋼板組合梁結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用Φ1200×14mm 的鋼管樁。

由于臨時(shí)保通橋需承擔(dān)兩年的高速運(yùn)營任務(wù)，其按照永久結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單根鋼管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁長約19m，設(shè)計(jì)承載力不低于2500KN，荷載試驗(yàn)承載力要求大于5000KN[1]。

2 DD180 導(dǎo)桿式柴油打樁錘選擇

目前，國內(nèi)鋼管樁常用的施工設(shè)備主要有三種：液壓振動(dòng)錘、導(dǎo)桿式柴油打樁錘以及筒式液壓沖擊打樁錘。本項(xiàng)目部施工初期，采用的是永安YZ-400L 液壓振動(dòng)錘，由于施工過程中，出現(xiàn)較高的高樁頻率，且為避免鋼管樁樁頭破損，液壓振動(dòng)前還需加強(qiáng)樁頂；另外，考慮到Y(jié)Z-400L 液壓振動(dòng)錘施工時(shí)間較長（至少需要120min 以上），為加快施工進(jìn)度，項(xiàng)目部隨即又進(jìn)場了一臺(tái)導(dǎo)桿式柴油打樁錘。導(dǎo)桿式柴油打樁錘是通過沖入筒體的霧狀燃料爆發(fā)，使錘芯形成“跳高”；錘芯以自由落體方式提供沖擊能量打擊樁體，屬于沖擊式樁錘。該設(shè)備通過錘芯沖擊樁頂，產(chǎn)生向下擠壓力，對樁影響小，便于成樁。

為避免出現(xiàn)頻繁高樁情況，本項(xiàng)目選擇了較大型號(hào)的DD180 導(dǎo)桿式柴油打樁錘。DD180導(dǎo)桿式柴油錘，氣缸體質(zhì)量重18t，氣缸體最大沖程3m，最大能量540KJ。施工過程中要嚴(yán)格控制落錘高度低于2m，以此減少對樁身的影響。

3 柴油打樁錘試樁施工概述

為檢驗(yàn)鋼管樁設(shè)計(jì)方案的合理性、樁基長度設(shè)計(jì)的合理性以及施工設(shè)備選型是否匹配設(shè)計(jì)要求、確定終孔標(biāo)準(zhǔn)（貫入度及設(shè)計(jì)樁長雙復(fù)核標(biāo)準(zhǔn)），鋼管樁打入施工前首先需要設(shè)計(jì)試樁。

3.1 試樁樁長復(fù)核性驗(yàn)算

根據(jù)地質(zhì)條件情況，項(xiàng)目選擇在保通橋1#墩附近（1#墩設(shè)計(jì)樁長20m）設(shè)計(jì)試樁。橋位處地層從地表往下總體上依次為：層厚約6m 的粉質(zhì)黏土層；層厚約3m 的細(xì)砂層；層厚約8m 的黏土層；層厚約3m 卵石層；再往下為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。為確保設(shè)計(jì)試樁一次成功，試樁前首先要進(jìn)行設(shè)計(jì)試樁樁長復(fù)核，根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3363-2019），計(jì)算樁長18.4m 即能達(dá)到255t 承載力，偏安全考慮，同時(shí)根據(jù)打樁錘最大提升高度，設(shè)計(jì)試樁按20m 長進(jìn)行配樁，具體計(jì)算如下圖1：

3.2 試樁施工過程

3.2.1 樁機(jī)就位

打樁機(jī)自身液壓系統(tǒng)就位后，復(fù)查樁位，確認(rèn)合格后，將樁機(jī)吊具捆綁于樁上端約1/4處。

3.2.2 吊樁

起吊鋼管樁，樁尖垂直對準(zhǔn)樁位中心，將樁錘下樁帽徐徐下放套住樁頂，松下吊鉤，使錘、樁帽和樁三者處于同一鉛垂線上。

此過程中，通過經(jīng)緯儀實(shí)時(shí)觀察垂直度，其垂直度偏差不得超過1%；然后利用錘的自重使管樁下沉，樁不再下沉后再次調(diào)整樁機(jī)導(dǎo)向桿、樁帽以及樁的軸線，保持插樁垂直[2]。

3.2.3 樁位、垂直度控制

沉樁前，檢查樁錘、樁帽與樁身的中心線，在縱、橫兩個(gè)方向在同一軸線上。錘擊沉樁開始時(shí)應(yīng)用較低落距（小于2m），并在縱橫兩方向觀察、控制樁位和樁的豎直度；待樁入土一定深度，確認(rèn)位置正確和方向無誤后，再按2m落距進(jìn)行錘擊。柴油錘應(yīng)使錘芯沖程正常，在樁的沉入過程中，觀察樁錘和樁身是否保持在同一軸線上。沉樁過程隨時(shí)要注意樁的位移和傾斜，若有不正常，應(yīng)及時(shí)通過樁機(jī)液壓系統(tǒng)調(diào)整樁架位置和垂直度。另外，沉樁時(shí)應(yīng)按照每根樁及時(shí)填寫沉樁記錄表。

設(shè)計(jì)試樁施工總時(shí)長27min，實(shí)際入土樁長20m，此時(shí)最后三陣平均貫入度9cm/10 擊。

4 鋼管樁荷載試驗(yàn)

4.1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)采用錨樁法，反力梁采用HN900x300mm 型鋼，錨樁采用Φ 820mm 鋼管，使用800t 油壓千斤頂進(jìn)行加載，通過位移測量百分表、靜力載荷測試儀進(jìn)行沉降數(shù)據(jù)收集分析，并對沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。

4.2 荷載試驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)加載到6000kN 時(shí)，本級(jí)樁頂沉降量為1.98mm，上級(jí)樁頂沉降量為1.34mm，樁頂累計(jì)沉降量為14.92mm，直至達(dá)到最大加載量，停止加載（根據(jù)系統(tǒng)最大荷載，檢測單位預(yù)測該樁實(shí)際荷載不低于7500KN）[3]。

5 結(jié)語

5.1 鋼管樁入土19.5m 時(shí)，實(shí)際承載力大于規(guī)范要求的500（t設(shè)計(jì)承載力250t 的2 倍），說明按照既有地勘資料計(jì)算的沉樁單樁豎向抗壓承載力特征值（19m 的入土深度）能達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求[4]。

5.2 根據(jù)19m 入土處的貫入度統(tǒng)計(jì)結(jié)果及試樁承載力情況，得出后續(xù)鋼管樁采用打樁錘施工控制標(biāo)準(zhǔn)：18t 柴油錘落距在2m 以內(nèi)，最后三陣每陣平均貫入度6～13cm/10 擊能滿足施工要求[5]。

5.3 綜上所述，設(shè)計(jì)鋼管樁承載力是按照地勘報(bào)告及相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的。設(shè)計(jì)試樁前，工作人員首先需要對設(shè)計(jì)樁長進(jìn)行復(fù)核性驗(yàn)算，確保試樁樁長滿足設(shè)計(jì)要求；為盡可能保證達(dá)到設(shè)計(jì)樁長，還需要選擇較大的振樁設(shè)備，避免出現(xiàn)頻繁高樁的情況。