淺談海上臨時鋼管樁承載力計算及施工工藝

1、淺談海上臨時鋼管樁承載力計算及施工工藝【摘要】鋼管樁承載能力、抗彎能力及捶擊、穿透性能均較強大，遠高于混凝 土管樁，比較適合于自然條件較惡劣如波浪較大海域的現(xiàn)澆箱梁及開敞式碼頭工 程。鋼管樁目前大多采用 1%號低碳鋼 ,材料的抗壓、抗拉、抗剪強度很高 , 加工成 鋼管后抗彎能力很強 , 在持力層好的地質(zhì)情況下選用 ,可以大大地發(fā)揮其受力特性 , 提高單樁承載力 ,減少布樁數(shù)量。本文結(jié)合青島海灣大橋三合同海上臨時鋼管樁施 工的實踐，對海上臨時鋼管樁承載力計算及整套施工工藝做簡要的論述?！娟P(guān)鍵詞】海上 ;臨時鋼管樁 ;承載力計算 ;施工工藝中圖分類號：U215 文獻標識碼：A1 、工程概況青島海灣

2、大橋第三合同段工程范圍包括主線橋范圍K14+030,K16+01Q 長度為1980m 墩號范圍 96,129 號墩，共計 10 聯(lián)。匝道橋范圍:A 匝道AK0+149.85,AK0+949.85,長度為 800m 共計 4 聯(lián);B 匝道 BK0+000,BK1+531.9,長 度為 1531.9m,共計 9 聯(lián);C 匝道 CK0+149.9,CK1+780.857,長度為 1630.957m,共 計 11聯(lián);D 匝道 DK0+390.5QK1+075.5,長度為 685m 共計 4 聯(lián)。紅島連接線 K0+000,K1+310,長度為 1310m 其中起點設(shè)平交口與泉大公路連接，橋梁范圍 K0+

3、160,K1+310,共計 5 聯(lián)。被交公路改建 600 米。標段內(nèi)除主體工程為橋梁工程 外，紅島連接線收費站及被交道路改建為道路工程，路基填方約為12879 立方，路基挖方約為 29298 立方，臨時鋼便橋 4.5km。青島海灣大橋第三合同段施工自 2007 年 4 月到 2011 年 6 月累計計劃投入鋼管樁約 6000 余根（管徑主要包括 813mm720 mm630 mm529 mm 等幾種形 式） 。2、海上臨時鋼管樁承載力計算對于開口樁，其承載機理和承載力隨有關(guān)因素的變化遠比閉口樁復(fù)雜。這是由 于樁沉入過程，樁端土一部分進入管內(nèi)形成“土塞”或“土芯”，一部分將被擠向 樁周。進入管內(nèi)

4、的土芯在沉樁過程中受到內(nèi)壁摩阻力作用將產(chǎn)生一定壓縮，因此土 芯的高度及其閉塞效果與土性、管徑、壁厚、樁入土深度及進入硬持力層的深度等 諸多因素有關(guān)。而樁端土的閉塞程度又直接影響端阻發(fā)揮與破壞性狀及樁的承載 力，稱此為“閉塞效應(yīng)”。開口樁的豎向承載力實際上由以下三部分組成：樁外側(cè)摩阻力 Qsu 管內(nèi)摩阻力 Qisu和環(huán)底端阻力 Qtpu。管內(nèi)土芯側(cè)阻力的發(fā)揮性狀不同于管外側(cè)阻力，后者隨 樁頂受荷、沉降出現(xiàn)自上而下發(fā)揮，前者則只有當(dāng)荷載傳遞到樁端并產(chǎn)生樁端沉降 才開始由下而上逐漸發(fā)揮。由于荷載較小時管內(nèi)土塞連同樁管同步下沉，只有當(dāng)土 塞底部受到足夠大的反力，土塞才產(chǎn)生相對于管壁的向上位移而時側(cè)阻力

5、逐漸發(fā)揮 出來。經(jīng)不同樁徑，不同土層地基，不同的入土深度的試驗表明，土芯閉塞效應(yīng)隨 樁端進入持力層的深度、樁端構(gòu)造而顯著變化。開口鋼管樁承載力的計算可分為兩大類，第一類是分別計算管內(nèi)土塞側(cè)阻力、 管外側(cè)阻力、環(huán)底端阻力，三者之和為單樁承載力 ; 第二類是分別計算管外側(cè)阻力 和端阻力，計算側(cè)阻力時考慮擠土效應(yīng)，計算端阻力時考慮樁端的閉塞效應(yīng)。第一類計算方法的難點是鋼管樁管內(nèi)土塞側(cè)阻力計算，因為土塞側(cè)阻的性狀受 多因素制約而變化。迄今管內(nèi)土塞側(cè)阻的計算尚未形成切實可行的計算方法，一般 使用第二類計算方法。第二類計算方法是以理論分析與經(jīng)驗為基礎(chǔ)建立起來的，開口鋼管樁單樁極限 承載力計算公式為：式中：

6、樁周第 i 層土的極限側(cè)阻力和極限端阻 ;樁周第 i 層土的厚度 ;樁端投影面積 ;側(cè)阻擠土效應(yīng)系數(shù)，主要隨樁徑的增大而減小，按下表取值；端阻閉塞效應(yīng)系數(shù)，隨樁端進入持力層深度增大而增大，按下式確定：開口鋼管樁側(cè)阻擠土效應(yīng)系數(shù)D(mm) 600 700 800 900 10001.00 0.93 0.87 0.82 0.773、海上臨時鋼管樁施工工藝 海上施工臨時鋼管樁是為海上現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工而設(shè)計的支架結(jié)構(gòu)，其功能是 用于完成箱梁施工，同時為箱梁施工提供工作平臺，其操作要點是承載力確定、鋼 管樁準確定位、鋼管樁打入深度符合要求。海上工程臨時鋼管樁施工工藝：鋼管樁承載力確定 ?鋼管樁加工 ?鋼

7、管樁定位 ?鋼管樁打設(shè) ?支架上部結(jié)構(gòu)安裝 ?箱梁施工 ?鋼管樁拔除。具體工藝如下：3.1 、鋼管樁承載力確定根據(jù)箱梁結(jié)構(gòu)自重、模板、貝雷梁、型鋼梁重量、鋼管樁自重、施工臨時荷 載、安全系數(shù)等情況計算鋼管樁所需提供的之返利，結(jié)合鋼管樁所處地層的相關(guān)參 數(shù)計算鋼管樁打入深度，確保鋼管樁具備足夠的承載力。3.2 、鋼管樁加工鋼管樁采用螺旋焊管，由專業(yè)廠家加工，加工節(jié)段長度為11m,18m 管徑根據(jù)設(shè)計進行確定。加工完畢的鋼管樁直接用汽車運至工地，根據(jù)現(xiàn)場施工進度組織分 批運送至現(xiàn)場。鋼管樁運輸過程堆放按沉樁順序可采用多層疊放，各層墊木位于同 一垂直面上，船上管樁的疊放層數(shù)不宜超過二層，以保證行船安

8、全。鋼管樁起吊、 運輸和堆存過程中須避免因碰撞等原因而造成管身變形的損傷。注意在鋼管樁沉放 前再次檢查管節(jié)焊縫。3.3 、鋼管樁定位沉放前先計算出每條鋼管樁的坐標，在鋼棧橋上針對各墩分別布置一條基線， 基線上的每一個觀測點用全站儀精確測量其坐標位置，并用水準儀測出其高程 ; 然 后計算出每個墩中每一根樁上觀測點的坐標及交會角，并匯總成表供觀測沉樁使 用。沉放時有施工便橋可借助的部位在正面設(shè)置一臺全站儀觀測定位，側(cè)面設(shè)置二 臺經(jīng)緯儀校核；海中開闊地帶采用 GPS 進行精確放樣。3.4 、鋼管樁打設(shè)鋼管樁沉放使用 DZ90 型振動錘，可以滿足本工程的要求，起吊設(shè)備采用 50t 履帶吊上船進行施工。

9、先期依靠鋼管樁重力插入覆蓋層中，待樁身有一定穩(wěn)定性 后，再利用履帶吊起吊振動錘夾住鋼管樁，開動振動沉錘振動下沉鋼管樁到位。鋼 管樁的結(jié)長可以考慮焊接法蘭盤利用螺栓進行連接，也可考慮直接進行焊接。鋼管 樁逐排沉放，一排樁沉放完成后再移船至另一側(cè)。鋼管樁沉放應(yīng)注意 : 振動錘重心和樁中心軸應(yīng)盡量保持在同一直線上；每一根鋼 管樁的下沉應(yīng)連續(xù)，不可中途停頓過久，以免土的摩阻力恢復(fù)，繼續(xù)下沉困難；沉 放過程加強觀測，鋼管樁偏位不得大于 10cm 垂直度不得大于 1%。3.5 、支架上部結(jié)構(gòu)安裝鋼管樁施打完畢后，對樁頂標高進行精確放樣，用 ,20a 焊接鋼管樁縱、橫向聯(lián) 系，以防水流沖擊傾斜，保證支架的抗

10、扭能力。然后安放砂筒、橫梁及縱向貝雷梁， 并進行可靠連接，至此完成支架上部結(jié)構(gòu)安裝。3.6 、箱梁施工 鋼管樁支架搭設(shè)完畢后，按照先底模后側(cè)模的順序進行模板安裝、鋼筋綁扎、混凝土澆筑養(yǎng)護、預(yù)應(yīng)力施工等常規(guī)工序進行施工。3.7 、鋼管樁拔除箱梁施工完畢后，拆除支架上部結(jié)構(gòu)，進行鋼管樁拔除。鋼管樁拔除時根據(jù)箱 梁下凈空限制，利用浮箱加工一浮吊，在浮吊前端配置車載吊機進行鋼管樁拔除。 鋼管樁拔除時首先利用車載吊機吊掛振動錘將鋼管樁周圍土層震動液化，然后利用 浮吊進行靜力拔管，根據(jù)橋下凈空，分段割除，循環(huán)操作直至徹底拔出鋼管樁。鋼 管樁拔除施工時要綜合考慮海上風(fēng)浪及潮汐的影響，充分利用潮汐的高差及海水的 浮力，減少鋼管樁的切割次數(shù)，降低鋼管樁的不必要損耗。青島海灣大橋三合同造價 5.95 億元，各類臨時鋼管樁累計計劃投入約 6000 余 根，通過詳細計算、精確定位、合理布設(shè)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，充分發(fā)揮了鋼管樁的性能， 減少投入約 15%即 900 余根鋼管樁（18000m）,節(jié)約成本 1000 余萬元。4、結(jié)束語 我國當(dāng)前在建和要建的跨海橋梁越來越多,跨海橋梁基礎(chǔ)設(shè)計和施工研