海洋環境強震區超大直徑樁基鋼護筒下沉問題與處理技術

馮忠居，尹洪樺*，李孝雄，袁楓斌，張福強，劉闖，馬曉謙，吳敬武，孫平寬

（1.長安大學公路學院，陜西 西安 710064；2.海南省交通運輸廳，海南 海口 570000；3.海南省公路勘察設計院，海南 海口 570000；4.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100000）

海洋環境強震區超大直徑樁基鋼護筒下沉問題與處理技術

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

（1.長安大學公路學院，陜西 西安 710064；2.海南省交通運輸廳，海南 海口 570000；3.海南省公路勘察設計院，海南 海口 570000；4.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100000）

海南省鋪前大橋主橋墩樁基礎設計樁徑4 m，樁基施工過程中采用的鋼護筒直徑4.3 m，長度25.7 m，如此超大直徑的深長鋼護筒目前在國內外鉆孔灌注樁中鮮有應用。受橋址區砂礫、卵石土、微風化花崗巖等巖土地質條件限制，鋼護筒在下沉過程中出現下沉困難的情況時有發生。根據鋪前大橋海洋環境及強震區的場地條件、橋址區巖土地質情況，比較了解決鋪前大橋主橋墩φ4.3 m超大直徑鋼護筒下沉困難的3種技術方案，并提出對不能下沉就位的鋼護筒可通過減小鋼護筒長度，適當增加樁基礎配筋率的措施，以增強樁基礎的抗彎、抗剪能力，滿足強震作用下樁基礎的抗震性能。

海洋環境；強震區；超大直徑樁基礎；鋼護筒；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，大直徑鉆孔灌注樁被廣泛應用于橋梁樁基工程領域，而鋼護筒往往作為鉆孔灌注樁施工的成孔圍護措施，實際中永久性鋼護筒作為樁基礎的一部分承受著部分荷載。目前橋梁樁基礎直徑φ2.5 m左右的較為常見，樁徑超過φ3.5 m的樁基礎并不多見，為滿足特殊承載能力要求，直徑超過φ4.0 m的樁基礎也有存在。隨著樁基礎直徑增大，鋼護筒的直徑也隨之加大。通過相關文獻檢索及調研[1-8]，鋼護筒在橋梁樁基實際工程中的應用情況統計見表1，針對本文超大直徑φ4.3 m鋼護筒下沉關鍵技術的研究較為罕見。超大直徑鋼護筒的制作、運輸及下沉技術要求更為嚴格，尤其對于海洋環境中存在較厚的砂礫層、卵石層及中、微風化巖的情況，超大直徑下沉過程中經常發生下沉困難的問題，往往導致樁基施工停滯，鋼護筒下沉已成為影響樁基礎施工的關鍵環節之一。

表1 國內具有代表性的橋梁樁基鋼護筒使用情況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5.6 km，其基礎采用鉆孔灌注樁形式，該橋34號主墩基礎采用兩個分離式承臺，樁基在單個承臺下呈行列式布置，每個承臺下采用16根φ4.3 m/φ4.0 m鋼管復合樁，左側樁長38 m，右側樁長29 m；按端承樁設計，樁尖持力層為微風化花崗巖，并嵌入微風化巖層不小于13 m，承臺尺寸為35.5 m×35.5 m×7 m（厚）。34號主墩樁基礎周圍土體由上至下主要為淤泥質黏土、砂礫、卵石、（中）微風化花崗巖等，樁端嵌入中、微風化花崗巖約14 m。

34號主墩樁基礎鋼護筒直徑為4.3 m，長度為25.7 m，采用Q345qC鋼材制作。鋼護筒分為3節，筒頂設置厚0.8 cm、高50 cm、內徑428.6 cm的環鋼帶，與第1節護筒焊為一體。第1節長度為5.32 m，壁厚2.8 cm；第2節長度16.38 m，含有剪力環、吊環，壁厚3.5 cm；第3節長度4.00 m，壁厚4.5 cm，與樁端相接。鋼護筒的構造設計如圖1所示。

圖1 鋼護筒設計構造示意圖（單位：cm）Fig.1 Steel casing design structure（cm）

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

2 超大直徑樁基鋼護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號主墩左幅的1號、5號、9號和13號孔位并持續使用振動錘激振下沉護筒，受地層巖土體特性變化，發生鋼護筒下沉困難，均無法下沉至設計標高。具體鋼護筒孔位平面位置示意如圖2所示。各樁位下沉后標高情況見表2。

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

34號主墩鋼管復合樁永久鋼護筒筒底設計標高在左右幅承臺下分別為-20.5 m和-15.5 m，護筒頂設計標高統一為+5.2 m，鋼護筒長度分別為25.7 m和20.7 m。由表2說明，由于鋼護筒底口所對應的地層為礫砂/卵石土或卵石土堅硬地層，且1號和5號孔位鋼護筒所處巖土情況為礫砂8.6 m、卵石土4.9 m，9號和13號孔位鋼護筒地質情況為礫砂11.1 m和卵石土2.9 m，可知堅硬土層厚度較大致使鋼護筒下沉困難，4個孔位的鋼護筒均未下沉至設計標高。

表2 鋼護筒施工下沉情況Table 2 Sinking situation of steel casing

3 超大直徑樁基鋼護筒下沉問題處治技術

分析φ4.3 m超大直徑鋼護筒沉放施工現場實際及設計方案，提出了3種方案，見表3。綜合比較分析3種方案的可行性、經濟性及施工周期，最終確認方案三。對不能打入的鋼護筒不再繼續打入，適當增加鋼筋，提高樁基礎的抗震性能。

表3 不同解決方案對比Table 3 Com parison of different solutions

在提出解決方案的同時應注意如下方面：

1）緊密跟蹤鋼護筒沉放過程，并記錄備案，鋼護筒振動沉放后因地質原因未能達到預期標高的樁基，應與超前鉆探結果進行復核對比，并由設計方作優化設計，在護筒區內采取鋼筋籠配筋加密措施，以提高樁基自身抗彎、抗剪性能，達到設計目的。

2）對設計樁位采取超前、加密鉆探，確保地質勘查資料準確無誤，便于設計方復核優化主墩基礎的設計。

4 結語

鋪前灣強潮涌海域大規模采用φ4.3 m超大直徑樁基鋼護筒尚屬首例，對超大直徑鋼護筒下沉是技術考驗。針對鋪前大橋主橋墩樁基φ4.3 m超大直徑鋼護筒下沉困難不能達到設計標高的問題，提出減小鋼護筒長度，適當增加樁基礎配筋率，以增強樁基礎的抗彎、抗剪能力，滿足強震作用下樁基礎的抗震性能。本文的海洋環境強震區超大直徑樁基鋼護筒下沉問題及處理技術，可為類似工程提供技術借鑒和積累技術經驗。

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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。

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