開口圓管鋼樁送樁段的工程應用

邱海榮

中海石油(中國)有限公司上海分公司 上海 200335

1 引言

在工民建基礎施工中，送樁概念(或替打)是經常被用到的。譬如：設計的基礎結構頂部低于泥面，但沉樁時地面還沒有開挖，作業(yè)的樁錘不能入泥，為了將基礎打到設計深度，往往借助一段送樁，將基礎結構送到泥面以下。在海洋工程領域，結構基礎往往沒入水中，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。在特殊場景下，比如海上導管架安裝項目，在沉樁過程中發(fā)現(xiàn)液壓錘套與導管架浮力艙的進水閥門保護罩發(fā)生干涉，樁錘不能繼續(xù)貫入，也可通過送樁予以解決。

圖1 導管架送樁施工

2 送樁的設計要求及注意事項

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

2.1 送樁段長度 可結合錘套最大外徑尺寸、樁入錘套深度等實際情況確定送樁段長度。

2.2 送樁段壁厚 樁錘將能量直接傳遞給送樁，經過送樁段，將錘擊能量傳遞給鋼樁。送樁在錘擊系統(tǒng)中相當于一大塊墊鐵，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，容易導致自由站立不穩(wěn)。

以下兩點需要注意：

1)能量傳遞。送樁段與鋼樁頂部接觸部位的壁厚可適當大些。這樣可以確保即使送樁偏向一側，仍可以覆蓋對接鋼樁的壁厚而不會發(fā)生錯皮，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，否則局部易造成應力集中，導致焊縫疲勞斷裂。

2.3 插尖設計 插尖設計是送樁設計的核心。送樁段能否站立穩(wěn)定，在沉樁過程中結構強度是否滿足要求，都與插尖關系密切。

1)插尖長度。插入鋼樁頂部的長度多，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度多，容易變形卡住，拔不出來。環(huán)焊縫突出，亦有可能導致插尖無法插入鋼樁內部。設計者可根據(jù)實際情況選取合適的插尖長度。

2)插尖外徑。插尖與鋼樁內壁預留一定間隙，首先要保證海上對接時能夠插進去。但間隙值過大，會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。設計者還可以通過在插尖上部和下部增設間隙條調節(jié)間隙大小。

3)插尖與送樁主體的連接形式。一般來講，插尖不僅在對接過程中起到定位的作用，還在錘擊過程中發(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系統(tǒng)最薄弱的地方。在鋼樁貫入到預定深度后，插尖和送樁之間的連接可作為重要的部位進行檢測。

2.4 錐頭設計 為了順利完成送樁段水下對接，需在插尖頂部設計錐頭。結合工程經驗，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，避免在錘擊過程中產生的沖擊波將送樁頂出鋼樁。

2.5 標識 為了方便水下機器人觀測對接和施工過程，需要在送樁段上使用白色油漆對刻度和端部進行標識。

3 工程應用

3.1 情況介紹 某平臺采用12根裙樁作為基礎，將海上平臺牢牢固定在海床上。在海上安裝時發(fā)現(xiàn)四根主樁在沉樁過程中存在錘套與保護罩發(fā)生碰撞的風險。經研究后擬引用送樁解決。設計者提前開展了鋼樁自由站立和可打入性分析。

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

3.3 可打入性分析 根據(jù)文獻1得知，施工時鋼質送樁材料與混凝土樁基礎對接，能量折減約11%。本文采取鋼對鋼材質連接，考慮送樁段的長度，剛度和土體特性等多因素不同，都會對錘擊能量的傳遞造成影響。為保守起見，鋼質送樁與鋼質基礎對接考慮能量折減15%進行可打入性分析。

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%進行可打入性分析。對于連續(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計深度98米。每米的最大錘擊數(shù)理論計算值為210，小于拒錘標準。

設計者可借助現(xiàn)場錘擊數(shù)記錄，通過調整錘擊能量，來反推土體阻力。從打樁記錄看，實際錘擊數(shù)與理論模擬工況相似，最大錘擊數(shù)差相比不超過5%。

在連續(xù)貫入時，B1-3樁現(xiàn)場錘擊效率約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線之內。雖然在沉樁過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%。考慮工程上使用鋼質替打的材質不同，在預測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 結論

本文結合一個成功的海上平臺送樁工程案例，指出送樁段設計的要點和注意事項，希望能對其它工程項目起到借鑒作用。