安庆港港区三期工程桩基沉桩施工.doc

安庆港港区三期工程桩基沉桩施工作者：章世斌摘要：介绍在中密砂层中，预应力混凝土方桩的沉桩施工，重点阐述了沉桩过程中，如何克服桩身因锤击产生的拉压应力。桩基在砂层中的承载力恢复系数大约1.151.25之间。 关键词：桩基 沉桩 施工 一、工程概况安庆港五里庙港区三期集装箱码头工程位于一期件杂码头和二期集装箱码头之间，码头设一个集装箱专用泊位，设计船型为5000吨级江海轮，设计年吞吐量5万TEU。该码头距上游安庆长江大桥约800m，码头岸线长107m，工程占地约10000m2。工程内容包括高桩梁板码头一座及护岸工程，主要工程数量如下：码头前方平台107×15.5m、后方平台107×12.5m及码头范围内的抛石护岸。基础型式主要为900、1000钢管桩及600×600预应力混凝土方桩。水文条件（85国家高程系）1）计位参数设计高水位16.034m（频率2%）设计低水位2.324m（当地航行基面）码头面设计高程16.854m设计河底高程-3.856m施工水位4.300m2）安庆水文站水位特征多年平均水位8.27m历年最高水位16.80m（1954年）历年最低水位1.62m（1929年）安庆水文站各月平均水位表月份123456789101112水位（m）3.814.025.387.249.5910.9512.5411.9111.2310.067.685.093）流速洪水期最大流速：3.5m/s地形地貌及地质情况本工程所在区域地形平坦，地貌上属河漫滩。堤外滩地由1978年筑围堰吹填形成，水域前沿有一深槽，岸坡以受河水冲刷作用为主，坡比1:3-1:4，最陡处1:2.9；地下水为潜水及上层滞水型。层号地层成因岩土名称顶板标高（m）厚度（m）岩土层结构特征Q4a1淤泥质粉质粘土13.449.641.03.0灰色，软塑状态，高压塑性，饱和，不透水，稍有臭味，分布岸坡地带，为洪水区淤积而成Q4a1粉质粘土13.4415.641.05.0灰黄色，可塑状态，湿饱和，中等压塑性，分布岸坡地带，为洪水区淤积而成Q4a1含砾中细砂16.5917.022.56.2灰黄色，松散稍密，质纯为人工吹填土，分布于钢筋交易市场地表，层位稳定Q4a1粉质粘土2.3414.16515.5褐黄色灰黄色，软塑状态，饱和，中等压塑性，层位稳定，厚度较大-1Q4a1粉土10.1810.920.81.4灰黄色，硬塑状态，饱和，粘粒含量10%左右，呈透镜状分布-2Q4a1粉砂4.701.1灰色，松散，饱和，质纯，干净，呈透镜状分布Q4a1粉质粘土夹粉细砂6.035.941.013.3灰褐色或灰色，可塑状态，中等压塑性，饱和，夹微薄层粉细砂，层位稳定，厚度较大-1Q4a1粉细砂0.98.32.44-5.74灰色,饱和,稍密,质纯,干净。-2Q4a1淤泥质粉质粘土0.84-5.44-14.36灰色,软塑状态,高压塑性,饱和,不透水,有臭味,呈透镜状分布。Q4a1粉细砂815.4-7.46-18.36灰色,饱和, 稍密,质纯,干净, 层位稳定，厚度较大。Q4a1细砾0.62.0-25.36-26.36灰色, 砾石成分为石英,含量40%60%,最大粒径可达7.0cm, 稍密 中密状态, 层位稳定，厚度较小。K2强风化泥质粉砂岩1.02.1-16.56-28.36紫红色,强风化,呈土状,密实,干钻即可钻进。中风化泥质粉砂岩3.0-17.56-28.99紫红色,中风化,取芯多呈碎块状,少量短柱状、饼状，干钻难钻进,失水易干裂,暴露地表易风化。微风化泥质粉砂岩6.0-30.16紫红色,微风化, 取芯呈柱状,少量饼状, 干钻难钻进, 失水易干裂,暴露地表易风化。桩基穿越的土层主要为粉质粘土、粉细砂、细砾、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。二、沉桩施工1）吊运混凝土方桩和钢管桩均在加工厂制作成型，用方驳运至施工现场，打桩船沉放。现场起吊时，采用四点吊，做到安全平稳，否则易将桩身折裂。2）方桩平面位置控制在预制好的方桩上用墨线划出方桩中心线及刻度线，钢管桩上划出刻度线，在垂直与平行码头前沿线方向分别架设一台经纬仪，利用方桩中心线两台经纬仪交汇控制沉桩平面位置。吊桩时，打桩船桩架略为向前倾倒2-4度，桩身自由下沉后，打桩船负重减轻，船头抬起，桩架后倾，这样桩身可以垂直自由下沉；打桩船就位时，要考虑一个提前量，就位时向岸偏移10-20cm，用于抵消桩身自由下沉和开始锤击时，桩身在岸坡向江侧的滑移量。侧随时复核桩身下沉垂直度，锤击时确保桩锤准确的击在桩顶中心的部位，尤其注意斜桩的施打，其斜度均为4：1，平面扭角均为18o。沉桩时以贯入度控制为主，标高控制作为校核，。混凝土方桩贯入度5mm，钢管桩贯入度3mm作为控制标准。根据业主提供的施工控制测量点，在码头后方陆上布置一条平行于码头前沿线打桩施工基线AO，在基线上布设若干桩位控制点A1、A2、A3.An。采用两台经纬仪前方交会法控制桩位。高程由水准仪控制，测桩时，观测桩靠近笼口一侧的边线，检查沉桩的准确性。每次观测时，经纬仪都重新后视基准点，测量控制基线布置如下：3）沉桩设备本工程预应力混凝土方桩和钢管桩主要穿越的土层有：粉质粘土、粉细砂、细砾、强风化泥质粉砂岩等，桩尖持力层位于中风化泥质粉砂岩，最大桩长43m。结合现场水深情况及按照重锤轻打的原则，采用航工桩2打桩船、配备D80-23锤沉桩。打桩船及桩锤性能见下表：航工桩2打桩船主要性能参数总长（m）型宽（m）型深（m）龙口距离船首（m）吃水（m）俯仰角度（°）最大桩重（t）最大桩长（m）39.315.63.23.22.0±18.54042m+水深D80-23桩锤主要性能活塞重(t)总重(t)最大爆发力(kN)每锤打击能量 (KN.m)8.017.126002724）沉桩航工桩2打桩船作业时,采取顶岸操作，设后缆、尾缆、前缆和前进缆，后缆抛八字锚,锚缆缆绳长度不小于100m，尾缆缆绳长度不小于150m，前缆固定在1期、2期码头系船柱上，在正前方挖地龙带前进缆。考虑到起重船安装预制构件时的吊幅限制与起重船两次调遣，前方桩台空心板采用起重船安装，先施工前方桩台横梁及上部面层结构。当前方桩台空心板安装完毕后，进行后方桩台空心板的安装。后方空心板采用吊车安装。本工程沉桩作业一次性完成，即：第一阶段：后方桩台预应力混凝土方桩沉放第二阶段：前方桩台钢管桩沉放沉桩时，由于一期码头和二期码头的限制，须将打桩船平面扭转一角度.利用高水位沉放位于一期、二期码头交接处的三角形区域内的桩基（如图所示），当该部分桩基沉放完毕，调正打桩船船位，按正常顺序自下游向上游呈阶梯形沉桩。三角形区域沉桩示意图后方桩台混凝土方桩沉桩完成后，进行前方桩台的沉桩。沉桩工艺流程：移船取桩吊、立桩入龙口移船就位调平船、调整笼口的垂直度（斜度）定位收紧缆绳桩自沉测桩偏位，调整船和龙口压上替打和锤测桩偏位，调整船和龙口小冲程锤击沉桩正常锤击沉桩满足沉桩控制条件，停止锤击测桩偏位起吊锤和替打测桩偏位移船取桩。本工程地质基础主要是砂层，标准贯入度较小（标准贯入度击数达到4050击），且方桩需要穿过砂层厚度较厚（桩尖标高达到-22.0米时，穿越砂层平均厚度达15米左右，给混凝土方桩沉桩施工带来较大的困难。施工前，根据现场地质情况，结合以往沉桩经验，制定了重锤轻击，停停打打的施工方案。但施工时，沉放第一根方桩就出现了断桩。现场分析可能是穿越砂层太穿越厚，砂层厚度11米，D80柴油锤穿越砂层厚度为810米。针对以上困难，业主联系武港院质量检测中心，及时对方桩沉桩进行高应变动测,同时对K12（补）方桩沉桩过程进行了高应变跟踪动测。根据高应变动测结果，锤击沉桩是桩身的压应力和拉应力均超过规范规定（规范规定最大压应力为1020Mpa，最大拉应力为5Mpa。拉压应力超过规范规定是造成断桩的主要原因。根据高应变动测结果，设计对混凝土方桩沉放进行了设计变更，同时根据高应变动测结果采取针对沉桩时，拉压应力过大，在以后的沉桩施工中采取了：重锤轻击，停停打打，进入砂层后，连续锤击100击或桩身进尺0.5米，停锤5-10分钟，然后再进行下一阵次锤击。增加锤垫厚度，锤击时注意观测锤、替打和桩是否同心，防止桩身偏心锤击，增加打桩船的定位缆绳，确保锤击过程船身稳定，锤击时密切观察江面行船，特别是海事部门的巡逻快艇，避免船行波浪影响打桩船的稳定，如果有影响打桩船稳定的干扰因素，停止锤击，等干扰因素消除后，再继续锤击沉桩。实践证明取得了确实有效的成果，确保了混凝土方桩沉桩施工能按时完工。根据高应变动测结果，混凝土方桩初打和复打的恢复系数大约为1.151.25之间，进入砂层较厚时，可以取到1.30 。桩尖进入砂层后，桩身侧摩阻力明显增加，侧摩阻力值可取到150kpa 。钢管桩沉桩施工较为顺利。动测结果如下：CAPWAPC曲线拟合法分析结果序号桩号入土深度(m)桩尖标高(m)测试时贯入度(mm/b)沉桩日期动测日期最大锤击能量(KJ)最大压应力(Mpa)最大拉应力(Mpa)单桩轴向承载力检测值(KN)总承载力侧摩阻力端承力1K12-初打21.2-19.45.82004.10.122004.10.1255.027.02.53069.91455.61614.42K20-初打20.7-21.85.02004.10.092004.10.0953.626.95.12875.01224.71650.33K20-复打20.7-21.84.02004.10.092004.10.1851.626.20.83867.71946.01535.84K17-初打21.8-22.24.32004.10.202004.10.2040.424.13.63347.52331.91401.55K22-复打19.6-23.53.52004.10.082004.10.1863.128.92.34574.42870.91703.46K23-复打21.4-21.33.92004.10.072004.10.1865.629.40.34049.42773.71275.87K12补-初打17.5-15.53.02004.10.132004.10.1343.825.10.82703.11085.71617.418.5-16.54.02004.10.132004.10.1348.025.82.72786.11005.81780.319.5-17.55.02004.10.132004.10.1343.424.53.02877.1912.91964.320.5-18.54.82004.10.132004.10.1346.925.53.13122.11305.41816.721.5-19.53.82004.10.132004.10.1346.125.52.33336.61558.51778.122.5-20.54.02004.10.132004.10.1351.526.94.13548.11839.71708.523.8-21.82.52004.10.132004.10.1336.724.51.04052.02046.22005.88B22-初打16.9-28.12.52004.11.282004.11.2868.9157.053.55030.61853.43177.29B23-初打22.1-27.61.72004.11.282004.11.2876.7150.363.85107.84051.51056.3三、综合整个沉桩施工，总结有以下几点体会： 1）混凝土方桩沉桩施工,穿越中密砂层厚度不宜太厚（一般不超过10米），如果砂层太厚，可考虑将干打桩改为水冲桩。2）当桩尖进入中密砂层，随着进入砂层深度的增加，桩身侧摩阻力明显增加。3）在砂层中，初打以后的应力恢复系数比较大，根据高应变动测结果分析，恢复系数达到10%以上。4）在砂层中锤击沉桩，可以采用重锤轻击、停停打打的施工方法，当贯入度较小时，可以采用阵次锤击，中间停顿的方法，减小因砂层负摩阻力对桩身产生的拉压应力。5）沉桩时，替打内的锤垫要有一定的厚度，才能缓冲锤击时对桩身产生的应力。锤击时，锤、替打、桩的轴线必须在同一轴线上。6）码头开工时期最好选择在6-7月份开工，在汛期利用高水位施工桩基，枯水季节低水位施工其它部位，避免因水位影响而赶工期，增加工程施工投入。