２０１４年２月 水运工程 Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｅｂ．２Ｏ１４ Ｎｏ．２ ＳｅｒｉａｌＮｏ．４８８ 第２期总第４８８期 钢管板桩码头中桩锤的选择与应用 曾青松 （中交第四航务＿Ｔ－程勘察设计院有限公司，广东广州５１０２３０） 摘要：对一种新型的板桩码头结构形式——铜管板桩结构的打桩施工进行了详细的阐述，通过钢管板桩组合结构在巴 基斯坦（ ＩｃＴ一２项目中成功应用的实例，对如何针对铜管板桩组合结构和当地特殊的地质情况选择合适的桩锤进行了分析和 实例验证，为类似项目的实施提供了参考。 关键词：板桩码头；铜管板桩组合结构；打桩；施工；桩锤选择 中图分类号：Ｕ ６５６．１ １２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—４９７２（２０１４）０２—０１２６—０４ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｍｍｅｒ ｆｏｒ ｓｔｅｅｌ ｃｏｍｂｉ－ｗａｌｌ ｉｎ ｑｕａｙ ｗａｌｌ ＺＥＮＧ Ｑｉｎｇ—ｓｏｎｇ （ＣＣＣＣ—ＦＨＤＩ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １０２３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｑｕａｙ，ｓｔｅｅｌ ｃｏｍｂｉ—ｗａｌｌ ｗａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｐａｋｉｓｔａｎ ＱＩＣＴ－２ ｐｒｏｊｅｃｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｉｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｍｂｉ－ｗａｌｌ ｉｎ ｔｈｅ ａｆｏｒｅｓａｉｄ ＱＩＣＴ－２ ｐｒｏｊｅｃｔ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｓ ｈｏｗ ｔｏ ｓｅｌｅｃｔ ａ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｈａｍｍｅｒ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｉｓ ｓｔｅｅｌ（。（）ｍｂｉ－ｗａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｙ ｓｅｒｖｅ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｗｉｔｈ ｓｉｍｉｌａｒ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｅｅｔ ｐｉｌｅ ｑｕａｙ；ｓｔｅｅｌ ｃｏｍｂｉ－ｗａ１１；ｐｉｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈａｍｍｅｒ ｌ 工程概述 码头面高程为５．２０ ｍ，港池疏浚前高程一１２ １１１， 疏浚后港池设计底高程一ｌ６．５ ｍ。该方案胸墙桩基 为外直径 ２ ０ １ ６ ｍｍ钢管桩和ＡＺ２６形钢板桩的组 西姆港国际集装箱码头二期工程位于一期 ｒ 程下游，码头岸线总长７２７ ｍ，建设规模为２个 ５万吨级集装箱泊位（结构按靠泊１０万吨级集装箱 船舶设汁）及超过ｌ０万ｍ。的集装箱堆场。本项目 业主为ＤＰ Ｗｏｒｌｄ，总承包方为中国港湾工程有限 合桩结构。钢管桩桩顶设计高程为３．１ ｍ，桩底设 计高程为一２７．０ ｍ，长度３０．１ ｉｎ，全部为直桩。钢 板桩通过锁口与钢管桩进行连接，顶高程与钢管 桩一致，板桩底高程为一１８．５ Ｉｎ。工程区域表层为 密实的粉质细砂层，其下主要为标贯击数较大的 胶结砾石砂层。码头典型横断面见图１。组合板桩 结构见图２。 责任公司，勘察设计单位为中交第四航务勘察设 计院有限公司，设计审查、施工监理单位为英国 Ｒｏｙａｌ Ｈａｓｋｏｎｉｎｇ（Ｈａｓｋｏｎｉｎｇ ＵＫ Ｌｔｄ）公司及当地 Ｔｅｃｈｎｏ—Ｃｏｎｓｕｌｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司联合体，主体施工 单位为中交第二航务工程局有限公司。 ３打桩方案及桩锤类型的确定 ２码头结构方案 码头前墙结构采用钢管板桩组合结构形式， 是综合钢管桩结构及板桩结构的优势进行设计的 一３．１打桩区域地质情况 码头基槽开挖到一１２．０ ｍ再施打钢管桩，沉 桩范围的主要地质情况如下：第１层为密实的灰 种新型结构形式 ｚ１。 收稿日期：２０１３一ｌ】一ｌ２ 色粉质细砂（海洋沉积），分布不均匀，大致分布 作者简介：曾青松（１９７２一），男，高级工程师，从事水工结构设计及项目管理工作。 水运工程 根据ＧＲＬＷＥＡＰ程序对沉桩系统进行分析， 得出的结论是：采用Ｖ４００Ａ的液压锤，壁Ｎ￣＝２４ＩｎｌＴｌ 的钢管桩大部分区域可满足一次沉桩到位的要 求，但是局部地质较硬，大于１２０击土层较厚时， 存在一定的施工风险。沉桩时桩身拉应力不严 重，但桩身压应力会超过２００ ｋＰａ，容易对桩身造 成损坏。建议沉桩的同时进行桩的动力测试，以 ｒ解沉桩过程中桩身应力和桩阻力，避免桩身 损坏。 该方案的优点是桩基能够一次施打到位，减 少施Ｔ辅助环节，保证施工进度；缺点是大能量 锤击下对定位的桩架系统要求高，施工后的桩位 偏差、桩头破损将较为严重。 对周边国家市场上４０ ｔ的液压锤进行了咨询， 仅有一家公司拥有该型号的设备，但其工作任务 相对饱满，无法按项目沉桩的施工安排到场。如 果新购，从订货到交付，至少需要９个月的时间， 不能满足现场施Ｔ的需要。在无法找到合适的液 压锤时，考虑了等能量替代的Ｄ１８０柴油锤。Ｄ１８０ 柴油锤主要性能为：质量３７．５ ｔ，最大撞击能量 ５９０ ｋＮ・ｌ！ｑ。但Ｄ１８０柴油锤在国内的资源也比较 有限，由于现有的打桩船的船型相对较旧，如替 换成Ｄ ｌ ８０的柴油锤，桩架需做较大改动，费时较 长，直接影响该船舶的调遣及该工序开工时间。 考虑换锤的实际困难和施工风险后，该方案被否 决，转而开展较小能量柴油锤进行复杂地层条件 大直径钢管桩施工可行性的研究。 ２）针对Ｂ方案，分析了打桩过程中桩的受 力：钢管桩的桩端阻力和桩侧摩阻力是桩锤需克 服的主要外力。 为了保证钢管桩的抗弯性能及钢管桩在沉桩 过程中穿透贯入击数大于８０击的砂砾石层达到设 汁高程，钢管桩的壁厚无法改变，故无法减小其 桩端阻力。Ｂ方案只能从减少桩内侧摩阻力方面考 虑，也就是在初步稳桩后，利用旋挖钻机或其他 钻孔施 ｒ设备，将桩内土体取出，并预成孔至设 计高程以上１．０ ２．０ １ＴＩ，然后再通过Ｄ１２８柴油锤将 钢管桩复沉到设计高程。 ３．３钢板桩沉桩方案及桩锤确定 本项目采用的钢管桩＋钢板桩的结构形式，两 根钢管桩之间通过一组钢板桩进行连接。在钢管 桩沉桩后，焊接在钢管桩上的拉森型锁口作为刚 性结构了钢板桩的柔性变形，产生较大的沉 桩阻力，将大大增加板桩的施工难度。 根据常用的施工方法有两种施工工艺：１）振 动锤沉桩施工工艺。振动锤沉桩工艺在软弱土质 中使用较多，利用振锤的高频振动以高速度振 动桩体，将机械产生的垂直振动传给桩体，导 致桩体周围土质结构因振动发生变化，强度降 低，桩体周围土质液化，从而减少桩体与土地 的摩擦阻力，然后靠振动沉桩与桩体自重将其 沉人土中。在较硬的土层里，振动沉桩效率将 会受到很大的影响。２）柴油锤沉桩施工工艺。 通过柴油锤的方式沉桩，该方法适用于桩长较短 的钢板桩。 在钢管桩沉桩完成后，２２ ｍ长的钢板桩需直 接安插到位，２２ ｍ的自由度不适合直接采用打入 式的施工工艺。 综上，由于钢板桩受到钢管桩锁口的， 在钢管桩偏位的情况下锁扣产生较大阻力，振动＋ 自重的下沉力不足以将钢板桩沉放到位，并且部 分区域的海床面还存在少量的块石和坚硬的胶结 层，振动力无法穿透，故需采用打人式的工艺， 通过提高沉桩的能量进行沉桩。充分结合两种板 桩施工工艺，制定振动锤初沉，柴油锤复打的施 工工艺进行本项目的钢板桩施工。 ４桩基承载力检测 ４．１高应变动测 钢管板桩结构同时为岸桥前轨道梁基础，组 合桩基础除具有抗弯能力外还需满足垂直承载力 的要求。所以，在施工过程中，确保钢管桩的入 土深度的同时，还要保证旋挖钻机掏挖桩内土体 后钢管桩承载力满足设计要求。根据设计要求， 对４根钢管桩进行了高应变动测的抽检。 根据设计要求的钢管桩承载力为３ ２７２ ｋＮ， 设计要求安全系数为２．０。由于现场钢管桩没有进 行静载试桩，动测检测值需大于２．５倍的设计承载 力，即大于８ １８０ ｋＮ。检验结 踟显示，桩的承载 力安全系数在２．８５以上，符合设计要求。同时， 第２期 曾青松：钢管板桩码头中桩锤的选择与应用 ・１２９・ 桩身的完整性完好，满足使用要求。高应变检测 数据见表１。 表１高应变检验数据 桩号 桩端承载力／ｋＮ桩侧摩阻力／ｋＮ总承载力／ｋＮ 说明 根据Ｏｌｓｏｎ和Ｆｌａａｔｅ的统计分析，得出Ｈｉｌｅｙ方 程产生的最小偏差和最大的统计相关性。得出承 载力大于４００ ｋＮ的情况下，所需要的安全系数下 限为４．０。同时，也对所有前排板桩墙钢管桩［３－６］都 做了计算，计算结果见图３。 根据Ｈｉｌｅｙ公式计算所得的所有钢管桩的安全 系数都大于４，满足公式的最小安全系数要求。 通过现场实施的高应变试验和动力打桩公 ４．２桩力验算 应本项目业主审查咨２１２Ｈａｌｅｒｏｗ的要求，对桩 式的验算，证明钢管桩承载力均满足设计使用 要求。 ５结语 极限承载力进行了核算。核算根据《基础工程分 析与设计》 ，采用了被普遍认可的打桩理式 Ｈｉｌｅｙ方程。 经过大量细致分析和研究定制的利用较小 能量柴油锤辅以桩内旋挖取土的“打挖结合” 的大直径钢管桩沉桩施工方案，可采用常规设备 进行施工，施工方案可靠，同时也节省了时间和 费用； “振打结合”的钢板桩施工方案，可在充 经计算，４根经过高应变动测试桩的钢管桩的 计算承载力见表２。 表２高应变动测试桩结果 分利用现有施工设备的情况下，保证沉桩的可靠 性；通过动力打桩公式指导，利用高应变检测证 明了桩基承载力满足设计要求，理论和实际相结 合，为今后类似项目的沉桩提供了参考。 ２０ ． …．一 ………一…… ～ Ｚ 硼一 －一一一一一～一……一 一……～ 一ｊｆ 繇 瞄 ｌＯ 爨 ¨＿ｌＩ＿ｌｌ●¨ｌｌ ＪＩｌＩＩＪｌＩ－ＩＩＩｌｌｌＩｌＩ¨ｌ１．１ＩｌＩｌｌｌｌｌ¨＿＿ｌ¨ｌｌ＿ｌｌｌｌ●¨ｌｌＩｌｌＩｌｌ＿ｌｌｌｌＩｌ¨＿Ｉｌｌｌｌｌ＿ｌＩｌｌ¨ｌｌ＿ｌ＿ｌｌ＿¨Ｉ１¨ｌｌ¨ｌｌｌｌｌｌｌＩ¨ＩＩｌ¨ｌＩｌ¨ｌＩ¨¨¨ｌｌＩ＿ＩｌｌＩＩ¨Ｉ．１ｌ●Ｉｌｌｌｌｌ¨＿ｌｌｌｌ＿＿ｌｌ＿＿＿ＩＩ●ｌｌｌｌＩｌｌｌｌｌ－¨¨¨¨＿ＩｌｌｌｌＩ【Ｉｌｌ＿¨¨＿【ｌ＿＿●『ＩｌｌｌｌＩ－ ｌ ｌ２ ２３ ３４ ４５ ５６ ６７ ７８ ８９ ｌ００ ｌＩｌ １２２ １３３ １４４ 钢管桩列表 图３钢管桩极限承载力计算结果 参考文献： ［１】１ 朱英，王福强．钢管板桩结构有限元计算方法研究［Ｊ］． 水运工程，２０１ １ｆｌＯ）：２４—２７． ［５】王浩芬，罗梅．确定单锚板桩墙人土深度的概率极限状 态设计法［Ｊ】．水运工程，１９９９（１）：５２—５６． ［６］ＪＴＪ ２９２Ｄ１９９８板桩码头设计与施工规范［ｓ】． 【７】约瑟夫・Ｅ・波勒斯（美）．基础工程分析与设计［ＭＩ．童 小东，译．５版．北京：中国建筑出版社，２００４． ［２】王福强，李庭辉．钢管板桩结构特点及其在深水码头中 的成功实践［Ｊ］．港工技术，２０１０（６）：２４—２７． 【３１刘廷忠，王耀国．弹性介质中板桩力位移分析法的研 究［Ｊ】．太原工业大学学报，１９９４（３）：８１—８４． ［８】 中交第二航务工程局．Ｑ［Ｃ￣２钢管桩高应变检测报 告［Ｒ】．武汉：中交第二航务工程局，２０１０． （本文编辑武亚庆） ［４】陶桂兰，王云球，丁坚．用荷载函数法计算板桩墙的一 种途径［Ｊ］．水运工程，１９９８（４）：４５—４８．
