复杂地质情况下的大直径超长钢管桩施工技术研究

骆廷松 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概况

广州港南沙港区粮食及通用码头扩建工程水工结构工程施工项目位于广州市南沙区内。本工程建设2个10万吨级通用泊位（18号、19号）、1个4万吨级件杂货泊位（17号）和5个5千吨级通用驳船泊位（12～16号）。本工程共1082根钢管桩，前墙钢管桩直径φ2220mm，壁厚为24mm，最长39.6m，重51.47t，材质选用Q420B。前墙管板组合桩采用300t履带吊+HD180柴油锤+APE400型液压振动锤进行打桩施工。

勘区位于河口三角洲地带，地质条件复杂，具有淤泥性土～黏性土和中粗砂、粗砾砂、粉细砂相交互的特点。

2.大直径超长钢管桩施工技术分析

2.1 测量放线

为便于现场施工控制，组合桩轴线两端设立两个临时控制点并定期复核观测。

由于管板组合桩施工精度要求非常高，施工关键是打好钢管桩。钢管桩施工时必须全过程采用90°交汇跟踪测量监测钢管桩的垂直度及偏位情况，过程中使用全站仪，控制沉桩过程中的垂直度。保证钢管桩插打到位后桩位及垂直度偏差≤1%。精确计算每根钢管桩的位置，施工过程反复测定。

2.2 现场准备

施工场地经真空预压处理后进行卸载及开挖，开挖至设计高程，以此保证打桩区能顺利实施。打桩前修筑道路，确保钢管桩及钢板桩能正常运输及设备正常工作。此外，详细检查打桩施工所用的机械设备以及钢管桩等材料，确保无质量问题。

2.3 导向架的设置

导向架的关键作用在于限位导向，导向架是确保打桩质量的关键之一，必须有足够的强度和刚度，打桩时桩的轴线偏差和倾斜控制要靠导向架来限位导向。且导向架设计时必须计算强度、刚度及整体稳定性，确保施工过程安全质量。

φ2220mm管板组合桩导向架，双层布置，长22m、高13m，由H700mm×300mm的H型钢双拼制作而成。上层H梁有调节装置，可根据施工需求灵活移动，从而控制钢板桩，避免偏位以及垂直度偏差。定位桩采用φ630mm钢管桩，由4根共同组成，分为地上、地下两个部分，长度均按12m控制，共24m。

2.4 导向架施工

2.4.1 设置定位锚桩

在导向架的四角设长度为24m的φ630mm钢管桩作为定位锚桩。实际操作中，先以设计图纸为准在现场准确测放管板桩组合墙轴线，再测量定位锚桩位置，分别为各个施工段配套定位锚桩；在正式打设时利用履带式起重机操作，起吊振动锤以便施打，在此过程中及时检查施打量，露出地面12m时停止。

2.4.2 安装导向架

定位锚桩打设至指定位置后启用履带吊，利用该设备将导向架吊至锚桩牛腿处；随后检测导向架的实际位置，用液压千斤顶适当调整该装置的水平度，准确就位后用金属抱箍固定锚定抗滑桩与导向架，使其具有足够的稳定性。

导向架分两层，各层沿轴线方向和垂直轴线方向均有定位板，分别为其设置限位螺栓，以防定位板在施工过程中出现偏位。导向架搭设时严格控制两层卡位，使其对准钢管桩桩位，保证每处的平面误差均在±15mm以内，否则需调整并再次检测，直至达到要求为止；两层定位板垂直度偏差控制方面，要求垂直轴线方向＜0.8%，沿轴线方向＜0.6%。待导向架的各项安装工作均结束且配套的钢管桩也稳定插打至设定位置后，组织导向架的拆除作业，在此过程中加强防护，避免磕碰；随后，紧接着前一个排架向前安装推进，有秩序性地施工。

2.5 沉桩施工

φ2220mm钢管桩施工时，根据钢管桩最大起重量、钢管桩最大长度及地质情况，确定施工设备分别为300t履带吊、HD160冲击锤、APE400液压振动锤。经过计算钢管桩起吊钢丝绳采用32.5mm。

2.5.1 吊装施工

钢管桩到达现场后采用两条28m长直径32.5mm钢丝绳配30t眼型钩，吊住钢管桩两端进行卸桩。

待导向架安装固定经确认过其平面尺寸及垂直度后符合要求后进行钢管桩的起吊工作。钢管桩的起吊采用300t履带吊，在桩头附近对称开2个吊孔，卸扣吊住脱钩器，再使用脱扣器卡住吊孔，吊住桩顶徐徐上升，直至该桩垂直。

2.5.2 钢管桩插桩

待钢管桩放置稳定后，首先采用履带吊机将钢管桩吊起，直至桩尖底部超过导向架顶部后，用人工配合将钢管桩对准定位板后将桩慢慢插入土中，待钢管桩放置稳定后用履带吊起吊液压振动锤夹钳夹牢桩的顶端，用2台经纬仪或全站仪成90°交汇将桩定准位置后起动振动锤开始沉桩。如发现桩稍有偏位，测量员立即通知打桩专职指挥进行调整，插桩直至尚有约50%的桩长露出地面；若桩位偏差吊机无法调整时将桩拔起后重新振插，直到符合质量要求为止。

2.5.3 钢管桩锤击沉桩

首先用液压振动锤沉桩，经一段距离的下沉后，桩体因受阻而难以继续向下推进，此时转为柴油锤冲击锤，进一步推送钢管桩，此项操作直至桩体至导向架横梁上口约1.2m处停止；若现场无异常状况拆除导向架，继续向下锤击钢管桩，保证钢管桩准确到达指定位置。局部嵌岩桩难以有效沉桩到位时，由设计、监理、业主共同商讨，确定适用于实际施工条件的方案，做针对性的处理。

钢管桩插打到位后，各桩的垂直度偏差必须在1%以内，彼此间的净距误差在20mm以内，否则可能会出现钢板桩锁口难以有效套入钢管桩锁口的情况。

2.5.4 钢管桩终锤及控制标准

根据设计及规范要求，钢管桩沉桩允许偏差见表1。

表1 钢管桩沉桩允许偏差

满足如下条件之一者，可以终锤：桩尖所处位置恰好是设计标高处，且最后3 0 击平均贯入度≤3mm/击；桩尖位置准确，但最后30击平均贯入度＞3mm/击时，在该基础上继续向下锤击施工，直至实测的贯入度≤3mm/击。

3.常见问题分析及措施

钢管桩沉桩过程可能因为地质情况、施工措施不当、钢管桩管径及长度超规模等原因出现各种各样的问题，仅列出常见的集中问题及解决办法。

（1）钢管桩未打入设计高程、贯入度达到终锤条件或者锤击无下沉。钢管桩2m范围内地质钻孔，验证钢管桩是否入岩。如已进入强风化岩层采用冲孔桩机冲孔，钻孔至设计高程后重新采用柴油锤送桩，钢管桩送至设计高程后，底部灌注混凝土封底，混凝土灌注长度由设计根据计算确定；如未进入强风化岩层采用更大型号柴油锤送桩，如仍不能达到设计高程仍需引孔。

（2）地表存在板结砂层或底部有孤石或者硬质夹层，无法正常振插钢管桩深度5m范围内采用挖机翻松或清除孤石，超过5m则用钻孔桩机引孔。

（3）钢管桩设计顶高程在地面以下，由于地下水高不能开挖送桩。采用挖机挖除设计顶高程至地面桩内土，加工送桩器接长柴油冲击锤再进行送桩。

（4）钢管桩未打至设计高程由于设备故障停工时间过长，钢管桩管壁与土体密贴增加摩阻力采用柴油冲击锤送桩困难。采用振动锤来回振插钢管桩，破坏钢管桩管壁与土体密贴状态后再采用柴油冲击锤送桩。

4.结束语

钢管桩在现阶段的码头工程建设中取得广泛的应用，但部分工程的现场地质条件复杂，需要加强对施工技术的研究与应用。通过本文的分析，提出一些钢管桩施工技术的应用要点，希望可以给类似工程提供参考。