摘要：以福煉成品油碼頭系纜墩海上灌注樁施工為例，介紹海上深水區(qū)淺覆蓋層區(qū)域灌注樁的鋼護(hù)筒及施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)與施工工藝，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。
　　關(guān)鍵詞：深水、淺覆蓋層、灌注樁、鋼護(hù)筒、施工平臺(tái)、設(shè)計(jì)、施工
　　1 工程概況
　　福建煉油乙烯項(xiàng)目成品油碼頭改擴(kuò)建工程總平面成“L”形布置，由262.2m拋石引堤、618.3m引橋和446m碼頭泊位組成。碼頭4個(gè)泊位雙側(cè)靠船布置，內(nèi)側(cè)2個(gè)三千噸級(jí)泊位;外側(cè)2個(gè)五千噸級(jí)泊位，結(jié)構(gòu)按2萬噸級(jí)設(shè)計(jì)，為高樁碼頭結(jié)構(gòu)。除碼頭末端Z11#系纜墩因地質(zhì)覆蓋層薄無法采用打入樁結(jié)構(gòu)而采用灌注樁外，其余為鋼管樁。Z11#系纜墩布置2排縱向間距3.5m，橫向間距4.25m，共8根φ1500mm沖孔灌注樁。樁頂標(biāo)高2.8m，樁長(zhǎng)30m，樁底標(biāo)高-27.3m，最小嵌巖深度3m。根據(jù)工期需要布置2臺(tái)沖孔樁機(jī)同時(shí)施工。
　　碼頭區(qū)域?yàn)榘肴粘保a頭設(shè)計(jì)低水位-3.2m，設(shè)計(jì)高水位+3.27m，最大潮差7.2m，漲落潮最大潮流1m∕s。海底泥面標(biāo)高-13.5m，設(shè)計(jì)低水位時(shí)水深10.3m，設(shè)計(jì)高水位時(shí)水深16.7m。
　　墩位地質(zhì)鉆孔柱狀圖如圖1，孔口標(biāo)高-13.64m，地層由上往下依次為：
　　①1灰色流體狀淤泥，厚1.4m;
　　①2灰色流塑狀淤泥及混砂貝殼，厚3.1m;
　　②殘積土層(砂質(zhì)粘性土)，厚1.9m;
　　③灰黃色全風(fēng)化花崗巖層，厚1.0m;
　　④1灰色強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層，厚1.3 m;
　　④2碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。
　　2 工程特點(diǎn)
　　該系纜墩離岸遠(yuǎn)，約為1公里;水深大，設(shè)計(jì)低水位時(shí)水深10.3m，設(shè)計(jì)高水位時(shí)水深16.7m;潮差大，最大潮差有7.2m，漲落潮最大潮流1m∕s;覆蓋層薄，殘積土層厚1.9m。
　　3 方案比選
　　海上灌注樁施工平臺(tái)的做法通常有如下2種方案：
　　方案一、先用打樁船在灌注樁樁位外施打鋼管支承樁，支承樁上鋪設(shè)分配梁型鋼或貝雷片，分配梁上鋪設(shè)平臺(tái)鋼面板，然后在平臺(tái)上安裝鋼護(hù)筒導(dǎo)向架，用振動(dòng)錘施打安放鋼護(hù)筒。
　　方案二、先用打樁船施打灌注樁鋼護(hù)筒，在鋼護(hù)筒上焊接牛腿，牛腿上鋪設(shè)分配梁、然后鋪設(shè)平臺(tái)面板。鋼護(hù)筒既起水上灌注樁施工護(hù)筒功能，又起施工平臺(tái)的承重功能，鋼護(hù)筒相當(dāng)于鋼管樁。
　　4 施工平臺(tái)設(shè)計(jì)
　　(1)鋼護(hù)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施打
　　根據(jù)鋼護(hù)筒的使用功能，鋼護(hù)筒承受主要荷載有：在鋼護(hù)筒施打時(shí)的錘擊動(dòng)荷載和在灌注樁沖孔樁機(jī)沖擊成孔時(shí)樁機(jī)對(duì)護(hù)筒的動(dòng)荷載。為使在灌注樁沖擊成孔孔底低于護(hù)筒底后不出現(xiàn)塌孔，保證護(hù)筒有足夠的承載力保持施工平臺(tái)穩(wěn)定安全，需將鋼護(hù)筒底打至強(qiáng)風(fēng)化巖面。鋼護(hù)筒的施打擬采用由正在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼管樁沉樁任務(wù)的水上打樁船，采用D100筒式柴油打樁錘施打。
　　鋼護(hù)筒直徑=灌注樁樁徑+0.2m=1.7m。護(hù)筒頂標(biāo)高=3.27(設(shè)計(jì)高水位)+1.5+0.5(考慮波高)=5.27m，取整5.2m，施工平臺(tái)頂標(biāo)高取5.1m。護(hù)筒長(zhǎng)度按護(hù)筒底打至強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖面-21.04m考慮，護(hù)筒長(zhǎng)度=5.2-(-21.04)=26.24m，考慮小量的地質(zhì)變化等影響，鋼護(hù)筒總長(zhǎng)度取整28m。
　　鋼護(hù)筒的設(shè)計(jì)采用壁厚為10mm，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范，鋼管樁的徑厚比不宜大于70，而本鋼護(hù)筒的徑厚比達(dá)到170，屬于大直徑薄壁結(jié)構(gòu)，為確保鋼護(hù)筒錘擊沉樁時(shí)不發(fā)生屈皺破壞，擬采取以下措施：鋼護(hù)筒采用材質(zhì)Q345B的螺旋管，在鋼管廠內(nèi)整根一次成型，船運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。施打時(shí)用D100筒式柴油打樁錘最低擋(1擋)重錘輕擊的方式施打，以最后貫入度達(dá)到50～100 mm∕10擊為控制標(biāo)準(zhǔn)。
　　① 鋼護(hù)筒在灌注樁成孔過程中的單樁承載力驗(yàn)算：
　　鋼護(hù)筒屬于開口樁，根據(jù)開口樁的承載機(jī)理，開口樁的豎向承載力一般由樁外側(cè)摩阻力，樁內(nèi)側(cè)摩阻力和環(huán)底端阻力三部分組成。本灌注樁護(hù)筒直徑達(dá)到1.7m屬于大型開口樁，且在灌注樁成孔后，護(hù)筒內(nèi)的土層已被沖掉，因此沒有樁內(nèi)側(cè)摩阻力，也不形成樁的閉塞效應(yīng)。另根據(jù)大型開口樁的承載機(jī)理樁極限端阻力占總承載力的比重很小，因此只要樁外側(cè)摩阻力Qsk能滿足灌注樁施工平臺(tái)施工荷載要求，則該平臺(tái)是穩(wěn)定的，安全的。
　　根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，公式如下：
　　Quk=Qsk+Qpk=U∑qsikli+λpqpkAp
　　當(dāng)hb/d<5時(shí)，λp=0.16hb/d
　　當(dāng)hb/d≥5時(shí)，λp=0.8
　　式中qsik、qpk——樁的極限側(cè)阻力和樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值，依照土層性質(zhì)，查《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》得：淤泥qsik=14kpa，硬可塑粘性土qsik=70kpa，全風(fēng)化軟質(zhì)巖qsik=100kpa，強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖qpk=4000kpa
　　U——樁身周長(zhǎng)，5.34m
　　li——樁身穿過i土分層深度
　　Ap——樁端面積
　　λp——樁端閉塞效應(yīng)系數(shù)，對(duì)閉口樁λp=1，對(duì)開口樁取上述計(jì)算值
　　hb——樁端進(jìn)入持力層深度
　　d——樁外直徑，1.7m
　　側(cè)Qsk= U∑qfili=5.34×(14×3.1+70×1.9+100×1)=1476kN。該豎向承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于施工平臺(tái)自重荷載與沖擊灌注樁樁機(jī)施工荷載之和(約300 kN)。固鋼護(hù)筒的承載力在其內(nèi)沖孔孔底低于護(hù)筒底后能滿足施工荷載要求。
　　② 大直徑薄壁鋼護(hù)筒錘擊沉樁時(shí)樁身強(qiáng)度驗(yàn)算
　　按一端自由一端固定的支承條件，由歐拉公式計(jì)算鋼護(hù)筒長(zhǎng)柱壓曲極限荷載Pcr得Pcr=12300KN，極限應(yīng)力σcr=230MPa。
　　根據(jù)以往鋼管樁打樁經(jīng)驗(yàn)及本工程已經(jīng)施打的鋼管樁的高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)的成果，用于施打本鋼護(hù)筒的D100筒式柴油錘在開1檔初打工況下作用于樁上最大打擊力約為7000～9000KN，打擊應(yīng)力為130～168MPa。根據(jù)鋼管的壓曲理論，打擊應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度應(yīng)不會(huì)發(fā)生局部壓曲。本鋼護(hù)筒屬于大直徑薄壁結(jié)構(gòu)，大直徑樁曲率小，管壁薄等原因成了接近于平板壓曲的關(guān)系，因此還需要進(jìn)行平板壓曲校核，按靜態(tài)壓曲應(yīng)力公式計(jì)算結(jié)果可判定可以采用D100筒式柴油錘開低檔位1檔施打長(zhǎng)28m，直徑1.7m，壁厚1cm，材質(zhì)Q345B的螺旋鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒不會(huì)發(fā)生變形。
　　鋼護(hù)筒現(xiàn)場(chǎng)施打?qū)嶋H情況描述如下：8根大直徑鋼護(hù)筒施打順利，鋼護(hù)筒沒有發(fā)生壓曲現(xiàn)象。經(jīng)觀側(cè)，每根鋼護(hù)筒施打完成后樁頂在潮流影響下基本不發(fā)生水平位移，說明單根鋼護(hù)筒具有較好的抗傾覆穩(wěn)定性。筒底標(biāo)高、最后貫入度及總錘擊數(shù)見下表1。
　　表1：鋼護(hù)筒實(shí)際施打相關(guān)主要記錄表

樁編號(hào)	Z1#	Z2#	Z3#	Z4#	Z5#	Z6#	Z7#	Z8#
護(hù)筒底標(biāo)高	-20.45	-20.65	-19.9	-20.65	-19.9	-20.64	-19.65	-19.8
終錘貫入度	5mm	5mm	5mm	5mm	5mm	5mm	5mm	5mm
錘擊數(shù)（錘）	283	285	252	274	255	276	260	256

　　(2)施工平臺(tái)結(jié)構(gòu)
　　8根鋼護(hù)筒施打完成后，及時(shí)用連桿將其連接成整體，以提高其整體穩(wěn)定。然后焊接牛腿，鋪設(shè)分配梁。平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，施工過程照片見圖3。為提高平臺(tái)的抗臺(tái)風(fēng)能力，平臺(tái)搭設(shè)完成后搶先完成平臺(tái)2根對(duì)角樁的沖孔灌注施工。
　　5 結(jié)語
　　該系纜墩的8根灌注樁施工從2008年5月初施打鋼護(hù)筒到7月初沖孔樁灌注完成，耗時(shí)2個(gè)月，順利完成任務(wù)，整個(gè)沖孔過程，平臺(tái)相當(dāng)穩(wěn)定，基本不出現(xiàn)晃動(dòng)。實(shí)踐證明利用鋼護(hù)筒本身作海上灌注樁施工平臺(tái)的支承樁方案是可行的，利用D100筒式柴油錘的低檔位施打大直徑薄壁鋼護(hù)筒可以穿過較薄的全風(fēng)化土層，到達(dá)強(qiáng)風(fēng)化巖面。同時(shí)該方案施工成本相對(duì)較低，值得類似工程借鑒。
　　參考文獻(xiàn)：
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　　(2)《鋼管樁的設(shè)計(jì)與施工》俞振全編著.地震出版社.1993年10月第1版