第18卷 第6期 中 国 水 运 Vol.18
No.6
2018
年 6月 China Water Transport June2018
收稿日期：2018-03-01
作者简介：王为启（1984-），男，中交一航局第二工程有限公司，项目副经理，港航工程师，主要从事港口码头水工建 筑物的施工技术研究工作。 王为启，郭 旗
（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）
摘 要：梁板式高桩码头作为中南美洲地区广泛采用的码头结构型式，其有着结构轻，受力明确，减弱波浪的良好效果。钢管桩桩基作为码头承载受力终端，桩基的入岩深度及承载力对码头整体质量起着决定性作用，尤其是在10万吨以上的码头中，桩基具有入岩深度大、桩基承载力高等特点，但往往受地质影响，钢管桩桩基在打设过程中很难同时达到这两项指标，打桩过程中受岩层影响易出现桩底变形及无法打设至设计底标高的问题。本文以巴拿马科隆集装箱港口（PCCP）项目为例，主要介绍高桩码头桩基在需要超深入岩的施工中，采用陆上预旋挖再打桩的工艺，为高桩码头钢管桩超深入岩施工提供了新思路，为类似工程提供了借鉴意义。 关键词：高桩码头；陆上；打桩；超深入岩；钢管桩；预旋挖
中图分类号：U656 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）06-0246-03
引言
随着全球航运业高速发展及船舶大型化发展的趋势，对
靠泊码头的抗剪力和承载力提出了更高的要求，而钢筋混凝
土桩基对水平抗剪抵抗力甚低，已经逐步淘汰，钢管桩桩基
由于弹性好，强度大，能够承受较大的水平及垂直荷载，尤
其是在船舶的撞击下，能够以其良好的抗弯及弹性性能吸收
撞击能量，以保证码头的整体稳定性，被现代码头建设广发
应用。本文以PCCP工程为案例，详细介绍工程在桩基超深
入岩过程遇到的桩端变形、无法沉桩至设计底标高等技术难
点，并且在经过各项实践后最终将该施工难点顺利解决的施
工工艺。
一、工程简介
巴拿马科隆港集装箱港口（PCCP）工程的桩基部分为
直立式钢管桩结构，共有桩基1,304根，钢管桩直径为
culter1,200mm，壁厚为22mm。地质主要以大西洋粉砂岩层为
主，又称加通岩，岩层强度在7~18MPa之间。按照设计要
求桩基需打入岩层15~20m之间以保证其具备较高的承载
力及水平抗剪力。
项目采用陆上打桩的施工工艺，由于码头下方岩层线较
浅（标高约为-6.0~-8.0m），为保证码头下方开挖后（开挖
后标高-17.0m）钢管桩仍可保证足够的入岩深度。因此，需
将钢管桩打设入岩至少20m才可满足施工要求。
二、打桩工艺的实施与改进
1．打桩工艺的确定
（1）桩基的设计要求
根据设计要求，钢管桩应同时满足设计承载力及设计桩
长。在液压锤打桩的最后阶段需要控制钢管桩的贯入度，即
控制每击完成后钢管桩的下沉量，施工中选用2mm/击的贯
入度标准；为保证钢管桩在码头建成后具有足够的抗剪能力，
设计要求钢管桩必须入岩10m以上。
（2）打桩设备的选取
陆上桩基施工工艺主要分为两个环节：立桩、打桩。如
图1、图2所示。
图1 振动锤立桩 图2 液压锤打桩
①振动锤的选用
振动锤可将钢管桩插至岩层，使用振动锤立桩能有效的
减小桩基在立桩过程中的施工误差，并将桩的偏位控制在
1.5cm之内。
②液压锤的选用透传
根据《港口工程施工手册》指导，综合考虑选取的液压
锤能够将材质ASTMGr.50.的钢管桩打入岩层（强度
7~18MPa）20m以上，考虑使用HHP-16型液压打桩锤并
对该设备进行了可打性分析（详情见表3计算）。计算结果证
明该设备的锤击能满足施工要求，并且不会因锤击能过大破
坏桩体的物理性能。HHP-16液压打桩锤可打性分析：
a．HHP-16液压打桩锤技术参数（见表1）
表1 HHP-16液压打桩锤技术参数
序号 项目 参数
1 锤芯重（kN） 160
2 额定能量（KJ） 240
3 冲程（m） 1.5
第6期 王为启等：钢管桩超深入岩陆上打桩工艺的研究与应用 247
b．计算工况（见表2）
表2 增益/损耗系数
增益/损耗系数Gain/Loss factor
序号 工况描述
桩侧Shaft 桩端Toe
工况1 连续打入，不间断 0.833 1.0
c．钢管桩及地质参数
单位面积端阻力：采用静态分析数据
桩端面积：取钢环面积1,598cm2（穿越覆盖层与3.7m
引孔段）
取全面积11,310cm2（最后入岩段4m）
桩端弹限：穿越覆盖层与3.7m引孔段时取2.54mm，
最后4m入岩段取10mm
周长（P1）：外部周长3.769m
单位侧摩阻力：采用静态分析数据
d．计算结果（见表3）
表3 钢管桩及地质参数
Pile S1 analys is of borehole M-117 GRLWEAP Wers ion 2010
获得/损失1 在桩侧和桩底0.8333/1.000
深度 m 极限承
载力
KN
摩阻
力
KN
端阻
力
KN
二七惨案
贯入度
mm/10bl
压应力
MPa
拉应力
Mpa
雅奇mis
冲程
m
能量
KJ
2.0 217.1 25.3 191.8 0.0 0.000 0.000 1.5 0.0 10.0 235.1 209.2 25.9 0.0 0.000 0.000 1.5 0.0 12.0 311.3 285.5 25.9 1,298.7 176.752 -126.643 1.5 180.2 14.0 399.9 374.0 25.9 1,176.5 176.649 -121.889 1.5 180.3 18.0 61张卫平教你打篮球
3.9 588.0 25.9 925.9 176.100 -111.012 1.5 180.5 20.0 1,341.8 1,022.2 319.6 476.2 175.547 -7
4.040 1.5 182.2
22.0 2,095.8 1,776.2 319.6 295.9 174.876 -43.111 1.5 181.9
23.0 4,968.2 2,299.1 2,669.2 102.2 174.505 -12.714 1.5 181.2
23.5 5,399.9 2,730.7 2,669.2 92.3 174.293 -15.320 1.5 181.1
24.0 5,228.7 3,226.9 2,001.9 100.2 174.105 -14.893 1.5 181.1
24.5 5,982.7 3,980.9 2,001.9 84.0 173.903 -19.464 1.5 180.0
25.0 6,736.7 4,734.9 2,001.9 70.1 173.712 -22.818 1.5 178.4
25.5 6,850.5 5,313.5 1,334.6 74.8 173.562 -23.995 1.5 177.9
26.0 7,187.3 5,852.7 1,334.6 65.8 173.409 -27.452 1.5 177.6 26.5 7,724.5 6,389.9 1,334.6 58.0 173.420 -31.398 1.5 177.3 26.7 7,939.4 6,804.8 1,334.6 55.1 173.187 -32.881 1.5 177.2 锤击总数：681（从入土2.0m时开始计算）
打桩时间（min）22 17 13 11 9 8 7 6 6 5
@锤击率 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
持续打桩时间：不包括等待时间
2．工艺的实施与改进
（1）液压锤直接对钢管桩进行打设
在工程初次进行桩基施工时，现场仅按照常规的陆上打桩施工工艺，即立桩完成后直接使用液压锤对钢管桩进行打设。但在钢管桩打设满足设计贯入度要求时出现了桩底实际标高与设计标高相比过高的情况。此时钢管桩入岩已经到达了10m，无法满足设计桩长要求。对此，项目部首先考虑了是由于钢管桩入岩较深导致的桩端阻力较大，设计的锤击能无法满足施工要求。
经研究讨论后决定采用吊车吊直径90cm的冲击抓斗的方式进行桩内清渣，通过减小桩内壁阻力的方式来确保足够的入岩深度。实施后发现桩内土层及淤泥层可以顺利清理，但由于加通岩强度较高（7~18MPa），冲击抓斗无法达到实现桩内清渣的目的。
项目部选择在当地租赁能够满足施工要求的CAT旋挖钻（AF220）进行尝试。在旋挖至已打设桩的底部上方2m 处时，旋挖钻无法向下进行且钻头磨损十分严重。初步怀疑，是因设计贯入度过小而导致钢管桩底部损坏。为验证猜想是否正确，项目部聘请具有相关检测资质的单位进场进行PDA 实验检测桩的完整性（如图3所示）
。
图3 钢管桩的完整性检测
检测结果回弹曲线如下图4
所示。
图4 PDA检测结果
实验结果显示，该钢管桩完整性较好桩体未有破损现象。
至此，可以确定钢管桩底部可能出现了挤压变形，为检验其可能性将已经完成打设的钢管桩拔出，证明了钢管桩底部确实出现了变形。
为此在现场选取一根贯入度最大的钢管桩进行试拔，发现桩底明显变形（如图5所示），最终证明若按照设计要求贯入度则桩底会出现严重变形且会影响到桩基无法打到设计底
标高。
图5 桩底部变形情况
（2）采用“打桩——旋挖钻掏桩——复打”的施工工艺 因立桩后地面以上外露桩长达20m，目前尚未有提举高度可达20m的旋挖钻。为此采用了“打桩（在贯入度较大时停止，避免桩底出现变形）——旋挖钻掏桩——复打”的工
248 中 国 水 运 第18卷 艺，即减小钢管桩外露部分的桩长方便旋挖钻进行钻孔施工。
但是，在该工艺的实施过程中并不能达到预想效果，以某一钢管桩现场施工为例：
①钢管桩初次打设尚未满足设计贯入度时停止，此时钢管桩的外露桩长约10m、实际底标高为-15.731m、入岩桩长约为10m。
②使用旋挖钻（钻头直径900mm）对此钢管桩进行桩内清渣，并钻深至设计底标高-26.05m 处。
③桩内清渣后进行复打施工，结果钢管桩无任何下沉。 此时钢管桩桩端阻力及桩内壁的侧摩阻力都已经减少到很小。
为详细了解该桩的受力情况而进行了高应变检测。实验证明该问题是由钢管桩入岩过深而导致的岩层对钢管桩的侧摩阻力过大造成的，若仅减小桩内壁的阻力已经无法实现钢管桩的继续沉降。详情见高应变检测报告（如图6所示）
。
图6 高应变检测报告
表4
工程名称：PCCP 检测单位：青岛中航工程试验检测有限公司 检测日期：2017-6-25
桩号：A-18 总桩长：27.3m 截面积：0.08m 2
波速：5m/s FMX：6,672kN VMX：1.95m/s EMX：40kN·m Case Jc：0.06 承载力：14,350kN 侧阻力：10,056kN 端阻力：4,293kN 质量系数：21.2 Qs：4.73mm
Qt：3.38mm
Ss：1.0s/m
St：0.0s/m
根据最终检测结果（见表4）可以判定，钢管桩所受的阻力主要是源于侧阻力。原有的施工工艺已经无法消除10,000kN 侧模阻力对桩基施工的影响。
（3）立护筒预旋挖工艺
经过研究讨论，最终制定了在主体桩立桩前预旋挖的施工工艺。因钢管桩在入岩约10m 时就会满足设计贯入度的要求（达到设计承载力），采用该工艺的理论就是去除掉开挖标高（-15.0m）以上的岩层对钢管桩的侧摩阻力，这样即可保证入岩深度又可满足设计桩长。
施工步骤： ①振动锤立护筒
将直径1,300mm 的护筒插入到钢管桩设计桩位。（如图7
所示）
图7 护筒打设 图8 护筒内预旋挖施工 ②预旋挖（如图8所示）
预旋挖施工主要分为两部分。第一部分是用直径稍大于桩径的钻头（直径48英寸）将开挖线标高以上的岩层去掉，此举旨在消除掉部分侧摩阻力。第二部分是用直径稍小于桩径的钻头（直径42英寸）钻至设计底标高，起到去除钢管桩内壁受到的摩阻力，确保钢管桩可顺利沉至设计底标高。
③拔出护筒
使用振动锤将护筒拔出。 ④钢管桩立桩
将钢管桩插入岩层至开挖标高-15.0m 的位置。 ⑤沉桩
业务流程重组
使用液压锤将钢管桩打设至设计要求。在后续施工过程中可根据现场实际情况逐步调整旋挖钻的钻孔深度，缩小实际桩长与设计桩长之间的施工误差。
三、工艺总结
在工程桩基施工的初始阶段，为了增加桩端的“闭塞效
应”，未采用“预旋挖”的施工工艺，遵循先沉桩后旋挖再复打的顺序进行，但是现场再次出现了桩基无法沉降至设计底标高的问题。最后按照“预旋挖”的方式进行施工，钢管
桩打设较之前工艺可节省一半的施工时间，效率较高。证明“预旋挖”工艺是可行的。
四、结束语
目前，钢管桩超深入岩施工没有成熟的经验可以依循，通过该技术在本工程中的成功运用，说明该施工工艺具有较强的可行性。该施工技术的成功实践，不仅为项目施工节约了大量成本，也为相似项目提供了借鉴意义。
参考文献
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程.JTJ249-2001[S].
[5] 戴鹏，李景宝.陆上打设钢管桩施工技术在大型高桩码头
建设中的研究与应用[J].中国水运（下半月），2015，（1）.
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