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1、港珠澳大桥主体工程桥梁大直径钢管桩试桩1、工程概况港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是连接香港特别行政区、广东省珠海市、澳门特别行政区的大型跨海通道，是列入国家高速公路网规划的重要交通建设项目。建设内容包括：海中主体工程（粤港分界线至珠澳口岸之间区段）、香港界内跨海桥梁、香港口岸、珠澳口岸、香港连接线、珠海连接线及澳门连接桥。项目总平面布置见图1。主体工程范围：粤港分界线至珠澳口岸之间区段，总长29.6公里，其中桥梁长约22.9公里，沉管隧道长5.99公里(不含桥隧过渡段)，为实现桥隧转换设置两个长度各为625米的隧道人工岛。图1 港珠澳大桥项目总平面布置图2、研究目的和意义工程区域地质情况较复
2、杂、环境保护要求高，缺乏可以利用的试桩资料，因此有必要在工程区域内进行工艺试桩，通过施工工艺试桩研究钢管桩成桩施工工艺，并研究钢管桩的关键施工设备、关键材料组织和关键参数，为钢管桩施工组织及施工图设计提供依据；本工程钢管桩基础直径大、承载力要求高。为确保工程设计和施工的安全可靠，需要在工程实施前在工程海域进行桩基施工工艺和承载力验证。主要试验目的如下：1 钢管桩制桩、打桩设备及施工工艺的试验验证本工程钢管桩直径为2.0m，桩基要求进入强风化不小于2.0m(或进入中风化)，对打桩设备能力提出了很高的要求。需要通过现场试验，测试打入桩在沉桩锤击过程中桩身最大拉压应力、桩端闭塞效应等沉桩情况，初步提
3、出锤型、停锤标准等沉桩工艺的参数，并对拟选的桩锤、打桩工艺及参数进行验证和调整。钢管桩极限承载力的确定通过现场试验，确定钢管桩的极限承载力，并获取土层的侧阻、端阻力和桩身的应力及变形数据，从而为桩基设计提供可靠的数据。3、试桩布置港珠澳大桥主体工程桥梁试桩统一采用本项目建立的平面及高程控制测量系统。大桥施工将建立海中临时参考站及测量控制点，为满足海中桥梁施工测量定位的需要，拟在青州航道桥、江海直达船航道桥和九州航道桥附近的试桩平台上建立GNSS临时参考站。经研究，三个参考站宜设在K19、K27和K33处，位于桥轴线北侧100米左右。根据桥位处水文及地质情况，大直径钢管桩的试桩位置结合海上测量平
4、台的选点需要，拟选定在青州航道桥附近桥轴线北侧100米左右。具体见图2图2 钢管打入桩平面布置图在试桩平台上均可设置强制归心观测墩，用于安置GPS接收机和电子全站仪进行施工测量。根据以上要求及试桩需要相结合，各类试桩的具体位置及相应轴线桩号见下表。序号相应轴线桩号X-坐标Y-坐标相应的钻孔号试桩类型桩底标高(m)单桩轴向受压承载力容许值(kN)1K19+0032465321.918 38471489.298 CKQ17直径2.0m钢管桩-93.7123572K19+0032465327.908 38471488.956 CKQ17直径2.0m钢管桩-93.7123573K27+03324617
5、18.405 38464471.457 CKQ41直径2.22.0m钢管复合桩-104.3350474K27+0332461724.201 38464469.906 CKQ41直径2.22.0m钢管复合桩-104.3350475K33+3172458844.096 38458916.939 JDQ09直径2.01.8m钻孔灌注桩-43.1283726K33+3172458848.234 38458914.133 JDQ09直径2.01.8m钻孔灌注桩-43.128372表注：试桩桩底标高为暂定值。4、试桩工作内容1. 完成试桩结构设计及试桩研究工作大纲编制。2. 完成一组共两根钢管桩的试桩研究
6、。3. 桩基承载力试验研究(1) 测定单桩极限承载力、桩身轴力分布及土体分层侧阻力和端阻力；各土层界面上的沉降位移、桩端位移、桩身弹性压缩及土层的塑性变形；(2) 测定桩端闭塞效应；(3) 通过对试桩的高应变动力测试，测试桩身完整性及极限承载力（包括初打和复打承载力测试）。4. 桩基施工工艺试验研究(1) 研究大直径钢管桩制桩、打桩设备及施工工艺，同时对插打施工过程中的环境影响进行评估。(2) 测试打桩过程中桩身拉、压应力和桩顶压应力，并确定打桩施工的锤型、停锤标准；(3) 测定试桩平吊、垂直吊运时的桩身挠度，并测定吊运过程中不同角度（0、15、30、45）桩身应力分布，并在现场进行拍照摄影；
7、(4) 试桩范围内各做2个静力触探测试，观测打入桩桩内泥芯情况记录锤击数、贯入度、落锤高度及贯入度随深度变化曲线；(5) 同步观测在波浪、水流作用下，不同潮位时桩身应力，桩周泥面冲刷情况。历时不少于2个月，要求在每次大潮汛时连续观测3天，一般要求每2小时观测一次，涨急、落急和风浪较大时适当增加观测次数。波浪、水流、潮位的观测应和桩身应力的观测同步进行。5. 试桩结束后，其试桩结构将用作施工海上测量平台。5、主要技术要求在沉桩能达到设计标高的情况下，记录总的锤击数和最后10cm的平均贯入度；如沉桩无法达到设计标高，记录总的锤击数、最后10cm的平均贯入度和最后桩尖实际高程与设计高程的距离。在沉桩
8、无法达到设计标高的情况下，应及时与设计沟通解决。试桩采用自平衡法加载，荷载箱的位置宜选在桩基底部；打桩结束后，在试验开始前应安排不小于25天的休止时间；试验结果需要考虑冲刷深度后的影响；所有试桩中的基桩均应认真作好沉桩记录，具体要求按现行规范沉桩记录方法有关规定进行。对试打桩的落锤高度、贯入度、锤击次数、入土深度应进行同步记录，以便提供锤击数、贯入度、落锤高度随深度变化曲线；本次试桩既是承载力试桩，也是钢管桩制作、沉桩等施工工艺试桩，因此专题承担单位应根据本试验任务书编制详细的试验方案，试验方案应包括技术方案和进度安排。施工方应与试验单位密切配合制定详细的施工方案，方案应在试验开始前提交给业主
9、单位与设计单位审核；试桩施工完成后，施工单位应及时总结（包括对钢管插打噪音和减噪措施效果进行评价）、整理施工的成功经验及不足之处，对大直径超长桩的施工方法、施工精度、施工设备及施工组织提供指导性意见；测试单位应根据实际试桩要求，合理布设所需检测仪器、预埋测试元件；承载力试桩完成后测试单位应提供试桩工程报告，要求综合分析试验成果并提供指导性意见。6、钢管打入桩试桩施工6.1、沉桩施工工艺流程施工准备测量网复核及施工基线布置运 桩运桩方驳靠打桩船打桩船抛锚定位吊 桩夹 桩停 锤钢管桩施打移船定位退 船钢管桩制作图3 打入桩施工工艺流程图6.2、钢管桩加工钢管桩加工有两种方法：1、整根钢管桩加工 2
10、、根据目前国内现有打桩船的打桩能力，钢管桩分两节加工。6.2.1、钢管桩整根加工钢管桩直径2.0m，壁厚28mm，桩尖6.5m范围壁厚为30mm，总长度98.7m，重量145.388t，在桩顶填心混凝土范围内壁有9个剪力环。外壁采用双层环氧粉末涂层，内壁采用无溶剂液体环氧涂层。根据钢管桩的长度重量等参数，钢管桩加工厂需要选择：1、有能够加工95m桩长的场地。2、有能够起吊150t重量的起重设备，3、有出运码头。4、有防腐施工能力。6.2.1、钢管桩分两节加工 第一节长度60m左右，第二节长度38.7m，采用法兰盘螺栓连接，法兰盘入土深度20m以上。6.3、运桩驳的选择试桩钢管桩直径2.0m，长
11、度98.7m，重量145.388t，试桩数量2根，主要根据桩的长度选择运桩驳，需要选择长度不小于90m的驳船（装船后还需悬臂9m）。驳船采用自航驳还者由拖轮拖带均可。6.4、钢管桩的运输由于钢管桩尺寸长、重量大、易滚动且涂有防腐层，为确保运输安全及钢管桩防腐层不致损坏，须对驳船进行加固改造。在驳船甲板上设置稳桩支架，支架用型钢制作，桩间用枋木支垫隔开。钢管桩支点处甲板须进行加固处理，支点间距810m。钢管桩由运桩驳运到施工现场后，及时对驳船进行抛锚定位，将其停靠在水深较深的区域，避免退潮后运桩驳重载搁浅、坐滩。及时通知质检人员和监理工程师上船对管桩进行检查、验收。验收合格的管桩方可进行沉桩施工
12、。6.5、施工测量采用采用GPS系统进行沉桩测量定位，利用GPS RTK定位技术进行沉桩定位测量具有定位方便、速度快的特点，可实时提供放样点的三维坐标且不受天气影响，可全天候作业，在外海水域作业优点突出。6.6、打桩船及桩锤选择由于桩长98.7m，重量145.388t，需要选择起重能力150t以上，打桩长度为95m+水深的桩船。桩入土深度88m，单桩轴向受压承载力容许值12357KN，根据桥涵施工手册估算锤冲击能量：E25P=25X12357=308925N.mE锤的一次冲击动能，N.mP单桩设计荷载，KN选用BSP CG370型液压打桩锤。BSP液压锤作业清洁，无废气排放。或者选择HIS-8
13、00 打击能量800KN.m,锤重38t（胜利油田二分公司）BSP CG370液压锤主要技术性能表型号最大能量(kNm)冲程(mm)总长度(m)最大冲程时冲击次数(次/min)冲击频率(次/min)基本重量(kg)基本长度(mm)工作压力(bar)工作流量(L/min)BSP CG37037020015008.375321100346506930250650验算锤冲击能量是否符合要求K=(Q+q)/E=(346.5+1453.88)/370=4.86其中：K锤的实用系数Q锤的总重力，KNq桩的重力KNE锤的一次冲击动能，KN.m K值不宜大于下列数值 双动汽锤和柴油锤 5.0 6.7、配套船舶
14、根据现场条件，应配备相应辅助船舶（起锚艇、拖轮等）配合打桩船起锚、移船、定位、避风等；定位驳船停靠运桩船。6.8、替打 由英国生产的BSP CG370打桩锤与替打连接在一起，不需再另外加工替打，锤垫也是英国配套生产的高分子材料。6.9、桩船抛锚定位根据打桩船上GPS定位系统显示的数据，打桩船由拖轮拖到施工地点附近，进行粗定位。然后由抛锚艇按设计的锚位逐个精确抛锚定位。6.10、吊装就位待打桩船锚抛好后绞缆，桩驳靠打桩船，装船吊装。6.11、钢管桩定位操纵室通过观察桩架上的角度测量仪调整桩架的倾斜度，以使桩身斜率符合设计要求；再根据预先输入的单桩平面扭角（方位角）、平面坐标，依据船上专用的GPS定位系统显示的图形和数据，通过调整船位的方法，使桩到达设计位置。混凝土管桩定位基本步骤如下：粗略定位 桩进龙口套背板后，解掉副钩两绑扣，分别调整桩架垂直度和上下移动上、下背板，使桩左右处于垂直状态。然后慢慢移船到GPS显示屏幕上的设计桩位。基本定位 通过粗定位桩的上下偏位达到规范要求范围内，收紧桩船四周锚缆，在正侧面仪器的监控下慢慢松主钩下桩。桩到砂面稳桩后，观测桩的偏位情况，再通过微移桩船，使桩正位。如下桩后偏位较大，不能用移船纠偏，要用主钩把桩提起，重新定位，直到桩位正位为止。精确定位 桩正位后，如测量桩位无明显变化，解除主钩两吊点绑扣。再次复测桩位，在确定桩位正位情况下，才能
