摘要：以福煉成品油碼頭系纜墩海上灌注樁施工為例，介紹海上深水區淺覆蓋層區域灌注樁的鋼護筒及施工平臺的設計與施工工藝，為類似工程提供經驗借鑒。
　　關鍵詞：深水、淺覆蓋層、灌注樁、鋼護筒、施工平臺、設計、施工
　　1 工程概況
　　福建煉油乙烯項目成品油碼頭改擴建工程總平面成“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個泊位雙側靠船布置，內側2個三千噸級泊位;外側2個五千噸級泊位，結構按2萬噸級設計，為高樁碼頭結構。除碼頭末端Z11#系纜墩因地質覆蓋層薄無法采用打入樁結構而采用灌注樁外，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。樁頂標高2.8m，樁長30m，樁底標高-27.3m，最小嵌巖深度3m。根據工期需要布置2臺沖孔樁機同時施工。
　　碼頭區域為半日潮，碼頭設計低水位-3.2m，設計高水位+3.27m，最大潮差7.2m，漲落潮最大潮流1m∕s。海底泥面標高-13.5m，設計低水位時水深10.3m，設計高水位時水深16.7m。
　　墩位地質鉆孔柱狀圖如圖1，孔口標高-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(砂質粘性土)，厚1.9m;
　　③灰黃色全風化花崗巖層，厚1.0m;
　　④1灰色強風化花崗巖層，厚1.3 m;
　　④2碎裂狀強風化花崗巖。
　　2 工程特點
　　該系纜墩離岸遠，約為1公里;水深大，設計低水位時水深10.3m，設計高水位時水深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，支承樁上鋪設分配梁型鋼或貝雷片，分配梁上鋪設平臺鋼面板，然后在平臺上安裝鋼護筒導向架，用振動錘施打安放鋼護筒。
　　方案二、先用打樁船施打灌注樁鋼護筒，在鋼護筒上焊接牛腿，牛腿上鋪設分配梁、然后鋪設平臺面板。鋼護筒既起水上灌注樁施工護筒功能，又起施工平臺的承重功能，鋼護筒相當于鋼管樁。
　　4 施工平臺設計
　　(1)鋼護筒結構設計與施打
　　根據鋼護筒的使用功能，鋼護筒承受主要荷載有：在鋼護筒施打時的錘擊動荷載和在灌注樁沖孔樁機沖擊成孔時樁機對護筒的動荷載。為使在灌注樁沖擊成孔孔底低于護筒底后不出現塌孔，保證護筒有足夠的承載力保持施工平臺穩定安全，需將鋼護筒底打至強風化巖面。鋼護筒的施打擬采用由正在現場進行鋼管樁沉樁任務的水上打樁船，采用D100筒式柴油打樁錘施打。
　　鋼護筒直徑=灌注樁樁徑+0.2m=1.7m。護筒頂標高=3.27(設計高水位)+1.5+0.5(考慮波高)=5.27m，取整5.2m，施工平臺頂標高取5.1m。護筒長度按護筒底打至強風化花崗巖巖面-21.04m考慮，護筒長度=5.2-(-21.04)=26.24m，考慮小量的地質變化等影響，鋼護筒總長度取整28m。
　　鋼護筒的設計采用壁厚為10mm，根據相關經驗和規范，鋼管樁的徑厚比不宜大于70，而本鋼護筒的徑厚比達到170，屬于大直徑薄壁結構，為確保鋼護筒錘擊沉樁時不發生屈皺破壞，擬采取以下措施：鋼護筒采用材質Q345B的螺旋管，在鋼管廠內整根一次成型，船運輸到現場。施打時用D100筒式柴油打樁錘最低擋(1擋)重錘輕擊的方式施打，以最后貫入度達到50～100 mm∕10擊為控制標準。
　　① 鋼護筒在灌注樁成孔過程中的單樁承載力驗算：
　　鋼護筒屬于開口樁，根據開口樁的承載機理，開口樁的豎向承載力一般由樁外側摩阻力，樁內側摩阻力和環底端阻力三部分組成。本灌注樁護筒直徑達到1.7m屬于大型開口樁，且在灌注樁成孔后，護筒內的土層已被沖掉，因此沒有樁內側摩阻力，也不形成樁的閉塞效應。另根據大型開口樁的承載機理樁極限端阻力占總承載力的比重很小，因此只要樁外側摩阻力Qsk能滿足灌注樁施工平臺施工荷載要求，則該平臺是穩定的，安全的。
　　根據土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系確定單樁豎向極限承載力標準值，公式如下：
　　Quk=Qsk+Qpk=U∑qsikli+λpqpkAp
　　當hb/d<5時，λp=0.16hb/d
　　當hb/d≥5時，λp=0.8
　　式中qsik、qpk——樁的極限側阻力和樁端極限阻力標準值，依照土層性質，查《建筑樁基技術規范》得：淤泥qsik=14kpa，硬可塑粘性土qsik=70kpa，全風化軟質巖qsik=100kpa，強風化軟質巖qpk=4000kpa
　　U——樁身周長，5.34m
　　li——樁身穿過i土分層深度
　　Ap——樁端面積
　　λp——樁端閉塞效應系數，對閉口樁λp=1，對開口樁取上述計算值
　　hb——樁端進入持力層深度
　　d——樁外直徑，1.7m
　　側Qsk= U∑qfili=5.34×(14×3.1+70×1.9+100×1)=1476kN。該豎向承載力遠遠大于施工平臺自重荷載與沖擊灌注樁樁機施工荷載之和(約300 kN)。固鋼護筒的承載力在其內沖孔孔底低于護筒底后能滿足施工荷載要求。
　　② 大直徑薄壁鋼護筒錘擊沉樁時樁身強度驗算
　　按一端自由一端固定的支承條件，由歐拉公式計算鋼護筒長柱壓曲極限荷載Pcr得Pcr=12300KN，極限應力σcr=230MPa。
　　根據以往鋼管樁打樁經驗及本工程已經施打的鋼管樁的高應變動力檢測的成果，用于施打本鋼護筒的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，打擊應力為130～168MPa。根據鋼管的壓曲理論，打擊應力低于屈服強度應不會發生局部壓曲。本鋼護筒屬于大直徑薄壁結構，大直徑樁曲率小，管壁薄等原因成了接近于平板壓曲的關系，因此還需要進行平板壓曲校核，按靜態壓曲應力公式計算結果可判定可以采用D100筒式柴油錘開低檔位1檔施打長28m，直徑1.7m，壁厚1cm，材質Q345B的螺旋鋼護筒，鋼護筒不會發生變形。
　　鋼護筒現場施打實際情況描述如下：8根大直徑鋼護筒施打順利，鋼護筒沒有發生壓曲現象。經觀側，每根鋼護筒施打完成后樁頂在潮流影響下基本不發生水平位移，說明單根鋼護筒具有較好的抗傾覆穩定性。筒底標高、最后貫入度及總錘擊數見下表1。
　　表1：鋼護筒實際施打相關主要記錄表

樁編號	Z1#	Z2#	Z3#	Z4#	Z5#	Z6#	Z7#	Z8#
護筒底標高	-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（錘）	283	285	252	274	255	276	260	256

　　(2)施工平臺結構
　　8根鋼護筒施打完成后，及時用連桿將其連接成整體，以提高其整體穩定。然后焊接牛腿，鋪設分配梁。平臺結構示意圖見圖2，施工過程照片見圖3。為提高平臺的抗臺風能力，平臺搭設完成后搶先完成平臺2根對角樁的沖孔灌注施工。
　　5 結語
　　該系纜墩的8根灌注樁施工從2008年5月初施打鋼護筒到7月初沖孔樁灌注完成，耗時2個月，順利完成任務，整個沖孔過程，平臺相當穩定，基本不出現晃動。實踐證明利用鋼護筒本身作海上灌注樁施工平臺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筒可以穿過較薄的全風化土層，到達強風化巖面。同時該方案施工成本相對較低，值得類似工程借鑒。
　　參考文獻：
　　(1)《建筑樁基技術規范》(JGJ94-2008). 中華人民共和國住房和城鄉建設部. 中國建筑工業出版社.2008年8月第1版
　　(2)《港口工程樁基規范》(JTJ254-98). 中華人民共和國交通部.人民交通出版社.1998年8月第1版
　　(2)《鋼管樁的設計與施工》俞振全編著.地震出版社.1993年10月第1版