摘要,钢板桩在基坑支护施工中应用广泛,因此钢板桩及振动锤也多种多样,参数不一。在选择振动锤型号时,需结合施工现场特有的地质情况选取合适的振动锤,以达到低成本、高效率的施工。文章以三亚市地下综合管廊PPP项目钢板桩施工为例,收集整理了国内外有关计算公式,并通过理论计算和现场实践,对三亚地区砂土地基钢板桩施工振动锤的选型及应用进行了分析验证,可供类似工程参考。

　　三亚市地下综合管廊PPP项目海榆东线南段工程位于三亚市海棠湾片区,线km,起讫里程桩号为K290+000—K295+000。

　　本工程基坑平均挖深7.4m,基坑采用钢板桩+钢支撑进行支护,钢板桩采用SP-郁型拉森钢板桩,长度为15m,工程量为25600根。结构及形式如图1所示。

　　本工程钢板桩施打深度为15m,由地质勘探图分析,钢板桩穿透的土层为淤素填土寅于粗砂寅榆细砂寅愚中砂寅舆粉砂,局部,。各土层情

　　淤素填土,沿线均有分布。灰黄色、灰色,干耀饱和,松散耀稍密,颗粒级配不良,土质不均匀,成分主要以砂土、黏性土为主,夹少量碎石,欠固结,该层主要为路基筑填土,局部路段混少30要

　　于粗砂,沿线多有分布,局部缺失。褐黄色、局部夹褐红色,稍湿耀饱和,松散耀中密,石英质砂,土质不均匀,主要以中粗砂为主,次棱角状,颗粒级配不良,含有少量粉黏粒。

　　榆细砂,局部地段分布。灰黄色、灰色为主,松散耀稍密,稍湿耀饱和,石英质砂,土质较均匀,粒度较均一,含有少量粉黏粒,局部地段含有少量淤泥质。

　　愚中砂,黄色、浅灰色为主,湿耀饱和,稍密耀中密,土质不均匀,分选性较差,次棱角状,颗粒级配不良,含有少量粉黏粒,局部地段颗粒偏粗。

　　舆粉砂,局部分布。浅灰白色、灰色,稍密耀中密,湿耀饱和,石英质砂,土质较均匀,粒度较均一,含有少量粉黏粒。

　　主要含水层为于层、榆层、愚层、舆层,且为强透水层,淤层透水不含水。依据工程地质剖面图和量测钻孔内水位埋深综合分析,该路段的地下水位未被隔水层完全隔断,仍具有统一的水力联系。

　　勘察期测得该路段稳定地下水位埋深揭露的地下水位埋深0.75耀10.80m,标高1.70耀10.36m。主要受降水垂向渗入补给及侧向地下水径流补给,向地势低处排泄。据附近明井调查及区域水文地质资料显示,水位年变幅1.5耀2.5m。

　　本工程采用SP-郁型拉森钢板桩做支护结构,根据国内现有施工工艺水平,常见的打桩设备如下,

　　由不同型号挖机和振动锤改装成一体刚性结构,适用于较软地质,是目前应用最广泛的打桩机,打拔速度快,操作灵活,机动性强,适合6耀18m长的钢板桩打拔,见图2。

　　岩土层编号名称地基承载特征值ak/kPa压缩模量s1-2/MPa重度酌/kN·m-3,直剪快剪聚力C/Pa内摩擦角k/,毅,

　　状态天然重度酌,kN·m-3,固快/kPa层名称层号固快k/,毅,平均标贯数/击

　　由履带吊和振动锤柔性连接组合使用,适用于较硬地质,可施打15m以上的长桩,但打拔速

　　船体为钢箱结构,甲板上设有打桩架,可前俯后仰以适应施打斜桩需要,适用于水上钢板桩施工。

　　因本工程钢板桩数量多、作业空间小、作业面施工周转频繁,且地质为砂性土,地质较为柔软,最终确定以机械手作为首选打桩设备。

　　最适合钢板桩施工土为非黏性土、砾石或砂,特别是饱水的非黏性土、砾石和砂。对于混合土或黏性土,只当具备极高的含水量时,才比较适用于钢板桩施工。在干硬性的黏土或经过人工排水的砂中进行钢板桩施工,其阻力会很大。

　　1,振动锤的激振力P0与振动锤系统的总重量Q0之和大于被振动构件与土的动侧摩擦阻力T与振沉构件的动端阻力R之和。

　　淤素填土厚度0~2m,平均标贯击数12.0。于粗砂厚度2~15m,平均标贯击数14.4。榆细砂厚度2~15m,平均标贯击数14.4。愚中砂厚度2~15m,平均标贯击数20.4。舆粉砂,局部,9~15m,平均标贯击数20.8。

　　欧洲钢板桩技术协会的估算方法是经大量工程的实践总结,在振沉钢板桩时可采用以下公式,F0=15伊,t+2G/100,=567.45 kN

　　式中, F0为激振力( kN)fi为压桩时各土层对桩侧面单位面积上的动摩阻力( kPa)其值取0.5Ti ,Ti 为第i层土的极限动摩阻力, , Ti数值参考5, , U 为桩横断面周长, m。

　　钢板桩切入地基土中时,钢板桩克服土体间的剪应力下沉。桩侧摩阻力正比于桩侧土抗剪强度,因此可假想桩侧摩阻力等于桩侧土体剪力。

　　美国ICE公司通过大量工程测试后的结论[1] ,在高速振动时,桩的周围土壤产生液化效果,使桩侧极限静摩擦阻力减低率滋=0.1耀0.4,可依据工程的土质,在滋=0.1耀0.4间选取一个值,按以下公式计算,

　　因日本、法国经验计算结果较其他计算结果差距较大,其值不作为参考依据,则桩侧摩阻力平均值为610.9 kN,桩端阻力为7.55 kN,则桩阻力为618.4 kN,锤型选择时,其激振力暂按600 kN 考虑。

　　根据现场真实的情况,沿工程全线选取若干有代表性的区域进行钢板桩试打,地质情况基本为,淤素填土厚度2.3m,平均标贯击数12.0。于粗砂厚度4.7m,平均标贯击数14.4。榆细砂厚度

　　4.7m,平均标贯击数14.4。愚中砂厚度3.3m,平均标贯击数20.4。

　　振动锤型号,根据所选锤的性能资料和桩的类型、尺寸和土壤种类,利用经验公式估算和检验该锤是否能克服桩端动阻力。

　　式中, Rv为桩端阻力( N)N为桩沉入深度土层的最大标准贯入击数, F为桩的横截面面积( cm2) e 为自然对数的底。

　　当振动体系的振幅A0很小时,沉入并不发生,只有振幅超过某一定值A时,才可能实现沉桩。随着振幅的增大,沉桩速度也逐步的提升,直至趋于某一极限值Ae, 因此振幅的选择范围应为A0AAe[2]。对于起始振幅A0的确定,采用经验公式法,

　　式中, A0为振动体系振幅( mm) N为桩沉入深度土层的最大标准贯入击数。

　　根据桩阻力预估值计算结果,现场进场日立470挖机+芳富450锤头打桩机1台,桩机性能如表7所示。

　　桩身入土深度1耀12m段,施打效果较好,平均施打时间在30s,桩身入土深度12耀13m段,施打较为困难,平均施打时间1耀2 min,桩身入土深度13耀15m段,施打最为困难,难以打设至设计标高。

　　在砂土地质条件下,特别是中粗砂地质条件下施打SP-郁型拉森钢板桩, 以剪力替代法分析计算振动锤的选型较为合适,其计算出的锤型基本符合砂土地基的施工需求。此外,可辅以欧洲经验计算法、国内经验计算法、美国经验计算法考虑选型。

　　因每个工程地质条件、桩的种类、试验条件、假设条件等不同, 同一工程其估算结果可能相差较大。为确保工程顺顺利利地进行,在经验不足时,建议依据工程真实的情况,尽可能多用几种适合本工程情况的经验办法来进行估算,综合分析判断后,考虑土质的差异性,选用功率足够的振动锤。参考文献,