杭州湾外海地质条件超长大直径钢管桩桩尖结构对沉桩速率的影响分析
跨海杭州湾大桥桩基地质汇报
汇报提纲
• 工程概况 • 自然地质条件 • 桩基地质条件 • 不良地质现象和特殊岩土 • 桩基适宜性 • 桩基设计及施工特点 • 结语
项目概况
• 跨海大桥将成为我国特大桥建设的一个里 程碑，充满无限商机。全长36Km，将创造3 个第一：目前世界第一长跨海大桥，为主干 国道同三线上第一条跨海大桥，投资118亿 元，为第一条全部民营投资的大桥。
• 承压水含水层可分二层：第一层埋深50～ 80m左右，含水介质主要为晚更新世冲海积 亚砂土、粉细砂，属弱透水性土层，有一定 的水力联系。属中性微咸水。
• 第二层埋深80～120m左右，含水介质主要 为中更新世冲积中粗砂，含水层厚度变化大， 砂层分选性较好，透水性较好。
• 根据水质分析结果，地下水对混凝土无腐蚀 性，海水对混凝土具弱腐蚀性地下水及海水 对钢结构具中等腐蚀性。
• 中部为厚层淤泥质粘土和粉质粘土，为冰 后期海侵时稳定环境下堆积物，土性软弱， 高压缩性，在厌氧菌和化学作用下易形成 甲烷气体，为浅层气生气层。
• 下部为粉质粘土，局部发育厚度不大于10 米的粉砂层。
• 在60米以下发育晚更新世堆积的两套粘性土 和砂层组合的二次堆积韵律，总厚度40~60米 不等。
软土
• 本区软土为一套全新世中晚期滨海、浅海相 沉积的灰～深灰色淤泥质亚粘土、淤泥质粘 土及软～流塑状态的软粘性土，分布相对稳 定，自北向南厚度逐渐增大，分上、下两层， 上层为③层淤泥质亚粘土，下层为④1层淤 泥质粘土和④2层粘土。
• ③层淤泥质亚粘土，全线物理力学性质指标 比较接近，属高含水量（W＝35.5～41.3%）、 大孔隙比（e＝1.038～1.175）、高压缩性 （E＝3.24～4.94MPa）、低强度(c＝9～ 29kPa，φ＝2.9～12.9°，qu＝17～83kPa)， 高灵敏度（St＝6.72～7.66）软土。
海洋浅水地质钢管桩锤击沉桩要素控制
1引言桩基础是海洋浅水环境(水深臆60m )中各种工程结构常用的一种基础形式。
相比于混凝土桩基自重大、制作周期长、抗弯性能差、沉桩难度大等缺陷,钢管桩具有刚度大、弹性好、抗倾覆性能强、施工便捷等优势,广泛应用于海上风电、桥梁码头等工程领域[1-2]。
目前,海洋浅水环境的钢管桩基础通常采用锤击沉桩,然而,钢管桩沉桩质量受海洋环境的影响十分明显。
一方面,准确探测海洋环境具有诸多不确定性,使锤击沉桩过程始终伴随着一定程度上难以控制的意外因素;另一方面,海洋环境本身难以预测的固有属性进一步加剧了实际沉桩质量大幅度偏离预定质量标准的风险。
因此,掌握海洋环境对钢管桩沉桩质量控制起着重要的保障作用。
与陆地环境相比,海洋环境钢管桩沉桩质量主要受水深、海底地质、海床地形及风浪流等一系列因素影响。
在近岸浅水环境中,海底地质对钢管桩沉桩质量的影响尤为突出。
海底地质通常可分为以砂土、风化岩为代表的硬土及以黏土、淤泥为代表的软土。
砂土呈单粒结构,土粒间联结微弱,具有压缩性低、抗剪强度高、无塑性等特点[3-4];黏土含砂粒少,与水混合后有黏性和可塑性,具有流变性高、触变敏感、抗剪强度低等特点[5]。
在锤击沉桩过程中,钢管桩周边土体易发生液化现象及挤土效应[6-7],导致土体产生较大的超静孔隙水压力和挤压应力。
超静孔隙水压力的增大,使土粒间承担、传递的压力减小,降低了土体抵抗剪切变形的能力;挤压应力的增加,扩大了土体横向有效应力并减小了孔隙率,使土体强度有所提高。
与砂土层相比,黏土层黏聚力大,液化程度低,但黏土层本身强度【作者简介】袁春进（1996~），男，江西丰城人，助理工程师，从事海上风电项目施工与管理研究。
海洋浅水地质钢管桩锤击沉桩要素控制Controlling Factors of Hammer-Hitting Steel Pilein Offshore Shallow Water Geology袁春进，张显雄（保利长大工程有限公司，广州510620）YUAN Chun-jin,ZHANG Xian-xiong(Poly Changda Engineering Co.Ltd.,Guangzhou 510620,China)【摘要】通过分析海洋地质对钢管桩锤击沉桩的影响，归纳了在以砂性土为代表的硬土和以黏土为代表的软土中进行锤击沉桩的关键要素，从溜桩、锤击能量、桩身垂直度、桩顶标高以及船舶抛锚5个方面总结了控制方法，有利于系统性地降低钢管桩锤击沉桩过程中的质量风险。
超大直径桩力学性能及受力分析
超大直径桩力学性能及受力分析
黄靖波 （中国公路工程咨询集团有限公司浙江分公司 杭州 310013） 摘 要：众所周知，承台水下施工困难，不但工期长、造价高，最令建设者“头痛”的是常受到洪水影响和威胁。 因此在百米跨径以内桥梁实现“无承台”是桥梁工程师的梦想。要实现该目标，桩径要达到 3m 以上，现阶段超大 直径桩理论尚不十分完善，如施工质量控制、桩基质量和承载力检测、以及超大直径桩计算理论等。由于超大直径 桩的荷载传递机理和变形特征与普通中、小直径桩存在着明显差异，因此，用中小直径桩的计算理论来分析超大直 径桩是不合适的，同时超大直径桩的试验成果和经验资料也相对较少，理论研究也就相应滞后。 本文以嘉兴至绍兴跨江公路通道嘉绍大桥引桥 3.8m 超大直径钻孔灌注桩为研究对象，通过对该桩基进行承载力、 沉降和变形的计算分析，并通过试桩成果，对究超大直径钻孔灌注桩进行受力分析。 关键词：超大直径桩 承载力 沉降
9
2000
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沉降S(m)
荷载-沉降曲线
40 2.1
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5-5 -94.31 11.2
圆砾
杭州湾跨海大桥工程钢管桩基础设计
杭州湾跨海大桥工程钢管桩基础设计成崇华;张荫民;陈洪钧【摘要】杭州湾是世界上著名的强潮海湾.自然条件恶劣.选取合适的基础型式对确保杭州湾跨海大桥的安全和工程的顺利实施具有极其重要的作用.介绍跨海大桥中引桥及南引桥水中区的钢管桩基础设计方案,桩基础设计过程中面对的难点问题及相应的解决对策.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2008(000)010【总页数】7页(P150-156)【关键词】杭州湾;跨海大桥;钢管桩;桩基【作者】成崇华;张荫民;陈洪钧【作者单位】中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海,200032;中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海,200032;中交第三航务工程勘察设计院有限公司,上海,200032【正文语种】中文【中图分类】U655.54杭州湾跨海大桥工程是我国“五纵七横”国道主干线中同江—三亚（即同三线）跨越杭州湾的便捷通道，是浙江东部沿海地区与上海之间的快捷通道。
本工程北起浙江乍浦港以西约6 km处海盐县的郑家埭，南至浙江慈溪丰收闸东北约3 km处（图1），总长约36 km。
大桥分北引桥、北通航孔桥、中引桥、南通航孔桥、南引桥水中区和南引桥滩涂区等部分（图2）。
杭州湾跨海大桥工程地处开阔海域，工程规模大，自然条件复杂，有待解决的难点多。
如恶劣的水文、气象条件，100年的设计使用寿命，复杂的地质条件等，都对大桥建设提出了严峻考验。
下面介绍大桥的中引桥和南引桥水中区桩基础设计的难点及对策措施。
1.1 设计难点1）自然条件复杂。
本工程地处杭州湾开阔海域，波浪、水流、气象、地质等自然条件比较复杂。
桥区海域波高、流急，垂线平均最大可能流速达到4.56 m/s，软土覆盖层厚，地基持力层埋藏深，海床演变复杂。
2）大桥设计基准期长，受力条件复杂。
杭州湾跨海大桥设计基准期长达100年，要求很高。
本桥水中基础不仅要承受上部结构的垂直荷载，而且还要承受梁体温度力、制动力、波浪冲击力、船撞力等多种水平荷载，对基础结构设计提出了很高的要求。
大直径超长桩后继打桩拒锤现象分析及单桩承载力计算
第27卷 增2岩石力学与工程学报 V ol.27 Supp.22008年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2008收稿日期：2007–03–02；修回日期：2007–04–12基金项目：国家自然科学基金资助项目(50309009)；国家高科技发展计划(863)资助项目(2004AA616100)作者简介：刘 润(1974–)，女，博士，1996年毕业于天津大学土木工程系，现任副教授，主要从事岩土工程方面的教学与研究工作。
E-mail ：大直径超长桩后继打桩拒锤现象分析及单桩承载力计算刘 润，闫 玥，闫澍旺(天津大学 建筑工程学院，天津 300072)摘要：受到海上施工条件的限制，特别是大直径超长桩的施工常出现停锤，停锤后继续打桩时，连续打桩引起的桩周地基土中的超静孔隙水压力消散，土体强度得到恢复和提高，使得打桩阻力增大，甚至出现拒锤现象。
分析表明，地基土层的分布、土体中裂缝的开展、停打时间的长短以及桩管内土塞的作用直接影响土体强度的恢复和提高程度。
提出超静孔隙水压力的计算方法以及超静孔隙水压力的时间效应；结合一维应力波动理论，以实测打桩记录为依据，采用反分析方法确定当后继打桩出现拒锤现象时的单桩承载力。
实际工程算例和海上原位动测结果表明，该方法具有可行性。
关键词：桩基工程；打桩分析；拒锤；强度增长；单桩承载力中图分类号：TU 473 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)增2–3459–06STUDY ON REFUSAL OF RESTARTING OF LARGE DIAMETER AND DEEP PENETRATION PILE AND BEARING CAPACITY CALCULATIONLIU Run ，YAN Yue ，YAN Shuwang(College of Civil Engineering ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China )Abstract ：Due to the harsh environmental conditions in ocean engineering ，intermissions occur during the driving of large diameter and deep penetration piles ，which may cause difficulties ，even refusal ，in re-starting the pile. Analytical results show that soil strength recovering is influenced by the soil stratum distribution ，the crack development around the pile ，the cessation time of driving and the soil plug effect in the pile pipe. A calculation method is proposed to identify the developed excess pore water pressure and its time effects in the soil around the pile during driving. Based on the driving records ，the back-figured method is applied to estimate the pile bearing capacity after refusal taking place. The calculated results agree well with the in-situ observed data ，which indicates that the proposed back-figured procedure can be used in similar pile driving situations.Key words ：pile foundations ；drivability analysis ；refusal ；soil restarting ；bearing capacity of single pile1 引 言在海上进行打桩施工，经常会由于天气条件、船只调度、更换打桩锤等原因，造成桩不能连续贯入到设计深度，因此出现了施工中的停锤现象。
海上钢管桩沉桩施工技术要点分析
海上钢管桩沉桩施工技术要点分析摘要海上钢管桩沉桩施工环境复杂，需考虑潮差、涌浪、寒潮大风及海底地质条件等自然环境因素的影响，且沉桩桩长与直径一般都较大，这些都给钢管桩沉桩带来了难题，故对沉桩施工工艺技术要求高。
本文根据南通市洋口港区桥梁和液化码头工程PPP项目现场沉桩施工当中存在的具体问题和难点，分析了在典型海上沉桩施工中的控制技术要点，具有一定的参考和借鉴价值。
关键词钢构桩制造；测量定位；水上沉桩；夹桩海上沉桩施工风险高、难度大，需要考虑各种自然和人为的影响因素，故对施工技术要求很高，本文分析了南通市洋口港區桥梁和液化码头工程PPP项目中的子项目液体化工码头二期海上钢管桩沉桩施工所需关注的主要问题及存在的难点问题，从保证施工安全和质量的角度出发，提出在沉桩施工技术当中的重点控制过程及要素。
1 工程概况南通港洋口港区阳光岛南侧液体化工码头二期工程拟建于洋口港区西太阳沙码头区，从一期码头栈桥向外延伸，距已建海巡艇码头393m，距已建重件码头477m。
本工程包含栈桥和码头两部分，栈桥长347m，宽为12.35m，设有4个补偿器墩及4个固定墩。
码头G2、G3泊位长度均为195m，与工作平台统一布置。
每个码头泊位均设置2组靠船墩，每组有2座靠船墩，每个泊位共4座靠船墩。
栈桥与码头夹角内侧设置辅建平台，上部布置码头前方综合用房。
本工程所有桩基均为钢管桩，本工程桩长在51m～67.5m之间，共计339根，其中直桩95根，斜桩244根[1]。
2 工程特点及难点2.1 施工环境复杂，有效作业时间短。
本工程地处江苏外海，常年风浪比较大，每年7～9月份为台风多发期，受台风的影响大；每年11月至翌年3月冬季寒潮大风频繁，海上涌浪大，最大波高超过3m，持续时间长，全年平均可作业时间不足15天/月。
2.2 工况条件恶劣，对施工船舶的要求高。
施工水域潮差大，常年风浪大，最大潮差达到8.08m，涨落潮水流流速急，对施工船舶的稳定性要求高，尤其是起重船，船型宜选择1000t以上的平板驳，考虑到大型钢模板吊装和现场的吊距、吊高的需求，起重船的起重能力要达到50t以上。
杭州湾跨海大桥工程地质条件分析与评价
注桩 。可考虑事先 打排气 孔进行放气 。
６ ３ 地 下水 问题 ．
大， 压缩性小 ， 推荐为 主桥桩端持 力层或下 卧层 。 ５ ３ 桩 基设计参数 的确 定 ． 地基土 的容许承 载力 和桩 周 土极 限摩 阻力 以及 沉 桩极 限端 阻力的确定 ， 各土 层 的物 理力 学性 质 指标 ， 按
据， 同时参考 了《 建筑 桩基 技术 规 范 ｝Ｊ Ｊ４ ４ 及上 （Ｇ ９ －９ ）
海市标 准《 土工 程勘 察 规 范 》 ＤＢ ０ —３ — ９ ） 岩 （ Ｊ ８ ７ ４ 的有 关 内容 ， 并结 合 已有 的试 桩 资 料 及 岩 土特 征 综合 确定
（ 见表 ３ 。 ）
表 ３ 桩 基 设计 参数
在北航道 桥北侧高 墩 区引 桥北 首 海底 地形 表 现为 坡 度较大 的陡坎 ， 经过 稳定 性分 析 和计 算 ， 土坡 在 天然 状态 下处于稳定状 态 。 ５ 工程地质评 价
５ １ 桩型选择 ．
桥 位区松散覆 盖层巨厚 ， 上部全新统 为松散及 流 一 软塑状 亚砂 土 、 淤泥质 粘性土 、 性土等 ， 程地质 性能 粘 工
进 行有控制 地放气 。
４ ２ 饱 和砂 （ ） ． 粉 土液 化
按 ７ 对 ２ ｍ 以浅 的② 层 和 ⑤。 饱 和亚 砂 土 度 ０ 层
表 １ 地 基 土 工 程 地 质 特征 表
层号 地层名称
层厚 （ ｍ）
土层 物理力学性质和评价
４ ３ 软 土 ．
南 厚度逐 渐增 大 ， 分上 、 下两 层 ， 上层 为③ 层淤 泥质亚 粘
６ ２ 浅层气影 响 ．
杭州湾跨海大桥北引桥超长钻孔灌注桩施工质量控制
ｌ 引言
讨。
工程界认为， 桩长大于 ５ｍ ０ 的桩即为超长桩 。 从桩的工作性状分析 ， 是否超长桩应受制于桩的长 细比 （ ） 、桩长范围内地基土 的分层、各层土 的 物理力学性质以及作用于桩上的荷载等多种因素。 随着公路工程超长钻孔灌注桩应用的增加， 学术界
和工程 界对 超长 桩 的研 究 日渐 增 多。 究 主要集 中 研
工 作性状 ， 须从 施 工过程 的每一 个环 节进 行 施工 必 质 量 的控制 ，才 能达 到 设 计 规 定 的 成 孔 和成 桩 质
量 。《 路桥 涵施 工技 术规 范 》（ Ｔ ０ １ ２ ０ ）对 公 Ｊ Ｊ４ － ００
质量密切相关 。 的成孔时间越短， 桩 孔壁土的 松弛效应小。 灌注混凝土时， 水泥浆与土会形成一 层紧贴于桩身侧壁的水泥土硬层， 剪切滑移面发生 在硬壳外层， 桩的有效桩径和侧面积相对增大 ， 总
基于上述， 笔者结合杭州湾跨海大桥北引桥超 长钻孔灌注桩质量控制措施进行了较 为深入的探
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浙 江交通科 技
２０ ０ ６年第 １ 期
验 。试验孔孔深 ９ｍ ０ 、设计孔径 １０ 。在试验孔 ５０
的成孔 过程 中， 成孔 倾斜 度控 制 、 对 坍孔 预 防措 施 、
３２ｍ ．６ 。本区段表层为亚粘土 ，厚 ｌ～１ｍ １ ６ 。整个
区域软土层较厚， 分布在表层的亚粘土下面，…般 厚度达 ４ ｍ以上 。 ０ 桩基持力层为中密的细砂层或埋
藏更深的硬塑性粘土层 。因此，设计采用 １０ 、 ００ １０ ５０以及 ２０ 三种桩径 。其中陆地 １０ 钻 ００ ００ 孔桩共计 ９０ ，陆地 １０ １ｍ ５０钻孔桩 １４ １，海上 ２４ ｍ １０ 钻孔桩 ２ ５ ０ ， ５０ ８７ ｍ 海上 ２ ０ 钻孔桩 ２ ２ｍ ００ ３４ 。
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３ 月
水 运 工 程
Ｐｏｔ ＆ Ｗ ａ ｅ ｗａ Ｅｎｇｎ ｒｎｇ ｒ ｔｒ ｙ ｉｅｅｉ
Ｍ ａ ．２０１ ｒ ２总 第 Nhomakorabea４ ４期 ６
Ｎｏ ３ Ｓ ｒ ｌ ． ６ ． ｅｉ ａ Ｎｏ ４ ４
杭 州湾 外海地质条件超 长大直径钢管桩桩尖 结构 对 沉 桩 速 率 的影 响分 析
徐定山 ，沈 浩 ，吴 海根 ，徐 志 栓
（． １ 江苏省交通科 学研 究院股份 有限公 司 ，江苏 南京 ２ ０ １ ； １０ ７ ２ 中交第三航务 工程局有 限公 司宁波分公 司，浙 江 宁波 ３ ５０ ） ． １２ ０
要 ：在 外海高桩独 立墩 台工程 中，尤其是 海上风 电场风机基础选用 高桩独 立墩 台时 ，桩基 础必定选 用长度和 直径 大、
２ Ｃ Ｃ ｈ ｎ ｈ ｉ ｏｔ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎ Ｃ ．Ｎ ｎ ｂ ｒ ｃ ， ｉｇ ｏ３ ５ ０ ， ｈｎ ） ． Ｃ Ｃ Ｓ ａ ｇ ａ Ｐ ｒ Ｃ ｎ ｔ ｃｉ ｏ， ｉｇ ｏＢ ａ ｈ Ｎ ｎ ｂ ２ ０ Ｃ ｉａ ｒ ｏ ｎ １
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９ ． ｔ ８根 桩 在 承 台底 面 沿 以 承 台 中 心 为 圆心 、 ２５ 。
ＸＵ Ｄｉ ｇ ｓ ａ Ｓ ｎ — ｈ ｎ ， ＨＥＮ Ｈａ Ｗ Ｕ Ｈａ— ｅ ＸＵ ｈ － ｈ ａ ｏ， ｉｇ ｎ， Ｚ ｉｓｕ ｎ
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而提 高 沉桩 速 率 。
键词 ：杭 州湾；铜 管桩 ；沉桩速率 ；桩 尖结构形式
图分 类 号 ：Ｕ ６ ５５ ＋． ５ ． ４１ ４ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１０ — ９ ２２ １ ）３ ０ ３ — ５ ０ ２ ４ ７ （０ ２ ０ — １９ ０
Ｉ ｌｕｅ ｅ ｏ ｕｐｅ － ｏ ｇ ｌ ｒ ｅ ｉ ｍ ｅ ｅ ｔ ｅ ｐｅ ｐｉｅ ｔｐ ｔ ｕｃ ｕｒ ｎ ｎｆ ｎｃ ｆｓ ｒ ｌ ｎ ａ ｇ －ｄ ａ ｔ ｒ ｓｅ ｌｐｉ ｌ ｉ ｓ ｒ ｔ ｅ ｉ ｗａ ｅ ｓ ｏ ｎｇ ｈｏ ａ ｌ ｉ ｉ ｇ ｒ ｔ ｔ ｒ ｆＨａ ｚ ｕ ｂ ｙ ｏｎ ｐｉ ｄｒｖ ｎ ａ ｅ ｅ
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程概 况
桩 尖 高程 一 ８０ ７ ． ｍ，桩 长 为 ８．２ｍ。风机 基 础 总 ０ １ ７ 体布置见 图 １ 。钢 管 桩 管 材 为 Ｑ ４ Ｃ，上 段 管 壁 ３５ 厚 ３ ｍ，下 段 管 壁 厚 ２ ｍ，钢 管 桩 总 质 量 ０ｍ ５ｍ
ｓｎ ｌ ｉ ａ ｉ ｇ ｅ ｐ ｌ ｈ ｍｍｅ ｉ ｇ ｗ ｔｒ ｆｏ ｔ ｅ ｐ ｌ ｉ ｔｕ ｔ ｒ ｏ ｓ ｅ ｏ ｈ ｒ ｕ ｔ ｂ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｙ ｅ ｒ ｅ ｒｎ ， ｅ ｓａ ｔ ｒ ｍ ｈ ｉ ｔ ｓ ｃ ｕ ｅ ｔ ｅ ｋ ｆｒ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｓ ｉ ｌ ｔ ｔ ｒ ｌｔ ｐ ｓｆ ｅ ｐ ｒ ａ ｕ ｏ ‘ ｗ ｔｒ ｆ ｎ ｚ ｏ ａ ． ｎ ｕ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ｆ ｉ ｒ ｉ ｇ ｅ ａ ｅ ｓｏ Ｈａ ｇ ｈ ｕ ｂ ｙ ａ ｄ ｔ ｓ ｈ ｉ ｒ ｖ ｈ ａｅ ｏ ｌ ｄ ｉ ｎ ． ｐ ｅ ｖ
能 好 的 钢 管桩 结构 ， 以抵 抗 风 机 的 大上 拔 力 、 大 力矩 和 剪 切 力 。 结 合 上 海 东 海 大桥 近 海 风 电 场 工 程 前 阶段 钢 管 桩 沉
难度 大、单桩锤 击数 多等实际情况 ，从桩 尖结构入手 以期寻找到 更适用 于杭 州湾近海水域 的地 质条件 下桩 尖结构形
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