1 工程概况

　　新建拉让江特大桥全长1 194m，桥面宽12.9m，单箱室钢筋混凝土箱形断面结构，设计孔跨为1联8跨连续梁(37m+7×47m)引桥+1联5跨刚构连续梁(100m+3×150m+100m)主桥+1联4跨连续梁(3×47m+37m)引桥(见图1)。全桥结构为桩基础、承台、墩柱式桥型，水中设有5个墩柱。

　　本项目引桥连续梁采用大节段预制梁顶推施工，主桥刚构梁采用普通挂篮悬浇施工。引桥连续梁桩基础采用800预应力混凝土预制管桩(PHC桩)，壁厚120mm，混凝土强度等级为C80，为当地规范内的C级桩。桩内均匀分布2410.7预应力筋，有效预应力值为7.3MPa，抗裂弯矩为45.2k N·m，极限破坏弯矩为83.4kN·m，单桩设计承载力为3 500kN，由斜桩和垂直桩组合，斜桩斜率为1∶6和1∶7 2种。

　　2 地质条件

　　本桥地处冲洪积平原区，地形平坦开阔，主要岩性为泥炭、黏土、粉质黏土、砂质黏土、粉土、黏质粉土、粉砂、砂、砾砂类土等，土层强度偏低，下伏地层主要岩性为砾石、砂砾石、板岩、千枚岩等。

　　桥址位于拉让江两岸，浅层潜水水位高，黏性土、粉土含水量高、压缩性大、有机质含量高、剪切强度低和黏聚力低，砂性土含水富余、密实度低，浅层土普遍承载力低。两侧河岸下伏岩层由板块运动形成，年代久远，岩石质量指标RQD较好，与桩基础底标高基本一致，适宜作为桩端持力层。

　　3 打桩设备选型

　　预制桩比灌注桩具有单位面积承载力高、工厂化作业、桩身质量易于保证和检查、工序较简单、功效高等特点。预制桩一般可采用锤击法、振动法和静力压桩法进行施工。马来西亚是由冲刷形成的冲洪积平原区，土质松软，根据多年工程经验，一般采用锤击法。

　　锤击打桩设备可分为柴油打桩锤和液压打桩锤，国内外工程经验表明，液压打桩锤与柴油打桩锤相比具有以下优点:(1)可根据土质情况和桩身强度，方便调节打击行程和频率，保护桩身免遭损伤，从而确保施工质量;(2)能量传递效率明显高于柴油打桩锤;(3)施工噪声影响大大低于柴油打桩锤;(4)无油烟污染，符合环保要求;(5)适用斜桩角度范围大于柴油打桩锤。

　　图1 桥梁立面布置(单位:m)  

　　本项目预制管桩斜率较大、单桩承载力较高，地下土质情况较复杂，环境保护要求高，综合考虑选用DH608-110M型液压打桩机。该打桩设备平面尺寸为9.16m×5.62m，操作回转半径为3.61m，配置BSP型系列锤头，锤头分别重16,20t。

　　4 桩基设计和桩节配置情况

　　4.1 预制桩设计布置情况

　　本桥引桥部分为1～8号墩和13～16号墩，全桥共计154根预制桩，含垂直桩10根、斜桩144根，其中斜桩的斜率为1∶6和1∶7，桩长为22～42m。设计情况如表1表示。

　　4.2 预制桩施工配置情况

　　本桥引桥部分800预制桩专业厂家供应的桩节配置有6.0,9.0,12.0m 3种类型，根据设计桩长和地面标高，对每个墩柱桩节进行初步配置，配置如表2所示。

　　5 施工关键技术

　　5.1 打桩施工顺序

　　液压打桩锤体积庞大，施工作业空间要求高，走行移位较缓慢，需编制合理的桩基施工顺序，确保工期计划。

　　基坑基础为群桩基础，分为2,3排桩2种类型，角桩斜率为1∶6，纵向2排桩斜率为1∶7，相对距离为3,4m(在承台底标高处)，承台开挖深度2～3m。桩基剖面如图2所示。

　　设计桩位标高位于地面以下，垂直桩的垂直投影中心位置一致，桩位中心不随高度变化而变化。斜桩斜率导致桩位中心随高度变化而变化，具体计算方法如下。

　　式中:H₁为原始地面标高(m);H₂为设计桩位标高(m);L为施打位置的偏移量(m);α为桩自身倾斜角度(°)，由桩基斜率计算得出。

　　表1 预制桩设计 

　　表1 预制桩设计

　　表2 预制桩施工配置  

　　根

　　表2 预制桩施工配置

　　将斜率1∶7和高差3.0m代入式(1)，得到相对距离相应减少约0.85m。根据桩节配置和设计桩长关系，考虑桩长富余，露出地面，不能满足打桩设备行走要求，故单排桩施工完成后，必须切割至地面以下，地面加固处理后才能施工相对面桩基。相邻角桩不能满足同时施工要求，对角角桩满足打桩设备回转半径要求，可同时施工。最终确定的桩基施工顺序如图3所示。

　　图2 桩基剖面  

　　5.2 首节桩定位

　　PHC桩在打入过程中修正坐标十分困难，因此初始定位准确非常重要。

　　打桩设备桩架与桩基只存在唯一的位置关系。打桩设备履带应严格平行于桩基轴线方向，桩架中心线与桩基中心线须重合。打桩设备就位且桩位中心放样后，按要求设置护桩。打桩设备提吊首节管桩离地10cm左右，将桩尖粗略对位样桩位置，人工辅助进行对准，缓慢下放插入地面约10cm，再量测桩尖和护桩的相对位置进行校核，最后通过打桩设备上的液压桩架体系精确调整桩基斜率，全站仪测量无误后，利用桩身自重下沉入土，测量人员采用全站仪持续监控，出现偏位情况及时调整，首节桩的精度决定整根桩的成桩精度。

　　5.3 桩节接长

　　当上桩节桩头露出地面0.8～1.0m时，即可停止打桩，以便焊接接桩。首先清理干净管桩端面及施焊侧面，然后在桩身倾角低侧面焊接定位筋控制上、下桩节定位。2节桩端面贴合无缝、测量定位精准后，对称点焊6～8点固定接长桩，然后由倾斜面低侧向高侧进行对称施焊，焊缝厚度10mm。检验合格后自然冷却，涂刷防腐漆，再施焊连接钢板，连接钢板由4块独立的10mm厚圆弧钢板组成，焊接方向同上述端面对焊施工。焊缝应连续饱满，设计要求焊缝厚度10mm。焊接时采取必要的防风措施，在焊接位置迎风面制作防风围挡，减少焊接变形，防止焊口降温过快导致出现焊缝质量问题。

　　焊接质量验收合格后，经自然冷却15min后涂刷防腐漆，须充分冷却后再锤击打桩，以免温差过大，锤击产生的振动将扰动焊缝使其开裂，从而降低焊接强度。

　　5.4 最终贯入度计算

　　从首节桩打入持续至终止锤击沉桩，需安排专人记录打桩过程。每节桩沿桩身按300mm间距标记红色油墨，用于记录每沉桩300mm的锤击次数，形成打桩记录表。

　　采用PHC桩最后3阵(10锤/阵)贯入度值确定是否达到沉桩标准。贯入度一般指锤击10击沉桩深度，用mm/10击表示，通过贯入度判断地基土软硬程度，从而确定桩基承载力。贯入度值是根据海利公式计算并经桩基试验验证确定。

　　海利公式基本关系式可表示如下:桩锤做功=桩贯入土中所需的有效功+桩周土体体系所耗弹性变形能+桩周土体体系所耗非弹性变性能。

　　式中:P_u为桩极限承载力;W_r为桩锤质量;H为锤击高度，即桩锤落距;ξ为落锤效率折减系数，自由落锤时ξ=1，非自由落锤时ξ<1;η为锤击效率系数，理想弹性锤击时η=1，非理想弹性锤击时η<1;e为终锤贯入度;C为锤击时桩周土体体系总弹性变形。

　　结合工程实例，进一步提炼和演变公式，得到最终贯入度公式:

　　式中:S为最终贯入度(1击);L为桩基设计承载力;W为桩锤质量;f为安全系数;P为桩与驱动设备质量之和;C为临时压缩值;h为落锤高度;e为恢复系数;A为锤击效率系数。

　　将PHC桩基参数代入式(3)计算得到的预估终锤贯入度为22mm/10击，然后进行试验桩施工验证，包含PDA连续监测试验、桩基静载试验，修正后确定最终贯入度值，并在后续桩基施工过程中严格参照各指标验收成桩质量。

　　图3 打桩顺序  

　　5.5 试验桩及桩基试验

　　在设计图纸指定桩位按上述工艺步骤进行试验桩施工，桩锤自重、落锤高度按设定参数取值，PDA试验全程监控。PDA试验是通过在桩顶安装传感器来检测打桩产生的应力波在桩身内部的传播情况来确定桩的各项指标和状态，如检测桩身结构完整性、拉应力和压应力的状态及分布、桩锤做功传递给桩身的能量(系统计算成承载力)。

　　本项目河岸两侧各有1根试验桩，待PDA试验测得桩基承载力接近控制极限承载力时，安排人员尝试量取贯入度，并比较计算最终贯入度，当实测贯入度与计算贯入度一致且测验桩基承载力等于控制极限承载力时，试验桩施工结束。

　　试验桩除采取PDA试验检测、验证桩基承载力外，静载试验也是设计提供的另一种验证方式。本项目800 PHC管桩设计承载力为3 500kN，静载试验的荷载为设计承载力的2倍(7 000kN)。试验装置(见图4)由混凝土预制块堆载的压重平台+反力千斤顶+沉降观测装置构成。

　　图4 静载试验装置  

　　静载试验采用两循环加卸载法(每次循环荷载达到相对稳定后卸载到0)。第1次循环荷载为100%设计承载力(3 500kN)，分4级8阶(25%,50%,75%,100%)逐级加卸载;第2次循环荷载为200%(7 000kN)，分8级16阶(25%,50%,75%,100%,125%,150%,175%,200%)逐级加卸载。每级加载后，按规定时间读取沉降值，当1h内沉降值≤0.1mm且连续出现2次，认为已达到相对稳定，可加下级荷载。每次循环荷载加至满载且稳定后，需持续24h观测沉降值。当2次循环完成后，每循环沉降值满足设计要求，则静载试验结果合格。

　　结合PDA试验和静载试验结果，验证得到成桩验收标准的最终贯入度，用于指导后续工作桩施工。

　　6 注意事项

　　地基处理必须满足规定承载力要求。如果处理不到位，打桩过程中发生不均匀沉降，导致桩架偏位，进而桩锤、桩帽、桩身三者中心不在同一轴线上，局部应力过大导致断桩的可能性增大。

　　须结合地质勘察报告进行桩基施工。在地质层突变处尤其是软弱层进入硬岩层时放慢速度，不要因贯入度剧烈减小而迅速增大落锤高度(即增大打桩能量)，此时硬岩层对管桩的反作用力特别大，而软弱层对桩身摩擦阻力较小，造成桩身无缓冲，桩身内部应力超出极限值造成断桩。

　　分级控制打桩过程中的落锤高度。采用锤击法沉桩，桩锤做功传递能量给桩头，管桩产生沿桩身向下传播的压缩应力波，应力波最大强度主要取决于桩锤锤击速度，而锤击速度与锤落距平方根成正比。为防止锤击沉桩时产生过大的冲击应力破坏桩头，需控制落锤高度。

　　持续低落锤高度打桩，锤击次数过多会造成桩身疲劳破坏，所以打桩过程中落锤高度应适中。液压打桩锤的落锤高度宜在200～1 200mm，按100mm逐级递增原则，每贯入300mm锤击次数接近50次时，落锤高度往上增加1级，直至达到试验桩确定的最终落锤高度。

　　7 结语

　　随着环保要求的提高，柴油打桩锤逐渐被液压打桩锤取代，由于热容积和效率的限制，已不能满足大型预制桩的施工要求。液压打桩锤由于打桩效率高、噪声低、振动小、无油烟污染，先进性已被广泛认可。预制管桩的应用虽受限于地质情况，不宜穿透较厚坚硬土层或岩层，但对于地质条件特殊的东南亚国家，具有广泛适用性。预制管桩在场内预制，施工周期短，造价低，质量检测方便，成桩质量可控性强，相比于灌注桩，不产生污染环境的泥浆，优势明显。

　　马来西亚拉让江特大桥800预制管桩施工具有工艺复杂、精度要求高等特点。实际施工过程中，严格把控每道工艺步骤质量，确保按编制方案执行，目前项目已完成800预制管桩施工。