密实含砂碎石和卵石地层钢管桩沉桩试验研究文献学习体会

文献概况与工程背景

本文由中交四航局第二工程有限公司赵刘群、中交四航工程研究院有限公司娄学谦等完成，发表于《水运工程》2022年第9期，依托南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）的实际工程。研究针对密实含砂碎石和卵石地层中钢管桩沉桩施工的难题，通过地层原位试验、沉桩模型试验、基桩可打性分析及现场足尺试验，系统研究了钢管桩在该复杂地层中的沉桩特性。作为长期关注钢管制造与焊接质量的技术人员，我对此类研究高度关注——因为钢管桩的制造工艺、焊接接头质量以及桩端闭塞效应直接影响沉桩可行性和施工安全。

地层特性与沉桩挑战

密实含砂碎石和卵石地层的特点

沉桩困难的原因分析

密实含砂碎石和卵石地层中钢管桩沉桩困难的主要原因包括：

1. 桩端闭塞效应：钢管桩在沉桩过程中，桩端土体被挤压进入桩内形成土塞，土塞的端阻力和侧摩阻力与桩端土阻力叠加，使沉桩阻力大幅增加。
2. 桩侧摩阻力增大：密实地层中桩侧土摩阻力显著高于常规土层，模型试验结果表明桩侧土摩阻力试验结果应适当提高。
3. 振动和冲击效果有限：常规振动沉桩和冲击沉桩在该地层中效果不佳，难以达到设计入土深度。

核心试验结果与参数

关键参数取值

文献通过试验研究，给出了密实含砂碎石和卵石地层中钢管桩沉桩的关键参数：

模型试验与现场试验的对比

钢管桩制造与焊接质量控制

钢管桩的材料选择

密实含砂碎石和卵石地层中钢管桩承受的荷载较大，对钢管材料提出了较高要求：

焊接接头质量控制

钢管桩的纵焊缝和环焊缝是质量控制的关键环节：

1. 纵焊缝质量：

• 焊接工艺：建议采用SAW（埋弧焊）或FCAW（药芯焊丝电弧焊），焊缝质量等级不低于一级。
• 无损检测：100% UT检测，必要时补充MT检测。
• 焊缝余高：控制在0~3mm，避免应力集中。

1. 环焊缝质量：

• 焊接工艺：建议采用SAW或GTAW+SMAW组合焊，焊缝质量等级不低于一级。
• 无损检测：100% RT或UT检测，必要时补充MT检测。
• 焊后热处理：对于壁厚≥25mm的钢管桩，建议进行焊后热处理（PWHT），消除残余应力。

1. 桩尖焊接：

• 桩尖与钢管的连接焊缝是应力集中部位，建议采用全熔透焊。
• 桩尖焊缝应进行100% UT检测，确保无裂纹、未熔合等缺陷。

沉桩工艺优化建议

桩内土塞清除

文献指出"为达到设计入土深度可能需要通过恰当的方法清除桩内部分土塞"，这是解决密实含砂碎石和卵石地层中钢管桩沉桩困难的关键措施：

1. 射水法：在桩内设置射水管，沉桩过程中向桩内注水，冲刷桩内土塞。
2. 振动法：在桩内设置振动器，通过振动松解桩内土塞。
3. 机械清除法：沉桩到位后，通过机械装置清除桩内土塞。

沉桩工艺选择

学习心得与启示

通过研读这篇文献，我深刻认识到密实含砂碎石和卵石地层中钢管桩沉桩施工的复杂性和挑战性。桩端闭塞系数0.7~1.0、桩侧摩阻力225kPa、桩端阻力≥13MPa等关键参数的确定，为工程设计提供了重要依据。

从钢管制造角度，密实地层中钢管桩的制造工艺应特别关注以下方面：

1. 钢管壁厚均匀性：壁厚偏差直接影响桩身刚度，在密实地层中桩身受力复杂，壁厚均匀性要求更高。
2. 焊接接头质量：焊接接头是桩身的薄弱环节，在密实地层中桩身承受的荷载较大，焊接接头质量必须严格控制。
3. 桩尖设计：桩尖的形状和焊接质量直接影响沉桩阻力和桩端闭塞效应，建议采用流线型桩尖设计，减少沉桩阻力。

从焊接工艺角度，钢管桩的焊接质量控制应采用以下措施：

1. 焊接工艺评定：针对密实地层中钢管桩的服役条件，进行专门的焊接工艺评定，确保焊接接头在复杂应力状态下的可靠性。
2. 焊后热处理：对于重要工程，建议对钢管桩的焊接接头进行焊后热处理，消除残余应力，提高接头的疲劳性能。
3. 无损检测：采用UT、RT、MT、PT等多种无损检测方法组合检测，确保焊接接头无致命缺陷。

总体而言，这篇文献为密实含砂碎石和卵石地层中钢管桩沉桩施工提供了有价值的试验数据和技术参数，但对钢管制造和焊接质量控制的具体指导仍需进一步细化。未来研究应加强钢管桩在复杂地层中的服役性能研究，建立考虑焊接接头缺陷影响的沉桩阻力计算方法。