1.2　钢管桩的打桩设计与施工

在海洋工程的桩基础设计过程中，不仅要考虑上部结构在位条件下桩承受轴向载荷及水平载荷的能力，还要考虑其在安装条件下所受的各种荷载，这就需要桩的设计具有足够的强度，并能够打入到泥面以下预定深度，以满足上部结构在使用期间对稳定性和耐久性的要求，从而保证海洋平台或者海上风电机组的安全运行。

在进行海洋工程桩基设计之前，需要收集相关的设计资料，主要包括：工程地质勘察报告；环境设计基础数据；打桩所用锤型资料；群桩（如有）套筒的结构布置图纸；桩的起吊方案；结构设计规格书；设计依据的规范等。在对相关资料收集完毕之后，就可进行桩基础的设计工作。其主要内容包括：桩的轴向承载力分析；桩的自由站立分析；桩的起吊分析；桩的可打入性分析；桩的在位强度分析；桩的疲劳分析；桩灌浆连接强度分析等。通过以上分析，确定桩的直径、长度和分段壁厚。桩的直径、数量和设计入泥深度通过桩的承载能力以及桩在位条件下承受的重量和环境载荷确定，并保证一定的安全裕度。分段壁厚则根据桩自由站立分析、桩的起吊分析、桩的可打入性分析、桩的在位强度分析、桩的疲劳分析和桩灌浆连接强度分析的结果综合确定［8］。

钢管桩施工主要有吊桩、插桩、接桩、打桩，如图1.2.1所示。

图1.2.1　海上打桩作业过程
（a）吊桩；（b）插桩与接桩；（c）打桩

吊桩是将钢管桩从运桩船甲板上移至安装位置的过程。从运桩船吊钢管桩要用到专用取桩器，吊桩时首先根据桩的管径和重量选择合适型号取桩器，先将取桩器顶部钢缆挂上浮吊吊钩，然后将取桩器插入钢管桩顶部，再通过液压系统驱动起桩器四周液压吸盘，使起桩器牢牢抓住钢管桩顶部内壁。这时浮吊起钩，慢慢将钢管桩一头吊起，直至完全竖直。在进行施工设计时应计算钢管桩在整个吊桩过程中的各个阶段的弯曲状态。插桩是浮吊吊装单节钢管桩插入导管架桩腿中或前一节桩中。接桩是将插好的桩与前节桩进行焊接，用测量定位工具将两节桩位置定准后开始焊接程序，直至焊接检验完成两节桩完全焊成一体。

打桩是将接好后的钢管桩打入土体的过程。打桩过程分为取锤、插锤、打桩、收锤4个步骤。打桩锤一般平放于甲板，主要类型有柴油锤、液压锤、振动锤等（图1.2.2）。取锤是一个从吊起直至锤竖直的过程。插锤是指将打桩锤下部套筒套上桩顶的过程。打桩的开始阶段，坚持“重锤轻打”原则，以防溜桩，待贯入度正常后再逐步加大捶击能量。稳定打桩阶段除及时记录击打能量、频率、桩贯入度外，也要注意浮吊吊钩及时降下跟进桩锤的下落速度。当上节桩打到预定位置后即可停桩准备进行下一节桩施工，当最后一节桩在额定功率下贯入到设计深度时，即可停锤，完成整根桩的打桩工作。一般最后两节桩管上需安装感应器以监测沉桩受力情况，以防将桩打坏。之后浮吊起钩将桩锤从桩顶吊起放回甲板，完成整个打桩施工过程［9-10］。具体过程如图1.2.3所示。

图1.2.2　海上打桩作业使用的锤型
（a）柴油锤；（b）液压锤；（c）振动锤

图1.2.3　打桩流程图