作者：张毅
1项目概况
平潭海峡公铁两用大桥起于长乐市松下镇，经人屿岛，跨越松下港区进港航道（即元洪航道）和鼓屿门水道，再依次通过长屿岛和小练岛、跨越大小练岛水道抵达大练岛，再跨越北东口水道上平潭岛，大桥全长约16. 338 km。
平潭海峡公铁两用大桥桥位处97%区段同时存在复杂、恶劣的海况、气象、地质、水文及地形条件。栈桥所处海域海况环境恶劣，风暴潮及经常出现的潮流强度大、波浪力大；海域岛屿众多，海水呈典型半日潮，水流流速大；海水腐蚀性强；地质条件复杂；栈桥各墩位平均水深约21 m，个别墩位水深达到46 m，导致了栈桥下部结构设计与施工困难重重。栈桥设计条件具体如下。
(1)潮位及流速。根据平潭水文站及苏澳短期观测站历年潮位资料分析，工程海域平均高潮位高程+2. 39 m，平均低潮位为-1. 89 m，平均潮差4. 28 m。其中20年一遇高潮位为+4. 33 m。
(2)波浪。据平潭海洋站波浪观测资料统计，年平均波高为1.1 m，平均周期为5.4 s，波浪常浪向为ESE向，频率为79%，次常浪向为SSW、SW向，频率为14%。
(3)地质。桥址处地质条件复杂。全线仅 2. 64 km范围内覆盖层及全风化岩层厚度在8m
以上。其余范围均为浅（无）覆盖层区域。
2试验目的
因本工程区域地质情况较复杂，栈桥桩位缺乏准确的地质资料，因此有必要在工程区域内进行工艺试桩。具体目的如下。
(1)掌握不同地质条件对栈桥钢管桩插打时平面偏差和垂直度的影响程度。
(2)通过观测和记录，掌握试桩时钢管桩在桩锤作用下，不同土（岩）层的贯入度；鉴于目前地质资料缺乏，研究总结钢管桩的插打记录，明确钢管桩插打时的入岩判定标准和人岩深度要求。
(3)钢管桩插打完成后，通过测量和试拉，检验单桩在波流力、风力及横向拉力作用下的单桩和群桩稳定性。3试验区域
选择在风力小于8级且浪高低于3m的气象条件下，使用打桩船分组打入钢管桩，每组4根。
各类试桩的具体位置及相应轴线桩号见表
3.1 试桩区栈桥结构形式
(1)有覆盖层区域钢管桩布置见图1a）。有覆盖层区域试桩位置为SR32号～SR34号墩之
间钢管桩，为水深<13 m区域，标准跨度布置为15 m+9 m。钢管桩直径×壁厚=1 200 mm×14mm，材料Q235B。
(2)浅覆盖层区域钢管桩布置见图1b）。浅覆盖层区域试桩位置为SR35号～SR36号墩之
间钢管桩，为11 m<水深≤18 m区域，标准跨度布置为16.5 m+7.5 m。钢管桩直径×壁厚一1 200 mm×14 mm，材料Q235B。
(3)光板岩区域钢管桩布置见图1c)。光板岩区域试桩位置为SR64号～SR65号墩之间钢
管桩，为水深≤11 m区域。标准跨度布置为16.5m+7.5 m。钢管桩直径×壁厚=1 200 mm×14mm，材料Q235B。
4试验方法
根据试打桩结果反映情况，最后决定所有试桩区域全部使用打桩船直接插打钢管桩建立栈桥，并在钢管桩插打完毕后适时进行现场联结系的安装。
5试验结果
5.1不同地质条件下的试桩情况
根据对不同地质条件下对2组已插打钢管桩的平面偏差情况的统计，大部分钢管桩插打平面偏差能控制在20 cm以内。第1组钢管桩的插打精度受地质条件的影响见表2。
第2组在浅覆盖层插打钢管桩时，遇有倾斜岩面，打入精度见表3。
5.2钢管桩打入精度情况
对第1组中已插打钢管桩平面偏位进行统计，19. 7%的钢管桩平面偏位超过20 cm，最大值达0. 634 m，对于钢管桩偏位过大的情况，选用了双层分配梁和加设钢管桩的措施进行了调整。
对第2组已插打钢管桩平面偏位进行统计，54%的钢管桩平面偏位超过20 cm，最大值达0. 786 m。
5.3钢管桩打入深度情况
有覆盖层试桩区域实际打入岩土层总深度为21.6～24 m，实际桩底高程高于设计桩底高程，略小于设计入土深度，不能明确判定入岩深度。
浅覆盖层试桩区域实际打入深度为7～15m，实际桩底高程低于设计桩底高程，可判定的人岩深度为1.0～2. 05 m。
光板岩试桩区域实际打入深度多数为2～6m，实际桩底高程低于设计桩底高程，入岩深度除1根为2m外，其余均超过3m。
5.4单桩稳定性试验情况
第1组在钢管桩插打完成后，在风力8级、浪高2.5 m时，对钢管桩进行了观察，未发现钢管桩有晃动。在3月16日全天，对第1组中A237-1和A237-2两相邻的钢管桩进行了对拉试验，以检验钢管桩在横向拉力作用下的单桩稳定性。
试验海况良好，波浪力、水流力及风力对试验结果的影响甚微，横向拉力使用倒链水平分级进行加载，每级加载5～10 k N，采用拉力计进行控制，最大试验拉力为100 k N。钢管桩水平位移采用2台全站仪进行测量。试验结果见表4。
6试验结果分析
6.1不同地质条件对打桩影响分析
由表2可见，水平偏位在光板岩区域明显比其余区域大，垂直度几种区域基本相似；同时，由表3可见，海床岩面不规则对沉桩过程中的精度影响最大，即使通过预偏对桩位进行调整也难以达到理想效果。
6.2钢管桩打入精度分析
钢管桩插打施工时，受打桩船自身稳定性、定位精度、作业条件及地质条件等因素影响，施工难免存在误差。为满足栈桥结构的受力要求，钢管桩的纵、横桥向偏位不得大于20 cm。6.3钢管桩入土深度分析
6. 3.1有覆盖层区域
根据实际打桩资料显示，该区域最终桩底高程与设计桩底高程基本一致，承载力满足要求；从人岩方面分析，实际打桩资料显示钢管桩静压入土约10.5 m后即不能下沉，随后打人深度增加10～15 m，桩底位置处岩层地质条件是否为全风化或强风化需进一步确认。按设计院提供地质资料显示，24 m深度范围内均为粉细砂以及粉质粘土层。
以A120-1号桩为例，按最密实的覆盖层计算12.6 m的侧摩阻力，总摩阻力不足时，说明桩下端入岩一定深度，按12.6 m与上层土483 k N的摩阻力之和等于7 440 k N来反算入岩深度。
按《港口工程桩基规范》计算桩底反力0.3×8 000／1.13=2 712 k N。
12.6 m段承受的摩擦力为：F=7 440-483-2 712=4 245 k N。
设覆盖层厚度为x，岩层厚度为y，则： x+ y=12.6 m1. 2π (x 5. 5+y12) =424.5
求得：x=5. 95 m，y=6. 55 m。
静压入土后，其下地层不能直接判定为岩层，应根据地层深度和贯入度结合判断。
有覆盖层区域的钢管桩锚固深度根据横向水平位移和抗倾覆稳定计算，要求冲刷后入土深度大于4T。T值求解如下。
式中：m为土的水平地基抗力系数随深度增长的比例系数，k N／m4。地基土成层时m值采用地面以下1.8 T深度范围内各土层m的加权平均值。
由上述计算，静压土层的侧摩阻力为11.0～14.6 k Pa，比照《平潭补充地测报告》，认为静压土层为淤泥质黏土或淤泥质粉质粘土，m值查规范为2～4.5 MN／m4，暂按3.0 MN／m4计，第1层土层厚度取大值11.6 m;其下土层根据地质报告和打桩情况，暂认为是中砂或粉质粘土，查规范为10～22 MN／m4，暂按15 MN／m4进行计算。同时，根据上述计算，暂认为静压土层以下的中砂或粉质粘土层厚度约为6.0 m。得2层土的m加权平均值为7.1 MN／m4。现场实际打入深度以贯入度控制为主，小于原设计深度，根据实际打桩情况，认为竖向承载力富余量较大。最终确定有覆盖层区域钢管管桩打入以贯入度控制为主，并要求冲刷后入土深度不小于10.6 m。
6.3.2浅覆盖层及光板岩区域
从打人深度方面分析，第1组浅覆盖层区域实际桩底高程与设计高程基本一致，一般桩位处人岩深度均小于2m。第2组钢管桩人岩深度为0. 4～2. 01 m。
由于目前地勘资料为主桥轴线处的地质情况，并不能反映栈桥桩位处的海床面高程及地质情况。海床面为花岗岩地质条件下，风化程度剧变，几米范围内地质情况可能相差很大，甚至完全不同的情况也常常出现。因此有必要根据打桩情况总结确定钢管桩入岩的判定标准。
6.4单桩稳定性试验分析
如表4所列，当张拉荷载为31 k N时，与设计荷载产生的弯矩相当，此时通过张拉力和桩顶位移计算的桩底锚固深度为3. 88 m和2.31 m。
2根钢管桩计算条件相同，张拉荷载相同，但钢管桩的横向位移分别为24.6 mm和18.2 mm，表明钢管桩人岩深度和地质条件对锚固深度有较大影响。当荷载等于31 k N时，A237-1号墩钢管桩的锚固深度计算值已大于桩的入岩深度3. 34 m，表明桩底已开始发生转动，桩端介于固结与铰结之间。当对拉荷载达到99 k N时，A237-2号墩钢管桩的锚固深度计算值为4. 27 m，恰好等于该桩的实际入岩深度，表明该桩仍处于桩端固结状态，但已接近固结的极限。
从分级加载及计算所得钢管桩的锚固深度来看，随着荷载增加，钢管桩的锚固深度逐步增大。试验结果符合受力规律。
钢管桩受20年一遇的水平荷载作用(4. 74kN．m)时，采用规范计算锚固深度为2.7 m(0.5
冲刷深度+2.2 m)，试验推算锚固深度为3.88 m和2. 31 m。单从本次试验而言，二者计算的锚固深度基本吻和，但二者受同样大小荷载时，桩顶横向位移不同，表明地质条件的差异对桩顶横向位移的影响较大，锚固深度要求不同。
7 结论
(1)根据计算分析和试桩结果，钢管桩插打倾斜度应控制在1%以内，如现场存在孤石、岩面倾斜等特殊地质情况，经采用预偏等措施还无法实现，横桥向可放宽到1.5%。
(2)通过计算分析和收集现场打桩情况，为确保钢管桩及桩帽的受力满足要求，钢管桩的纵、横向偏位不得大于20 cm。
(3)栈桥钢管桩插打时，现场应加强海涌、海况的记录，特别加强静压入土及锤击过程中贯入度变化过程的记录，摸索总结不同地层打桩船打桩时的声响、贯入度等情况，掌握不同土（岩）层打桩时的特征。
(4)有覆盖层区域的栈桥钢管桩，打桩时以贯人度指标控制为主，以高程控制为辅。浅覆盖层及光板岩区域沉桩过程中以贯入度控制为主，可以满足桩身竖向承载力的要求。
8摘要平潭海峡公铁两用大桥为国内第一座真正意义上的跨海大桥。栈桥规模宏大，使用周期长，栈桥下部结构设计与施工困难。现场在原位进行了栈桥桩试桩试验，以从试验中得出对设计有益的数据。文中通过对实验数据的分析，归纳得出栈桥桩倾斜度控制范围、偏位精度要求，以及栈桥桩人岩锚固深度的控制标准。
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