淺析高樁碼頭大直徑鋼管樁工藝

中化泉州石化項目青蘭山1# 位于湄洲灣灣內(nèi)南岸的青蘭山與黃干島之間水域，由北向南依次為1# ～ 4# 泊位，分別為10萬t 級（兼顧15 萬t 級）泊位、5 萬t 級泊位、3 萬t 級泊位、1 萬t 級泊位工程，碼頭與后方庫區(qū)交接點為引橋根部。泊位由工作平臺、靠船墩、系纜墩、鋼引橋等組成，結(jié)構(gòu)形式均為高樁梁板結(jié)構(gòu)，系纜墩采用高樁墩式結(jié)構(gòu)，平臺采用高樁梁板結(jié)構(gòu)。該工程需施打鋼管樁總計258 根，全部為直樁。
　　工程地質(zhì)
　　施工區(qū)的地質(zhì)情況為：27simn八角管施工區(qū)勘探深度內(nèi)揭露的土層自上而下主要為：淤泥、淤泥質(zhì)黏土、中砂混淤泥、中砂、粉質(zhì)黏土、碎石混黏性土、殘積黏性土、砂礫性黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖。
　　設(shè)備改造
　　該工程單樁最重約58t，最長46m，最大樁徑φ2600mm，根據(jù)現(xiàn)場的水深情況，“粵工樁8”打樁船樁架高度超過93.5m，打樁長度達(dá)80m 水深，“粵工樁8”最大起吊能力120t，最大施打樁徑φ2000mm，需改造后方可滿足φ2600mm 樁的施打要求。
　　樁中心距離確定及材料選擇根據(jù)φ2600m m 鋼管樁直徑，考慮到樁錘、替打、背板以及樁錘起落架一整套設(shè)備在施工作業(yè)中能較為精確定位，并有利于樁工的解扣作業(yè)，將樁錘、替打以及背板的中心點的縱軸線與樁架龍口外平面的直線距離選為1600mm；因樁錘整體外移，須對樁錘起落架的導(dǎo)向腳相應(yīng)加長，為滿足起落架在起落樁錘有足夠的支承強(qiáng)度和剛度，將其導(dǎo)向腳做成衡架鋼結(jié)構(gòu)形式與起落架連接。同時，因樁錘整體外移，樁錘導(dǎo)向腳也相應(yīng)被加長；因其懸臂太長，對導(dǎo)向腳的材質(zhì)與加工精度也必須要有較高的要求，其鉗口的材料采用35# 鋼優(yōu)質(zhì)鍛件，加工精度須達(dá)6.3 級以上；
　　以樁架龍口外平面為基準(zhǔn)面，要求樁錘、替打以及背板的中心點在同一縱軸線上，因此，四個樁錘導(dǎo)向腳的制作精度與強(qiáng)度尤為重要，導(dǎo)向腳本體采用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼—錳16 鋼，其焊接焊條采用低氫碳鋼焊條—T H427，對焊條直徑、焊接電流以及坡口、焊腳寬度也有較為嚴(yán)格的要求；焊接成型后，整體退火處理，以消除焊接應(yīng)力。此外，替打及背板的導(dǎo)向鉗口均采用35#鋼優(yōu)質(zhì)鍛件，其制作工藝與機(jī)械加工精度均有相應(yīng)嚴(yán)格的技術(shù)要求；替打承力主板以及替打鋼墊板均采用35# 鍛鋼加工成型，保證足夠的強(qiáng)度與剛度，同時也能較好地傳遞樁錘的錘擊能量，以滿足施工要求。
　　因為該工程須施打直徑為φ1200mm、φ1600mm、φ1800mm、φ2200m m 以及φ2600m m 五種規(guī)格的鋼管樁，為減少更換打樁配套設(shè)備的頻率，提高施工效率，施打各種規(guī)格的鋼管樁所用的替打、背板以及樁錘導(dǎo)向腳，均以其中心點的縱軸線與樁架龍口外平面的直線距離均采用1600m m 的基準(zhǔn)尺寸制作而成。
　　在施工過程中，施打各種規(guī)格的樁時，都是使用同一套樁錘導(dǎo)向腳和樁錘起落架。
　　設(shè)備改造難點及解決方法“粵工樁8”打樁船原來一直采用樁錘起落架的形式吊重起落樁錘，優(yōu)點在于：當(dāng)錘擊樁頂后出現(xiàn)幅度較大的滑樁時，不但可以避免扯斷吊錘鋼絲繩險情的發(fā)生；而且，當(dāng)施打坡比較大的仰樁時，還可以省去人工推鋼絲繩的工序，減少人力勞動，提高施工效率。但是此次須施打直徑為φ2600m m 的鋼管樁，其替打本體、替打鋼墊板以及墊替打的鋼絲繩的重量總和近20t，而樁錘本體、樁錘導(dǎo)向腳以及樁錘起落架的重量總和超過41t。
　　如果采用以往樁錘和替打一體吊重的形式起落樁錘，可能會超出相關(guān)配套設(shè)備的機(jī)械負(fù)荷和強(qiáng)度極限。因為樁錘起落架的定滑輪組的轉(zhuǎn)軸直徑為φ100m m，而且因其只配套兩個滑輪，如果使用該定滑輪組直接吊起重量超過61t 的樁錘和替打，加上摩擦系數(shù)，勢必會超出該定滑輪組的強(qiáng)度極限。此外，吊錘卷揚(yáng)機(jī)的額定負(fù)載為120k N，如果使用該卷揚(yáng)機(jī)直接吊重起落樁錘和替打，也已超出了該卷揚(yáng)機(jī)的機(jī)械負(fù)荷。另外，不僅樁錘提錘檔塊的強(qiáng)度無法滿足同時起落樁錘和替打的重量；而且，如果使用2×150k N 雙滾筒卷揚(yáng)機(jī)同時吊重起落樁錘和替打，就只能使用飛機(jī)架的形式來吊重，不僅要專門訂做配套設(shè)備，而且吊錘鋼絲繩和吊鉤鋼絲繩在同一平行線上，稍有浪涌，就會造成機(jī)械事故。綜合考慮了以上因素，在施打φ2600m m 鋼管樁過程中，決定采用樁錘與替打分開吊重起落的形式來施工作業(yè)，即不用120K N 卷揚(yáng)機(jī)吊重起落樁錘，而用2×150k N 雙滾筒卷揚(yáng)機(jī)來吊重起落替打，以保證施工安?strong?
　
　　　施工方法施工前準(zhǔn)備工作對勘測平面控制網(wǎng)點、水準(zhǔn)點和設(shè)計圖紙進(jìn)行必要的交接和復(fù)核；測量沉樁區(qū)泥面標(biāo)高；根據(jù)樁位平面布置圖，結(jié)合工程要求和施工條件，布置沉樁順序，并按順序預(yù)制加工，安排基樁運輸及沉樁工作。
　　拋錨定位碼頭1#、2# 泊位碼頭海側(cè)水深在15m 以上，施打碼頭時樁船定位于海側(cè)，可直接拋錨（頭中纜除外）；碼頭岸側(cè)為淤泥質(zhì)淺灘，沉樁區(qū)域離岸較近，不適于拋錨，需埋設(shè)地牛帶纜上岸。
　　根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在岸上間隔約每100m 設(shè)置一個地牛，并用一條50m 的鋼絲繩引出來，沉樁需要時直接帶纜到鋼絲繩上，與地牛相連。4# 引橋樁基所處位置泥面較高，須趕潮水作業(yè)，利用高潮水進(jìn)行沉樁施工，低潮時將樁船退至水深足夠的地方，防止擱淺。
　　沉樁控制平面控制 水上沉樁的平面測量主要采用在打樁船上安裝的G P S 打樁定位系統(tǒng)，由G P S 進(jìn)行定位。打樁定位的結(jié)果要測定樁身的位置、方位和傾斜度，由于不能將G P S 天線直接安裝在樁身上，因此為實現(xiàn)對樁身的定位和定向，在樁船上安裝了三臺G P S（R T K）接收機(jī)（流動站）和一臺傾斜儀以確定船體的位置和姿態(tài)，進(jìn)而可以確定船體上樁的位置，從而實現(xiàn)對樁的定位和定向。
　　高程控制 高程通過岸上架設(shè)水準(zhǔn)儀或全站儀進(jìn)行測量控 制。通過觀測樁身的劃樁刻度，以橫絲作為樁頂標(biāo)高的觀測基準(zhǔn)，通過觀測樁身刻在橫絲上的讀數(shù)來推求樁頂標(biāo)高。必要時可通過觀測水面線處的樁身刻度直接計算樁頂標(biāo)高。
　　錘擊數(shù)及貫入度的測定 錘擊數(shù)采用人工記錄，記數(shù)人員用計數(shù)器記錄錘擊數(shù)，通過測量樁的貫入深度來計算貫入度。在貫入度大的時候，貫入深度一般1m 記錄一次，貫入度小的時候可按20cm、10cm 記錄一次。
　　沉樁貫入度的控制沉樁使用D -160 柴油錘施工，鋼管樁沉樁以貫入度控制為主，標(biāo)高控制為校核。
　　因該工程屬于新建港址，地質(zhì)情況復(fù)雜，要求樁基進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層一定的深度，且除鋼護(hù)樁之外，所有的樁都必須做灌注樁（嵌巖樁）。結(jié)合現(xiàn)場的地質(zhì)情況、樁基類型及樁錘性能等情況，且考慮防止鋼套管卷邊，沉樁收錘標(biāo)準(zhǔn)如：D160 錘二檔控制標(biāo)準(zhǔn)，最后一陣10 擊平均貫入度＜ 10mm / 擊，可停錘；D160錘一檔控制標(biāo)準(zhǔn)，最后一陣10 擊平均貫入度＜ 8mm/ 擊，可停錘；
　　當(dāng)貫入度尚未達(dá)到設(shè)計要求，但樁端標(biāo)高比設(shè)計標(biāo)高高30c m以內(nèi)即可停錘；當(dāng)沉樁過程中貫入度出現(xiàn)異常突變時，應(yīng)立即停止錘擊，分析原因并將情況匯報給相關(guān)單位研究解?strong觥?
　　問題
　　及處理方法吊環(huán)改吊孔原設(shè)計方案在距樁頂0.207L 處焊2 個吊環(huán)、距樁尖0.207L處焊1 個吊環(huán)作為吊樁之用，如果采用焊接吊環(huán)為吊點，不僅焊接工作量大，也不利于運輸，更麻煩的還是在施打樁過程中，必須將吊耳割除，影響了施工進(jìn)度。為此，將吊環(huán)改為樁頂處開4 個十字對稱分布直徑80mm 的圓孔，孔的邊距樁頂100mm ；
　　吊樁時采用35t 卸扣卡住圓孔，樁尖位置采用特制的吊鉤卡住樁尖底部，樁立起來后，底部的吊鉤自動脫落，節(jié)省了解扣的時間，加快了施工進(jìn)度。
　　垂直度控制該工程大部分樁都需要做灌注樁（嵌巖樁），為避免后期沖孔因樁身傾斜而導(dǎo)致卡錘現(xiàn)象，做好沉樁垂直度控制顯得非常必要。打樁船軸線方向的垂直度可以通過調(diào)整樁架來實現(xiàn)，而打樁船左右方向的垂直度則需要通過調(diào)整壓艙水的方法來實現(xiàn)。最直接有效的方法是將兩個對稱安裝的主吊鉤盡量松落至水面，調(diào)駁船壓載水，使兩個主吊鉤相對于龍口的中軸線較為對稱分布，從而確保所施打鋼管樁的垂直度，以滿足施工工藝的要求。
　　目前，港口工程樁基不斷朝著樁徑更大、樁長更長的方向發(fā)展，對設(shè)備及施工工藝的要求也越來越高，因此，通過對該項目樁基工程的總結(jié)，可為以后類似工程積累經(jīng)驗。