大口徑鋼管樁施工控制技術(shù)

張宏濤，李改靈，高一山

（1. 天津交通職業(yè)學(xué)院，天津 300110；2. 陸軍軍事交通學(xué)院，天津 300161；3. 中交第一航務(wù)工程局有限公司總承包分公司，天津 300457）

1 工程概況

（1）工程施工順序。

莆田南日島海上風(fēng)電場(chǎng)一期項(xiàng)目A區(qū)Ⅱ標(biāo)段基礎(chǔ)工程各個(gè)機(jī)位的主要特點(diǎn)如下：A17、A24、A28、A32 4個(gè)嵌巖樁基礎(chǔ)機(jī)位施工難度大，工期長(zhǎng)，是影響工程進(jìn)度的主要因素，計(jì)劃配置2臺(tái)液壓鉆機(jī)同時(shí)施工；A16、A29 2個(gè)鉆孔摩擦樁基礎(chǔ)機(jī)位施工難度較小，計(jì)劃配置1臺(tái)液壓鉆機(jī)進(jìn)行施工；A18、A27、A65、A66、A67和A68 6個(gè)打入摩擦樁基礎(chǔ)機(jī)位鋼管樁完成后可以組織承臺(tái)施工。根據(jù)工期要求、各機(jī)位特點(diǎn)和最優(yōu)設(shè)備配置，項(xiàng)目部將制作3個(gè)鉆機(jī)施工臨時(shí)施工平臺(tái)，根據(jù)上述施工思路確定的各機(jī)位鋼管樁沉樁順序?yàn)锳17、A29、A68、A16、A28、A27、A24、A32、A67、A66、A65、A18。

（2）海域環(huán)境。

項(xiàng)目所在海域全年有效波高平均值為0.80m，最大波高最大值為13.56m；周期平均值為3.85s，最大值為8.87s。工程場(chǎng)區(qū)及附近大潮期間平均流速在0.29～0.70m/s之間；中潮期間平均流速在0.34～0.54m/s之間；小潮期間平均流速在0.27～0.54m/s之間。工程場(chǎng)區(qū)及附近大潮期間最大流速為1.33m/s；中潮期間最大流速為1.14m/s；小潮期間最大流速為1.41m/s。

（3）工程地質(zhì)。

項(xiàng)目風(fēng)機(jī)機(jī)位所處場(chǎng)地主要為海積海底階地地貌，海底高程-5～-17m。地形總體呈西南高東北低態(tài)勢(shì)，地形坡度一般小于1°。場(chǎng)區(qū)地層上部主要由海積堆積的淤泥、細(xì)砂、中粗沙、粉質(zhì)粘土等構(gòu)成，下伏為花崗巖風(fēng)化層。

2 鋼管樁運(yùn)輸方案

（1）管樁碼頭吊運(yùn)方案。

碼頭裝船方案根據(jù)樁長(zhǎng)分為采用自有碼頭吊裝、自有碼頭行車與汽車起重機(jī)配合兩種方案。

采用自有碼頭吊裝上船如圖1所示。通過控制平板車使管樁插入離岸較近的2根行車立柱之間，碼頭行車通過吊梁將管樁吊起并向船駛?cè)?，通過綁扎在管樁兩端的牽引繩控制管樁的方向，使管樁平穩(wěn)放置在船上的馬鞍座上。

長(zhǎng)度無法從2個(gè)立柱中穿過的管樁，利用自有碼頭行車和自有正面起重機(jī)配合，將管樁吊裝上船，如圖2所示。

圖1 利用碼頭行車的起吊方式示意圖

圖2 利用碼頭行車及正面起重機(jī)的裝船示意圖

（2）管樁裝船方案。

裝載過程考慮施工順序，先施工的后裝船，后施工的先裝船，以利于施工時(shí)吊管作業(yè)的有序。

（3）運(yùn)輸船舶選擇。

鋼管樁的運(yùn)輸采用2艘3000t駁船，安排2艘3000t方駁交替運(yùn)輸，保證現(xiàn)場(chǎng)沉樁施工的鋼管樁供應(yīng)。駁船上配備符合要求的錨系設(shè)施。

3 沉樁施工技術(shù)

3.1 沉樁船舶與機(jī)械選擇

為保證沉樁效率和精度，本工程沉樁采用液壓錘上樁架工藝。沉樁施工投入1艘“長(zhǎng)大?；贝驑洞?，配IHCS-600液壓錘，另有1臺(tái)MENCK800S液壓錘備用。

（1）“長(zhǎng)大海基”主要性能參數(shù)。

“長(zhǎng)大?；贝驑都軆A斜角度±18.5°，可滿足本工程5：1斜樁要求。可沉最大樁徑3.2m，最大樁長(zhǎng)85m+水深，最大樁重150t。本工程最大樁徑1.8m，最大樁長(zhǎng)50.0m，最大樁重74.22t，故可滿足本工程沉樁要求?！伴L(zhǎng)大?；敝饕獏?shù)見表1。

表1 “長(zhǎng)大海基”主要參數(shù)

（2）IHCS-600液壓錘主要性能參數(shù)。

“長(zhǎng)大?；睒?biāo)配為IHCS-S600液壓錘，該錘最大打擊能可達(dá)600kJ。根據(jù)我單位在該海域施工經(jīng)驗(yàn)，最大錘擊能不低于550kJ即可滿足沉樁要求，故該錘能滿足施工需要。IHCS-600液壓錘主要參數(shù)見表2。

表2 IHCS-600液壓錘主要參數(shù)

（3）備用液壓錘MENCK800S主要參數(shù)。

MENCK800S主要參數(shù)見表3。

表3 MENCK800S主要參數(shù)

3.2 沉樁工藝設(shè)計(jì)

鋼管樁沉樁時(shí)，打樁船順時(shí)針繞著機(jī)位依次進(jìn)行俯打。打樁船每駐位1次可以施打2根鋼管樁，8樁機(jī)位共需駐位4次，6樁機(jī)位共需駐位3次。各機(jī)位沉樁順序：8樁機(jī)位（A18、A27、A65、A66、A67、A68）順時(shí)針繞機(jī)位依次俯打；6樁機(jī)位（A17、A24、A29、A32）順時(shí)針繞機(jī)位依次俯打。

上述10個(gè)機(jī)位鋼管樁沉樁前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)潮流及船位情況決定首次施打的鋼管樁樁號(hào)，但仍需遵循順時(shí)針依次俯打的原則。

由于A16、A28機(jī)位6根鋼管樁長(zhǎng)度不等，綜合考慮鋼管樁裝駁順序和順時(shí)針施打等原則，其沉樁順序分別如下：A16機(jī)位：4#—5#—6#—1#—2#—3#；A28機(jī)位：3#—4#—5#—6#—1#—2#。

3.3 沉樁施工方法

3.3.1 打樁船、運(yùn)樁船駐位

打樁船拋八字錨共8根錨纜，懸掛錨重10t的海軍錨8口，2口10t錨備用，由起錨艇輔助下錨布纜。沉樁過程中應(yīng)根據(jù)潮位變化適當(dāng)調(diào)整錨纜的長(zhǎng)短，運(yùn)樁船在打樁船側(cè)前方拋錨駐位。

3.3.2 吊樁就位

（1）將運(yùn)樁船行駛到海上吊樁區(qū)后放錨泊定，打樁船調(diào)整至垂直運(yùn)裝船時(shí)泊定，進(jìn)行吊樁的吊索綁扎、起吊，如圖3所示。過程中不能出現(xiàn)拖樁、碰樁等容易破壞樁身質(zhì)量和防腐保護(hù)層的現(xiàn)象。

圖3 移船吊樁示意圖

（2）通過起吊到達(dá)抱樁器后，將樁進(jìn)行鎖定，然后調(diào)整打樁船夾持鋼管樁就位到設(shè)計(jì)樁位，并進(jìn)一步做好沉樁準(zhǔn)備。

3.3.3 鋼管樁沉樁

（1）鋼樁自沉。本工序主要是借助鋼樁自重將樁放置到樁位，目的是為了沉樁初打前定位符合設(shè)計(jì)要求。由于海上風(fēng)浪的影響，要反復(fù)復(fù)核樁位符合設(shè)計(jì)、規(guī)范誤差要求。

（2）壓錘沉樁。本工序主要是借助壓錘將樁初步壓入海床表層比較軟的泥土中，該過程仍要防止出現(xiàn)偏位。

（3）錘擊沉樁。錘擊沉樁要嚴(yán)格按照沉樁錘擊的工藝要求進(jìn)行錘擊，打樁船要有保持水平、平穩(wěn)的措施，盡量避免偏心錘造成樁體傾斜度偏離設(shè)計(jì)軸線。出現(xiàn)異常狀況要查明原因，按照預(yù)案進(jìn)行處置。

3.3.4 停錘標(biāo)準(zhǔn)

本工程打入式摩擦樁沉樁以樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高為主，貫入度控制為校核。鉆孔式摩擦樁和嵌巖樁沉樁以控制貫入度為主，樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高控制為校核。施工過程中應(yīng)經(jīng)常檢查樁的貫入度、樁頂完整性、樁體傾斜度等項(xiàng)目，并根據(jù)檢查情況及時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

（1）當(dāng)鋼管樁樁尖達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，按以下3種情況處理：

①有效錘擊能量≥450kJ，且最后3陣（10擊/陣）平均貫入度不超過20mm/陣時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)或監(jiān)理同意后可停錘。

②在有效錘擊能量450kJ作用下，最后3陣（10擊/陣）平均貫入度超過20mm/陣時(shí)，應(yīng)繼續(xù)錘擊，直至最后3陣平均貫入度接近貫入度控制要求。但繼續(xù)下沉的深度應(yīng)考慮施工水位和設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的影響，且繼續(xù)下沉的深度不應(yīng)超過2.0m（打入摩擦樁）或1.0m（鉆孔摩擦樁和嵌巖樁）。

③有效錘擊能量＜400kJ時(shí)，應(yīng)加大打擊能量繼續(xù)錘擊。但繼續(xù)下沉的深度應(yīng)考慮施工水位和設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的影響，且繼續(xù)下沉的深度不應(yīng)超過2.0m（打入式摩擦樁）或1.0m（鉆孔摩擦樁和嵌巖樁）。

（2）當(dāng)在有效錘擊能量450kJ作用下，鋼管樁樁尖未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，且最后3陣（10擊/陣）平均貫入度不超過20mm/陣時(shí)，按以下3種情況處理：

①加大打擊能量50～100kJ繼續(xù)錘擊。當(dāng)最后10陣平均貫入度不超過10mm/陣且超高小于1.5m時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)或監(jiān)理同意后可停錘截樁。

②加大打擊能量50～100kJ繼續(xù)錘擊。當(dāng)鋼管樁樁身應(yīng)力接近210MPa且超高小于1.5m時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)或監(jiān)理同意后可停錘截樁。

③加大打擊能量50～100kJ繼續(xù)錘擊。當(dāng)最后10陣平均貫入度不超過10mm/陣或鋼管樁樁身應(yīng)力接近210MPa，超高仍大于1.5m時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)并暫停后續(xù)沉樁。

3.3.5 沉樁檢測(cè)

在沉樁過程中，每個(gè)機(jī)位在進(jìn)行首根鋼管樁沉樁時(shí)，應(yīng)進(jìn)行全過程高應(yīng)變檢測(cè)。所有鋼管樁預(yù)計(jì)停錘前，均應(yīng)進(jìn)行高應(yīng)變檢測(cè)。高應(yīng)變檢測(cè)測(cè)試的數(shù)據(jù)包括樁身有效錘擊能量、最大錘擊力、打樁時(shí)的靜土阻力（僅測(cè)試A18、A27、A65、A66、A67和A68機(jī)位）、樁身最大拉/壓應(yīng)力。

3.4 沉樁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

沉樁以樁端設(shè)計(jì)標(biāo)高為主，以控制貫入度為校核，并應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTS257-2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定。鋼管樁水上沉樁的允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和方法應(yīng)符合表4的規(guī)定。

表4 沉樁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.5 質(zhì)量保證措施

（1）打樁前要認(rèn)真核對(duì)沉樁樁號(hào)、位置、樁徑、樁長(zhǎng)等，一一對(duì)應(yīng)后方可進(jìn)行沉樁的吊樁就位工作。樁就位后要全過程動(dòng)態(tài)復(fù)核樁身位置、傾斜度、樁體狀態(tài)，防止出現(xiàn)異常。

（2）遇到惡劣天氣不得強(qiáng)令冒險(xiǎn)施工，打樁出現(xiàn)異常狀況要停止打樁進(jìn)行檢查，排除障礙和不利影響再繼續(xù)施工。

（3）在沉樁區(qū)兩端設(shè)置警示標(biāo)志，夜間設(shè)置警示燈；進(jìn)行吊樁作業(yè)時(shí)，要設(shè)專人指揮；參加吊樁的起重工要掌握作業(yè)的安全要求，同時(shí)分工明確；認(rèn)真計(jì)算鋼管樁重量，合理配制吊索具，嚴(yán)禁違章操作；吊樁作業(yè)前必須嚴(yán)格檢查起重設(shè)備部件的可靠性和安全性，再進(jìn)行試吊；機(jī)械設(shè)備旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)和運(yùn)行前方嚴(yán)禁站人。

4 結(jié)束語

隨著海上風(fēng)電項(xiàng)目、石油開采、跨海橋梁等工程的建設(shè)和發(fā)展，鋼管樁已經(jīng)成為海上重要的基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)，尤其是大口徑鋼管樁施工控制技術(shù)是確保上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量和穩(wěn)定的關(guān)鍵。本文結(jié)合莆田南日島海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目實(shí)踐，提出了大口徑鋼管樁施工駁船及樁機(jī)選擇、吊樁、沉樁的施工控制技術(shù)要點(diǎn)。