鋼管樁吊打沉樁工藝簡析

◎ 劉志奇　曹斌　張磊　寧波交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司

?

鋼管樁吊打沉樁工藝簡析

◎ 劉志奇曹斌張磊寧波交通工程建設(shè)集團(tuán)有限公司

摘要：隨著本世紀(jì)初沿海港口航運(yùn)事業(yè)的蓬勃發(fā)展至目前港口航運(yùn)設(shè)施的逐步飽和，沿海碼頭工程建設(shè)的高峰期已經(jīng)過去，而碼頭工程設(shè)施升級改造、維修養(yǎng)護(hù)工程正慢慢興起。本文針對碼頭工程升級、加固改造中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，樁基吊打工藝進(jìn)行了詳細(xì)闡述。因?yàn)槭┕るy度大故而鋼管樁和部分附屬設(shè)施要特制加工，本文亦有詳細(xì)說明。樁基吊打工藝流程為：利用原碼頭面固定特制的導(dǎo)向筒確定了位置和斜率、吊起下節(jié)樁放入導(dǎo)向筒內(nèi)用震動錘打到導(dǎo)向筒頂端、吊起上節(jié)樁與下節(jié)樁對牢后采用現(xiàn)場焊接、吊起預(yù)制好的錘籠將上節(jié)樁打到設(shè)計(jì)高程。在質(zhì)量控制過程中程序到位各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：碼頭升級 加固改造 吊打工藝

為了推動區(qū)域港口的科學(xué)發(fā)展，優(yōu)化港口的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)，浙江沿海某煤電儲運(yùn)企業(yè)因自身業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)展和所屬海域條件的制約，決定對本港區(qū)煤炭中轉(zhuǎn)碼頭實(shí)施結(jié)構(gòu)加固改造。本工程主要對3.5萬噸級裝船泊位借用2萬噸級裝船泊位按靠泊5萬噸級散貨船舶進(jìn)行碼頭結(jié)構(gòu)加固改造。主要內(nèi)容為：在3.5萬噸級裝船泊位西側(cè)端部后沿增加2根直徑為900mm鋼管樁，在第3結(jié)構(gòu)段兩端排架后沿各增加1根直徑為900mm的鋼管樁，在第5結(jié)構(gòu)段（從西側(cè)端部起）東端排架后沿增加1根直徑為900mm的鋼管樁，新增鋼管樁內(nèi)灌注混凝土，樁頂采用現(xiàn)澆混凝土樁帽與原平臺連接為一個整體。修補(bǔ)原碼頭出現(xiàn)的部分缺陷。

1.工程概況

本工程共有鋼管樁樁基5根，長度分別為77m一根、74m三根、65m一根，總長度364m，鋼管樁壁厚均為20mm。由于5根樁基樁位均在原碼頭后沿內(nèi)側(cè)，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，需在碼頭后沿內(nèi)側(cè)相對樁位處開鑿碼頭面層及下部實(shí)心面板，因常規(guī)的沉樁方法無法進(jìn)行沉樁施工，只能采用下節(jié)樁震動錘沉樁，上節(jié)樁焊接連接完成后采用吊打方式沉樁。

2.具體施工方案

2.1制樁

鋼管樁由施工單位材料采購部門從寧波杭鋼富春管業(yè)有限公司購置，材質(zhì)為Q345B鋼。每根樁分為上下兩節(jié)制作，上節(jié)樁壁厚20mm，下節(jié)樁壁厚14mm，為保證強(qiáng)度滿足施工需求，上節(jié)樁增加長600mm壁厚8mm的樁頂箍，下節(jié)樁樁頂內(nèi)壁增加長600mm壁厚20mm的加強(qiáng)鋼管。設(shè)計(jì)主要要求為：

（1）焊縫質(zhì)量等級：鋼管樁全部采用螺旋焊縫。焊接所采用的焊條和焊劑應(yīng)與焊接工藝和母材相對應(yīng)。焊縫外觀檢查合格后，對焊縫還應(yīng)進(jìn)行無損探傷檢查，包括超聲波或射線照相探傷。重點(diǎn)探傷部位：自樁頂至樁頂下36m。超聲波或射線照相探傷的結(jié)果應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。對焊縫還應(yīng)進(jìn)行焊接接頭的機(jī)械性能試驗(yàn)，試驗(yàn)要求和結(jié)果應(yīng)符合相應(yīng)的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。

（2）防腐涂層要求：①除銹：Sa2.5級。②樁進(jìn)行分段防腐，對于浪濺區(qū)及水位變動區(qū)腐蝕較重，采用加強(qiáng)級防腐，采用加強(qiáng)型雙層環(huán)氧粉末涂層方案（涂層干膜厚度大于或等于800μm）。涂裝長度：樁頂以下6.9m至設(shè)計(jì)低水位以下2m（長7m）。對于水下區(qū)：采用普通型單層環(huán)氧粉末涂層（涂層干膜厚度厚度大于或等于400μm）方案。涂裝長度：設(shè)計(jì)低水位以下2m至泥面以下8m范圍內(nèi)的水中區(qū)（長20m）。對于泥下區(qū)：泥面以下8m至樁尖區(qū)段采用裸鋼。③不同品牌防腐涂料的各涂層厚度可能會有所不同，可根據(jù)具體情況經(jīng)設(shè)計(jì)認(rèn)可后可作適當(dāng)調(diào)整。

2.2運(yùn)樁、驗(yàn)樁

根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃及沉樁計(jì)劃，由施工單位工程部安排駁船進(jìn)行樁基落駁并拖運(yùn)至施工現(xiàn)場。鋼管樁拖運(yùn)至現(xiàn)場后，項(xiàng)目部質(zhì)檢人員會同監(jiān)理工程師、業(yè)主代表根據(jù)樁基設(shè)計(jì)要求進(jìn)行驗(yàn)樁。

2.3沉樁

（1）沉樁方案選定。根據(jù)工程地質(zhì)資料，沉樁區(qū)域海底覆蓋層上部軟土層較厚?？紤]到下節(jié)樁入土貫入度會較大，采用筒式柴油打樁錘吊打風(fēng)險系數(shù)很大，故項(xiàng)目部擬定沉樁方案為：先用震動錘進(jìn)行下節(jié)鋼管樁沉樁，震動錘沉樁至標(biāo)高適合接樁時停錘，進(jìn)行焊接接樁后再采用筒式柴油錘懸空吊打完成整個沉樁施工。

（2）沉樁設(shè)備、機(jī)械選擇。①導(dǎo)向架制作為確保吊打沉樁時樁身垂直度及偏位滿足設(shè)計(jì)要求，盡量消除沉樁時樁身震動移位，需利用32槽鋼制作導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置由橫擋、滾筒、微調(diào)螺栓、插銷等構(gòu)件組成。②二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)。因?yàn)榻訕稌r打樁船一直在懸吊著上節(jié)鋼管樁，存在安全隱患，需盡快完成焊接工作，且對接樁質(zhì)量要求較高。綜合考慮，決定采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊完成接樁施工。為保證工作效率，擬采用二臺焊機(jī)同時施工，并備用一臺焊機(jī)。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)是以CO2作為保護(hù)氣體的熔化極電弧焊方法，工作時在弧周圍形成氣體保防層，隔絕外部氧氣，使焊縫不至于氧化碳化，從而提高焊縫質(zhì)量，使焊接平面更加的美觀平整。本工程施工選用直徑1.2mm焊絲。因沿海施工海風(fēng)較大，為保證焊接質(zhì)量，在下節(jié)樁施打完成上節(jié)樁定位后利用碼頭面上導(dǎo)向架搭設(shè)圍擋，形成密閉空間防止海風(fēng)影響焊接施工。③振動錘及發(fā)電機(jī)。根據(jù)工程需要選定DZ150A型雙頻振動錘和350KW發(fā)電機(jī)。④打樁船及筒式柴油錘、錘籠。根據(jù)施工區(qū)域地質(zhì)特點(diǎn)、樁長、樁型參數(shù)等特點(diǎn)和施工單位設(shè)備調(diào)配情況，選用“浙樁8號”打樁船進(jìn)行沉樁，配備D128柴油錘?，F(xiàn)場配400HP拖輪配合移錨駐位。施工時方駁順流拋錨。

（3）主要操作要點(diǎn)。導(dǎo)向架安裝：導(dǎo)向架分兩層布置：上層在碼頭面層上，用膨脹螺栓固定；下層固定在相鄰跨橫梁側(cè)面底部，種植螺栓進(jìn)行固定。導(dǎo)向架安裝前首先采用背包式GPS定位各樁的中心位置。

振動錘沉樁：振動錘沉鋼管樁就是利用振動沉管的原理，當(dāng)振動錘接通電源時，其體內(nèi)偏心重輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生高頻振動和激振力，高頻振動力通過液壓鉗傳遞到鋼管上，再通過鋼管作用到接觸的地層，地層在擠壓、振動力的作用下液化，產(chǎn)生接觸面，振動錘通過液壓鉗夾持著鋼管沿著接觸面沉入地層，直至將鋼管沉入至設(shè)計(jì)承載深度。

振動錘沉鋼管樁施工流程為：測量樁位→固定導(dǎo)向架→吊樁就位→振動錘沉設(shè)鋼管樁→觀測沉樁進(jìn)尺→停錘→準(zhǔn)備沉設(shè)下一根鋼套管。

施工過程：①樁位測量：利用全站儀測定樁位，平臺上設(shè)置導(dǎo)向裝置精確定位。②吊樁就位：鋼管樁駁托運(yùn)至打樁船側(cè)，打樁船進(jìn)行起吊將下節(jié)鋼管樁放入導(dǎo)向架內(nèi)。打樁船主鉤起吊振動錘，用錘底下的液壓尖嘴鉗夾緊鋼管樁管壁，準(zhǔn)備沉設(shè)鋼管樁。③沉設(shè)鋼管樁：鋼管樁就位后，啟動振動錘開始沉設(shè)鋼管樁，直至下節(jié)鋼管樁打至預(yù)定標(biāo)高，即高于碼頭平臺約1.5m處，以便于接樁。④接樁、超聲波檢測。

在下節(jié)樁采用振動錘沉樁完成后，為保證鋼管樁焊接質(zhì)量，利用原碼頭平臺和導(dǎo)向架裝置搭設(shè)臨時防風(fēng)棚。打樁船吊起上節(jié)樁進(jìn)行對接，起吊前須對下節(jié)樁頂部和上節(jié)樁底部進(jìn)行坡口處理。因上節(jié)鋼管樁為打樁船起吊與已沉下節(jié)樁對接，穩(wěn)定性很差，且斜樁要保證無縫對接難度非常大。項(xiàng)目部初擬的臨時焊接定位方法無法進(jìn)行上下兩節(jié)樁有效固定，導(dǎo)致無法進(jìn)行鋼管樁焊接連接施工。經(jīng)項(xiàng)目部與船機(jī)施工組開會討論，改為樁周采用焊接四根M24×400花籃螺栓逐步拉攏的方式進(jìn)行上下兩節(jié)鋼管樁的臨時固定，臨時固定完成后接縫處加焊固定小鋼板。二臺氣體保護(hù)焊機(jī)同時施工經(jīng)5小時左右完成整根樁的焊接施工。

焊接完成后，對所有影響超聲檢測的銹蝕、污物等都應(yīng)予以清除，必要時可用帶角向磨光機(jī)打磨，直至露出金屬光澤。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及相關(guān)規(guī)范規(guī)定，對所有鋼管樁焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測。

⑤吊打沉樁。為使沉樁過程更加安全穩(wěn)定因此將內(nèi)襯鋼替打設(shè)計(jì)為“凸”字型插入式。打樁船將制好的吊籠吊起，吊籠配有3根牽引繩，打樁船與人工牽引互相配合緩緩將樁錘插入樁頂，保證吊籠、樁錘、和鋼管樁保持在同一軸線上。先采用空檔試打，在確定不會發(fā)生溜樁現(xiàn)象后，再采用正常檔位施打，錘擊沉樁過程中牽引繩應(yīng)始終保持有足夠的人員牽拉，防止吊籠和樁錘產(chǎn)生過大擺動。沉樁以標(biāo)高控制為主，貫入度作為校核。待達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)停錘后緩緩拉起吊籠，截樁，取下導(dǎo)向筒。

3.結(jié)束語

該工程鋼管樁吊打工藝沉樁技術(shù)運(yùn)用的關(guān)鍵點(diǎn)是：①搭設(shè)定位操作平臺時定孔位需精確測量，導(dǎo)向支架安裝牢固，兩層導(dǎo)向架間距應(yīng)盡量大，以使樁身在下樁過程的垂直度得到保證。②上下兩節(jié)樁焊接必須保證樁身順直，焊縫焊接質(zhì)量滿足規(guī)范要求。③操作定位平臺、內(nèi)襯鋼替打、吊打錘籠裝置的相關(guān)尺寸都應(yīng)經(jīng)過詳細(xì)周密的計(jì)算，應(yīng)考慮制作誤差。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳乃夫，朱逸，吳壯.高樁碼頭水上沉樁施工質(zhì)量控制要點(diǎn)分析，中國水運(yùn)，2014，06∶313-314.

［2］鄧波，李強(qiáng)，劉亮亮.棧橋吊打沉樁在海外高樁碼頭工程中的推廣，水運(yùn)工程∶2015（06）.

［3］李繼東.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工作原理簡介.高新技術(shù)（2014（13）.

［4］申英華，胡劍.焊縫超聲檢測的基本特征及操作要點(diǎn).經(jīng)驗(yàn)交流∶2007（04）.