高樁碼頭陸上打樁與水上施工縱橫梁技術(shù)研究與應(yīng)用

王為啟 張海濤

摘 要：文章以巴拿馬科隆港集裝箱碼頭三期二階段舊碼頭拆除改建工程為例，針對(duì)現(xiàn)有碼頭及新建區(qū)為陸域的特點(diǎn)進(jìn)行分析，采取陸上打設(shè)鋼管樁后水上施工縱橫梁的施工工藝，較好地完成了在舊碼頭拆除后新建碼頭的施工，形成了一套較為完成的工藝總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭 陸上打樁 輕型鋼

1.工程概況

為了滿足新巴拿馬型船舶靠泊要求，國(guó)際航運(yùn)巨頭長(zhǎng)榮集團(tuán)再投資4000萬美元將原有5萬t級(jí)的2#泊位拆除改建成深水港池，擴(kuò)建原有3#碼頭以滿足同時(shí)?？?艘巴拿馬型船舶。新建3#泊位一部分區(qū)域位于陸域，一部分區(qū)域位于拆除碼頭區(qū)域，需在拆除部位新建泊位。新建泊位長(zhǎng)140m，其中40m位于拆除舊碼頭區(qū)域，碼頭樁基為鋼管樁結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土縱橫梁、安裝預(yù)制面板后現(xiàn)澆面施工。

2.方案比選

主要施工內(nèi)容包括樁基、縱橫梁、面板等，其中樁基和縱橫梁是施工的關(guān)鍵。

常規(guī)工藝為全部水上施工即使用挖泥船進(jìn)行基床開挖后進(jìn)行水上打設(shè)鋼管樁、施工縱橫梁結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行后續(xù)施工。

根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，打樁區(qū)域部分為陸域，部分為現(xiàn)有需要拆除碼頭結(jié)構(gòu)。可以進(jìn)行陸上打樁也可進(jìn)行開挖完后進(jìn)行水上打樁施工。如表1所示為打樁工藝比較表。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)實(shí)情況，如果調(diào)遣水上打樁設(shè)施，調(diào)遣期長(zhǎng)，費(fèi)用較高，故最終選定陸上打樁后開挖施工。

3.施工技術(shù)應(yīng)用

3.1總體施工流程

碼頭施工時(shí)首先進(jìn)行老碼頭拆除，以盡快為新建碼頭打樁提供作業(yè)面，打樁施工采取陸上打樁的方式進(jìn)行，打樁完成后進(jìn)行開挖、拋石施工，縱橫梁主要采取焊接牛腿法水上施工的方式進(jìn)行，面板采用預(yù)制場(chǎng)預(yù)制后安裝方法，最后施工混凝土面層及安裝其他靠船構(gòu)件。

碼頭下方挖泥施工主要使用履帶吊配抓斗的方式進(jìn)行主體開挖，對(duì)于部分無法清理開挖到的位置采用采用徐工XE900配30m長(zhǎng)臂進(jìn)行疏浚開挖。待部分上部結(jié)構(gòu)拆除完成后，150t履帶吊機(jī)配合3方重型抓斗將樁間土進(jìn)行開挖，開挖后由陸上采用自卸車將開挖料運(yùn)輸至對(duì)方現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于樁基周圍吊機(jī)無法開挖到的部位。

陸上區(qū)域施工流程如下：樁基施工→樁間土開挖→水上施工縱橫梁→拋石施工→面板（預(yù)制）安裝→面層→附屬設(shè)施安裝。

拆除碼頭結(jié)構(gòu)部分施工流程如下：拆除→排碼頭結(jié)構(gòu)→挖泥施工→陸上打樁→水上施工縱橫梁→拋石施工→面板（預(yù)制）安裝→面層→附屬設(shè)施安裝。

3.2樁基施工

該項(xiàng)目樁基均為鋼管樁，且為直樁，根據(jù)打設(shè)需滿足入巖深度和貫入度的要求。樁基要求需滿足：

（1）樁的承載力為320t

（2）動(dòng)態(tài)打樁公式計(jì)算的樁承載力（極限承載力Ru）要≥640t

（3）每根樁的打設(shè)長(zhǎng)度需滿足承載力和樁長(zhǎng)的要求

對(duì)于陸地區(qū)域樁基直接進(jìn)行陸上打樁即可，對(duì)于原有碼頭區(qū)域樁基，則需要進(jìn)行邊拆除邊施工，方法為拆除上部結(jié)構(gòu)縱橫梁后，以現(xiàn)有樁基為支撐設(shè)置樁基定位鋼結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行吊打施工。

施工過程中采用吊打的施工方式，施工步驟主要如下：施工場(chǎng)地清理→鋼護(hù)筒打設(shè)、氣舉法清砂→100t履帶吊立樁（護(hù)筒內(nèi)/縱橫梁?jiǎn)卧駜?nèi)）→100t履帶吊配合震動(dòng)錘插樁→150t履帶吊配合液壓錘沉樁→停錘、驗(yàn)收→進(jìn)行下一根鋼管樁打設(shè)。

（4）鋼護(hù)筒打設(shè)、清砂

采用振動(dòng)錘夾樁直接起吊，易造成振動(dòng)錘夾具磨損且起吊后振動(dòng)錘與鋼管樁不在同一條直線上，無法直接振動(dòng)沉樁，因此采用打設(shè)鋼護(hù)筒，后利用氣舉法清砂，清沙后在護(hù)筒內(nèi)立樁的方式。鋼護(hù)筒需根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行打設(shè)，鋼護(hù)筒長(zhǎng)度L=10.5m，壁厚t=8mm，直徑φ=1.2mm。

（5）插樁

100t履帶吊吊振動(dòng)錘將護(hù)筒內(nèi)鋼管樁夾起，緩慢向樁位點(diǎn)移動(dòng)，使用兩臺(tái)經(jīng)緯儀采用前方直角交匯定位法對(duì)鋼管樁進(jìn)行測(cè)量控制。沉樁初期采用低激振力，吊車操作手根據(jù)鋼管樁偏差微調(diào)主臂，隨鋼管樁入土深度增加不斷減少主鉤吊重，待鋼管樁位置穩(wěn)定后采用大激振力沉樁，打入深度15m。

（6）液壓沖擊錘沉樁

振動(dòng)錘插樁完成后，150t履帶吊配合液壓沖擊錘進(jìn)行吊打沉樁。

沉樁前確保樁帽中心與鋼管樁中心處于同一直線，然后壓錘，沉樁初期液壓沖擊錘使用手動(dòng)擋并采用較小沖程進(jìn)行錘擊，當(dāng)沉樁穩(wěn)定在沖程0.6m，貫入度20cm/擊左右時(shí)，沖擊錘由手動(dòng)擋調(diào)成自動(dòng)擋。根據(jù)巖層探測(cè)結(jié)果與貫入度變化，判斷鋼管樁入巖，之后使用預(yù)定沖程進(jìn)行沉樁，直至滿足停錘標(biāo)準(zhǔn)。

（7）鋼管樁打設(shè)停錘標(biāo)準(zhǔn)

液壓沖擊錘的停錘標(biāo)準(zhǔn)采用動(dòng)力打樁公式中的海利公式，其在國(guó)外特別是香港、澳門等地區(qū)廣泛使用。本項(xiàng)目停錘標(biāo)準(zhǔn)需入巖達(dá)到3m以上，根據(jù)國(guó)外廣泛用于液壓打樁錘樁基工程測(cè)試的海利公式（1）演算。

3.3樁間土開挖

樁間土開挖采用挖掘機(jī)長(zhǎng)臂挖機(jī)開挖和履帶吊配抓斗的方式進(jìn)行施工。

開始陸上部分使用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，開挖至水下3m后使用吊機(jī)配抓斗施工，部分區(qū)域使用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行施工。

抓斗選型：當(dāng)碼頭上部結(jié)構(gòu)拆除后，需使用抓斗抓取樁間土，以滿足樁基拆除標(biāo)高。拆除區(qū)域斜樁的樁間距最小為3.1m，其余大部分樁間距約4m左右。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工狀況，為了提高開挖效率，項(xiàng)目部聯(lián)系廠家定制了兩部3方重型抓斗。

該抓斗自重6t，滿載總重12t，抓斗開口后最大長(zhǎng)度約3.8m，最大寬度為2.0m，抓斗可從樁間正常下落。在挖泥過程中履帶吊大鉤采用雙抽鋼絲繩主要進(jìn)行抓斗閉合及提升作業(yè)，小鉤鋼絲繩為單抽主要輔助抓斗拋泥作業(yè)，履帶吊鋼絲繩為35×7-IWRC.型26mm鋼絲繩，最小破斷力為67t，在拋泥過程中小鉤最大瞬間受力12t，其小鉤系統(tǒng)最大規(guī)定工作荷載13.5t>12t，滿足要求。

3.4水上施工縱橫梁

（1）施工工序

牛腿焊接、找平、加固→底模板支設(shè)→鋼筋綁扎→側(cè)模板支設(shè)→預(yù)埋件安裝、伸縮縫設(shè)置→底層砼澆筑→模板拆除→（面板安裝后）→二層模板支設(shè)→二層砼澆筑。

（2）牛腿焊接及底模支設(shè)

模板支設(shè)采取焊接牛腿法，即直接在鋼管樁上焊接牛腿來支撐底模，然后進(jìn)行底模的鋪設(shè)。牛腿使用2cm鋼板進(jìn)行焊接，工字鋼橫梁采用雙肢50工字鋼，上面鋪輕型鋁合金鋼材，方木上方鋪2cm竹膠板做板面。

（3）側(cè)模板支設(shè)

鋼筋綁扎完成后進(jìn)行模板支設(shè)，縱橫梁側(cè)模板主要采取木模板，橡膠護(hù)舷墩處采用鋼模板。在模板底部和頂部均設(shè)置通長(zhǎng)拉條，拉條間距為70cm。

（4）混凝土澆筑

混凝土由拌和站提供，使用混凝土罐車運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)使用泵車進(jìn)行混凝土澆筑。

澆筑前填寫混凝土澆筑通知單，通知單內(nèi)容包括澆筑時(shí)間、部位、混凝土類型、方量、澆筑方式等。提前安排泵車站位，準(zhǔn)備好施工器具，混凝土到位后即進(jìn)行澆筑?；炷恋綀?chǎng)時(shí)由試驗(yàn)工程師測(cè)量混凝土的溫度、塌落度、取樣。合格后使用泵車澆筑?；炷恋臏囟痊F(xiàn)澆構(gòu)件≤32℃。

澆筑底層時(shí)，混凝土分層振搗后厚度為40cm+40cm+30m，新澆筑混凝土與底層混凝土銜接時(shí)間≤1h，采取階梯型方式進(jìn)行澆筑。使用Φ50插入式振搗棒進(jìn)行振搗，振搗時(shí)注意振搗棒不要碰觸到鋼筋、模板及預(yù)埋件。

4.結(jié)束語

綜上所述，本工程主要的創(chuàng)新點(diǎn)為針對(duì)在拆除碼頭區(qū)域建設(shè)新碼頭采取邊拆除邊新建的工藝，較好地節(jié)省了水上打樁等的船機(jī)設(shè)備，也節(jié)省了成本；采用吊機(jī)抓斗進(jìn)行樁間土的開挖施工，能節(jié)省船機(jī)設(shè)備；水上施工縱橫梁采用輕型鋼材料，達(dá)到了節(jié)能減排的作用，為后續(xù)舊碼頭改造新碼頭施工提供一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTS144-1-2010.港口工程荷載規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2]JTS167-4-2012.港口工程樁基規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2012.