地中海沿岸HZ斜拉鋼板樁施工工藝

周加佳 中交三航局廈門分公司

1.工程概況

貝賈亞港位于阿爾及利亞北部沿海貝賈亞灣的西岸，瀕臨地中海的西南側(cè)。貝賈亞港25#泊位為改擴(kuò)建工程，呈L型，順岸長170m，轉(zhuǎn)角長30m，碼頭順岸段及轉(zhuǎn)角段結(jié)構(gòu)型式均采用HZ1180MA/AZ20-700組合鋼板樁作為碼頭擋土前沿，順岸段采用AZ40-700鋼板樁作為錨碇鋼板樁，用低合金高強(qiáng)度拉桿與后方錨碇鋼板樁、拋石棱體作為錨碇系統(tǒng)，碼頭轉(zhuǎn)角段采用HZ1180MA斜拉板樁結(jié)構(gòu)型式，傾斜角20°。表1為本項(xiàng)目鋼板樁使用數(shù)量統(tǒng)計表。

表1 鋼板樁數(shù)量統(tǒng)計表

2.地質(zhì)資料

施工涉及的從上到下地質(zhì)資料為R填土：源自鄰近項(xiàng)目棄土場，該層頂部主要由粗顆粒構(gòu)成，由含砂黏土粘結(jié)。S-1粘質(zhì)海砂：灰褐色，薄層，平均厚度在1.90m，N60=5.4擊，松散。S-2-1粘質(zhì)細(xì)砂：灰褐色，質(zhì)地均勻，飽和，松散狀態(tài)，平均厚度為3.20m，松散。S-3低塑性黏土：黑灰色，巨厚層，局部為含砂，平均厚度35.4m。

3.施工機(jī)具和導(dǎo)向架

3.1 施工機(jī)具

3.1.1 起重設(shè)備的選擇

起重設(shè)備的選擇主要從吊臂長度和起重重量兩方面進(jìn)行考慮，吊臂長度考慮HZ斜拉鋼板樁長度30m+導(dǎo)向架高度5m+振動錘高度3m+吊具2m+吊機(jī)富裕鋼絲繩4m，吊臂長度應(yīng)大于44m，吊重考慮HZ斜拉鋼板樁重12t+振動錘重和振動重量12.5t+配套液壓油管重2t+其它2.5t，吊重應(yīng)大于29t。結(jié)合北非當(dāng)?shù)厥袌銎鹬卦O(shè)備租賃和項(xiàng)目場地的實(shí)際情況，因此選擇6節(jié)臂可吊高48m的150T履帶吊。

3.1.2 液壓振動錘的選擇

液壓振動錘因?yàn)槠涫褂渺`活、施工效率高、經(jīng)濟(jì)環(huán)保已普遍運(yùn)用于鋼板樁施工，激振力和最低振幅要求是振動錘的兩個最關(guān)鍵因素，結(jié)合本項(xiàng)目所在地地質(zhì)情況，振動錘的選擇主要考慮以下兩個方面：

（1）振幅，振動系統(tǒng)振幅A1應(yīng)大于鋼板樁到設(shè)計深度的最小振幅A2，振動系統(tǒng)振幅A1=2×（偏心力矩/振動重量），振動重量=樁的重量+夾樁器重量+振動錘振動部分重量，鋼板樁到設(shè)計深度的最小振幅A2可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。

（2）激振力，振動錘的激振力F應(yīng)大于鋼板樁與土的動摩擦阻力，激振力F=偏心力矩×（2π×vpm/60）2，動摩擦阻力考慮各土層極限靜側(cè)摩擦阻力之和，同時應(yīng)考慮總壓樁力為激振力和鋼板樁及振動錘重量之和，樁阻力在振動時因?yàn)橥寥酪夯男Ч麜褥o止時大幅減弱。綜上考慮，本項(xiàng)目選用美國ICE84C振動錘。

3.2 導(dǎo)向架的制作

HZ斜拉鋼板樁的沉樁質(zhì)量，關(guān)鍵點(diǎn)在于導(dǎo)向架的強(qiáng)制導(dǎo)向和輔助施工，施工HZ斜拉鋼板樁時的傾斜角度和軸線位置要依靠導(dǎo)向架控制斜樁進(jìn)行強(qiáng)制導(dǎo)向以滿足設(shè)計要求，因此導(dǎo)向架必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。考慮到斜樁定位施打時重力因樁體傾斜角度作用于導(dǎo)向架夾板上的反作用力和施工過程中樁體振動通過導(dǎo)向架夾板傳導(dǎo)于導(dǎo)向架的振動力，原施工前帷幕HZ主樁的導(dǎo)向架需進(jìn)行改裝，改裝分為三個方面：

（1）原雙層導(dǎo)向架高度3.5m加高至5m，長度12m不變。拉大斜樁上、下層限位控制的距離以保證斜樁傾斜度；

（2）采用四根12 m長的錨樁進(jìn)行定位固定導(dǎo)向架，單根錨樁由HM600×300a雙拼焊接組成；

（3）導(dǎo)向架夾板改為上層兩邊固定、下層兩邊固定共4片。改裝后的導(dǎo)向架形成整體，提高導(dǎo)向架穩(wěn)定性。

4.施工工藝

4.1 施工工藝流程

HZ斜拉鋼板樁的施工必須在前帷幕HZ主樁完成后進(jìn)行，根據(jù)本工程地質(zhì)情況及振動錘的選擇，斜樁施工時作為獨(dú)立樁使用振動錘可施工至設(shè)計標(biāo)高。斜樁施工至導(dǎo)向架頂端后拆除導(dǎo)向架，因斜樁與主樁存在20°夾角，前帷幕HZ主樁需預(yù)先振沉約0.5m便于斜樁施工就位，斜樁施工完成后提拔HZ主樁至設(shè)計標(biāo)高。斜樁具體工藝流程為：測量定位錨固樁→斜樁導(dǎo)向架制作及安裝→測量安放HZ斜樁→HZ斜樁的限位調(diào)節(jié)固定→振插HZ斜樁至導(dǎo)向架頂部→導(dǎo)向架移至下一根斜樁位置→振插HZ斜樁至設(shè)計標(biāo)高。

4.1.1 導(dǎo)向架的安裝

安裝導(dǎo)向架前先進(jìn)行清表，清理表面雜物，開挖主樁及斜拉樁位置至水面標(biāo)高。根據(jù)導(dǎo)向架尺寸與斜樁位置，測量定位錨固樁沉樁點(diǎn)位，使用振動錘施打12m長錨固樁，導(dǎo)向架整體進(jìn)行吊裝，固定在錨固樁上。

4.1.2 HZ斜樁的安放和固定

導(dǎo)向架安裝完成后，斜樁傾斜角20°，導(dǎo)向架豎向限位高度5m，斜樁在導(dǎo)向架內(nèi)水平投影長度為1.82m，導(dǎo)向架內(nèi)受限位制約的斜樁長為5.32m。測量定位上、下層橫梁位置上的斜樁底邊限位導(dǎo)向系統(tǒng)，限位導(dǎo)向系統(tǒng)位置準(zhǔn)確后，安放HZ斜樁，固定斜樁另一邊定位夾板，完成后復(fù)查斜樁位置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)固性。

4.1.2 振插HZ斜樁

使用振動錘振插HZ斜樁使其逐步入土，在HZ斜樁上每隔5.32m做明顯標(biāo)記，在振插過程中每入土5.32m復(fù)查傾斜角度及斜樁位置，檢測導(dǎo)向架是否移動，符合要求繼續(xù)振插斜樁，直至導(dǎo)向架頂部無法施工時停止，移走導(dǎo)向架至另一斜樁位置。繼續(xù)振插斜樁至設(shè)計標(biāo)高，在此過程中因已移走導(dǎo)向架，斜樁入土約24.7m，需嚴(yán)格控制起重機(jī)吊臂輕微受力抵消振動錘和懸空段斜樁的重力，防止斜樁傾斜角度出現(xiàn)大的偏差。

4.1.3 提拔斜樁前HZ主樁至設(shè)計標(biāo)高

HZ主樁頂標(biāo)高+0.85，斜樁中心點(diǎn)頂標(biāo)高+0.55，高差30cm，在打入過程中斜樁和振動錘必受到HZ主樁影響，因此HZ主樁需主動下沉約50cm，讓開斜樁入土軌跡，使斜樁能順利入土至設(shè)計標(biāo)高。斜樁完成后，使用振動錘提拔HZ主樁約50cm，使主樁標(biāo)高滿足設(shè)計要求。

4.2 施工控制要點(diǎn)

4.2.1 斜拉鋼板樁的加工

斜拉鋼板樁HZ1180MA選用免防腐材質(zhì)S460AP，加工包含樁體的調(diào)節(jié)和加固，樁體的調(diào)節(jié)包含鋼板樁出現(xiàn)撓曲或者扭曲時進(jìn)行冷彎矯正，出現(xiàn)局部變形需采用千斤頂頂壓和熱焰烘烤進(jìn)行矯正；加固是對30m長斜樁的樁頭部分和樁靴部分進(jìn)行局部加強(qiáng)處理，一般采用焊接鋼板進(jìn)行加強(qiáng)。

4.2.2 導(dǎo)向架的穩(wěn)定

導(dǎo)向架施工必須水平放置，錨樁施打完成后必須與導(dǎo)向架主體進(jìn)行可靠連接，保證斜樁施工過程中導(dǎo)向架不會發(fā)生移動或者晃動。

4.2.3 斜樁的傾斜度控制

（1）限位導(dǎo)向和固定夾板的準(zhǔn)確與牢固，限位導(dǎo)向系統(tǒng)位于斜拉樁底部一側(cè)，上下橫梁各一組起承重限位導(dǎo)向作用，固定夾板位于斜樁頂部外側(cè)，上下橫梁各一組起固定限位作用。

（2）施工過程中的措施控制，重點(diǎn)在于拆除導(dǎo)向架后，吊機(jī)吊臂與起重錘的配合及吊臂相對斜樁位置，應(yīng)隨著斜樁入土深度加深逐步調(diào)整，避免因吊力過小斜樁受錘重和樁重雙重作用傾斜角變大、吊力過大斜樁傾斜角變小的現(xiàn)象。

5.HZ斜拉鋼板樁沉樁效果

通過導(dǎo)向架的改造、斜樁施工措施的精確控制，本項(xiàng)目6根HZ斜拉鋼板樁全部達(dá)到了設(shè)計標(biāo)高和傾斜角度要求，前帷幕HZ主樁也順利提拔至設(shè)計標(biāo)高，斜樁的沉樁施工效果良好。

6.結(jié)束語

基于上述分析，可得以下結(jié)論：

（1）阿爾及利亞貝賈亞港25號泊位HZ斜拉鋼板樁施工工藝在原有HZ+AZ組合鋼板樁施工工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，順利完成了斜樁施工，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，斜樁施工工藝是可行的。

（2）建議斜樁施工時根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行振動錘的靈活選擇和導(dǎo)向架的合理制作，確保斜樁傾斜角度在滿足設(shè)計要求的范圍內(nèi)入土就位。