“陸推法”海上鋼管樁施工技術(shù)研究

龔晨曦 張建軍 中國電建集團山東電力建設(shè)有限公司

1.項目工程特點

本項目位于沙特阿拉伯東部波斯灣沿岸，業(yè)主為沙特阿拉伯國家石油公司。本文涉及的施工內(nèi)容為指型碼頭鋼管樁工程。指型碼頭為突堤式碼頭，兩側(cè)和端部均可系靠船舶，具有布置緊湊、管理集中的優(yōu)點，前沿線與自然岸線成較大角度。由于貨運量較大，此處的件雜貨碼頭選用寬突堤管樁式。本項目全廠區(qū)鋼管樁共1364根，其中以1#指碼頭工程為例，本研究區(qū)1#指碼頭區(qū)域正式鋼管樁共225根，樁徑1167mm，壁厚21mm，底高程為-35m，鋼管樁全長36.675m，全部為超長、超大直徑樁，鋼管樁受力特點為摩擦+端承。

此外，根據(jù)項目業(yè)主規(guī)范要求鋼管樁只允許單樁整體下設(shè)，不可采取焊接模式進行連接，且垂直樁的打入角偏差不超過2%，斜樁的打入角偏差不超過4%，并且樁頭水平位置應(yīng)在設(shè)計圖紙位置的±75mm內(nèi)，對沉樁質(zhì)量控制精度要求極高。

2.研究區(qū)氣象及地質(zhì)概況

研究區(qū)位于波斯灣沿岸，氣候條件復(fù)雜，歷史氣象數(shù)據(jù)顯示該地區(qū)每年風力等級超過4級的有127天、5級23天、6級1天，此外自三月份起沙塵暴天氣頻發(fā)。波浪轉(zhuǎn)換模型結(jié)果表明最大的波浪來自北方，來自北方地區(qū)的浪潮也最為頻繁，大約占70%左右，來自東部的浪潮大約占到21%，9%的時間是風平浪靜的?，F(xiàn)場最低潮汐水位為0.00m，海平面基準水位為+1.01m，最高潮汐水位+1.81m。

該地區(qū)基巖以第三紀泥灰?guī)r、粘土、砂巖和石灰?guī)r為主，深部地質(zhì)以鈣質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)灰?guī)r和砂泥灰?guī)r組成?；鶐r沿項目所在的沿海地帶被上覆第四紀風積砂（沙丘砂）、近海砂（蓋層砂）和薩布哈沉積所掩蓋?，F(xiàn)場地勘資料顯示，地表沉積物非常松散，粉砂和一些礫石非常密集。

3.工藝選擇及模塊化平臺設(shè)計

研究區(qū)氣候及水文條件復(fù)雜，且全廠區(qū)鋼管樁工程量巨大，傳統(tǒng)的專用船舶打樁法施工受海況因素影響大，施工進度不可控。因此，通過研究提出了“陸推法”模塊化平臺鋼管樁施工的新技術(shù)。

3.1 模塊化平臺設(shè)計要求

結(jié)合施工技術(shù)特點、現(xiàn)場地質(zhì)及水文條件，模塊化平臺的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足以下要求：

（1）模塊化平臺必須具有足夠的穩(wěn)定性，能夠承受足夠荷載，保證平臺上吊車等大型設(shè)備施工的安全性和穩(wěn)定性。

（2）模塊化平臺應(yīng)滿足可分模塊整體性安裝、拆卸的要求，保證工程的施工效率。

（3）依據(jù)鋼管樁平面布置規(guī)律，充分利用已沉設(shè)工程樁搭建模塊平臺，并優(yōu)化模塊平臺設(shè)計類型，保證模塊平臺可重復(fù)使用，降低工程施工成本。

3.2 “陸推法”模塊化平臺鋼管樁施工工藝的優(yōu)勢

“陸推法”模塊化平臺鋼管樁施工工藝與傳統(tǒng)鋼管樁工藝相比，有以下優(yōu)點：

（1）“陸推法”模塊化平臺鋼管樁施工技術(shù)以已沉設(shè)的工程樁為基礎(chǔ)，安裝模塊化施工平臺，將海上工程轉(zhuǎn)化為“陸域”工程，為工程施工提供了便利。

（2）模塊化平臺受復(fù)雜海況影響較小，連續(xù)性施工能力強。此外平臺可整體性安裝及拆卸，提高了平臺使用效率?；诿咳?2小時的施工內(nèi)容，該工藝的綜合功效為2.5根/天，施工效率高。

（3）模塊化平臺施工工藝無需租賃專用的鋼管柱打樁船舶，減少了專業(yè)船舶的審批周期。

我使勁眨眨眼睛，馬蘭真的就在眼前，不過她只是靜靜地站在自家門內(nèi)，并沒向我招手，我也像根棍子似的杵在那里，沒有向前挪動半步。

（4）模塊化平臺降低了專用打樁船舶的租賃費用，且模塊平臺制作、安裝費用低，并可重復(fù)使用，大大降低了工程施工成本。

4.“陸推法”鋼管樁施工方法

4.1 “陸推法”設(shè)備選擇

本項目吊車選取為重點內(nèi)容，需考慮自施工平臺至19m之外（工作半徑24m）的鋼管樁施工，因此本工程從吊重及起吊高度方面綜合考慮，確定吊車類型。

（1）吊重

鋼管樁自重（樁外徑1167mm，長度36.675m）：0.593t/m×36.675=21.75t；振動錘主機重量：8.573t；液壓樁錘+樁帽總重：40+12.8=52.8t；300t履帶吊重量：386.8t；150t吊車重量：77.8t；人員及其他輔助材料：2t。

此外，模塊平臺的最大型鋼為H1400mm×900mm×25mm×36mm（769.3kg/m），最大單塊重量將約55t。因此，單次最大吊重為55t。

（2）起吊高度

本指碼頭鋼管樁樁長為36.675m，振動錘長度1.91m，振動錘上附鋼絲繩長1.5m，吊鉤長度1.2m，因此，直接起吊總長度為41.285m。

綜上所述，吊車作業(yè)參數(shù)為：作業(yè)半徑24m、起吊高度50m、吊重55t。基于上述參數(shù)，計劃采用300t履帶吊（利波海爾類型）進行該項作業(yè)，吊車選取56m吊桿、124t配重時，24m工作半徑最大起吊重量為66t。

4.2 “陸推法”鋼管樁施工工序

通過對指型碼頭鋼管樁位置分布的研究，本項目將制定A型（9500mm×6000mm）和B型（9500mm×5000mm）兩種類型的模塊?！瓣懲品ā变摴軜都夹g(shù)的具體施工工序如下所示。

（1）測量放樣，鋼管樁施工采用全站儀測量。

（2）在陸上完成近岸的前兩列鋼管樁。利用吊車附加振動錘先將管樁穩(wěn)固于地層中，之后由吊車攜帶液壓打樁錘并將管樁錘擊到設(shè)計高程。

（3）以前兩列樁為基礎(chǔ)鋪設(shè)模塊平臺，并將設(shè)備移至平臺，利用管樁轉(zhuǎn)運船將鋼管樁運至打樁位置附近，完成后續(xù)的2列樁；

（4）重復(fù)上述施工，平臺鋪設(shè)至第8列樁后，完成第9、10列樁的打樁工作，并拆卸1～4列鋼管樁上的模塊平臺，并鋪設(shè)至第9、10列鋼管樁之上，保證平臺3跨（4列樁）28.5m的安全施工作業(yè)面；

（5）重復(fù)上述工作至全部鋼管樁施工完成。拆除設(shè)備進行海相運輸，或反向鋪設(shè)平臺至陸域，將設(shè)備運回。

5.模塊平臺安全隱患分析及應(yīng)對預(yù)防措施

5.1 模塊安全隱患分析

海上鋼管樁平臺在使用過程中，常伴有如下隱患：

（1）鋼管樁打樁過程中產(chǎn)生的震動荷載會造成鋼管樁平臺產(chǎn)生震動，影響鋼管樁平臺的穩(wěn)定性，并造成平臺焊接部位產(chǎn)生疲勞損壞。

（2）鋼管樁平臺上機具多，布置機具時過于集中造成荷載集中或機具單邊布置造成荷載單邊，影響鋼管樁平臺的穩(wěn)定性。

（3）海上鋼管樁模塊平臺四面臨水，施工過程中往往存在封閉不到位、圍護高度不夠等情況，以及在吊裝作業(yè)過程破壞圍護而未及時恢復(fù)等問題。

5.2 預(yù)防措施

（1）針對打樁過程中因震動導(dǎo)致失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)在施工前應(yīng)編制鋼管樁平臺沉降位移觀測方案，在鋼管樁平臺上設(shè)置位移及沉降觀測點，定期對鋼管樁平臺的變形進行觀測及記錄。

（2）在保證足夠的安全施工作業(yè)面的情況下，合理規(guī)劃模塊平臺上施工器具的安置，避免器材集中及單邊不均勻布置。此外，針對大件材料器具應(yīng)有防掉落措施，保證模塊平臺的施工穩(wěn)定性。

（3）鋼管樁模塊平臺鋪設(shè)完成后，應(yīng)及時安裝欄桿以及其它安全設(shè)施，欄桿圍護應(yīng)做到鋼管樁平臺四周全封閉，欄桿牢固可靠，圍欄的搭設(shè)高度須滿足規(guī)范要求。

6.結(jié)語

隨著海外市場的不斷拓展，港址從自然條件良好的天然海灣逐漸向外海轉(zhuǎn)移，面對復(fù)雜的海況及氣候條件，傳統(tǒng)沉樁方式受到了很大的挑戰(zhàn)和和制約?！瓣懲品ā焙Ｉ掀脚_鋼管樁沉設(shè)技術(shù)具有工藝簡單、操作方便、安全可靠的特點，能夠高效完成復(fù)雜海況條件下的鋼管樁施工，該沉樁施工工藝可對其他項目類似鋼管樁工程施工提供借鑒。