復(fù)雜地質(zhì)條件下超長(zhǎng)鋼管樁沉樁施工技術(shù)研究

蔣峰 中交一航局第五工程有限公司

1.項(xiàng)目概況

馬塔巴里超臨界燃煤電廠配套碼頭項(xiàng)目，重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容包含1座煤炭碼頭和1座油品兼重件碼頭。碼頭采用到高樁梁板結(jié)構(gòu)，基樁為樁徑Φ914.4＊16mm的SKK490鋼管樁，以直樁和斜樁兩種方式布置。施工現(xiàn)場(chǎng)的土層以淤泥層、砂土層、粘土層、粉細(xì)砂層為主，地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，土層泥面以下15～20m的地層偏軟，樁端約5m范圍內(nèi)的地質(zhì)較硬，對(duì)于各自的平均標(biāo)貫擊數(shù)，前者為25，后者在50以上。

2.超長(zhǎng)鋼管樁沉樁施工的現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作

2.1 疏浚

小潮的高潮位+1.0 m，低潮位-1.2m；大潮的高潮位+2.2m，低潮位-2.1m。樁基施工時(shí)，沉樁作業(yè)優(yōu)先從引橋陸側(cè)開始，但該處的水深有限，未達(dá)到打樁船吃水條件，因此先安排挖泥疏浚作業(yè)，以便提供更大的吃水深度，確保平潮以上水位時(shí)打樁船可正常作業(yè)。疏浚底標(biāo)高為-1.8m，疏?？偭考s1200m3。

引橋基礎(chǔ)部分疏浚以水上作業(yè)的方式完成，基本施工思路如圖1所示：

圖1 疏浚斷面

（1）根據(jù)1000t方駁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行特性，對(duì)其做改造升級(jí)，形成滿足施工要求的挖泥船；以焊接的方法在甲板上設(shè)泥倉(cāng)，以便暫放疏浚料；于船首處安排一臺(tái)長(zhǎng)臂300LC-V，此設(shè)備輔助作業(yè)，高效挖泥和卸泥。

（2）考慮到疏浚期間邊坡可能失穩(wěn)的情況，在疏?，F(xiàn)場(chǎng)的東側(cè)邊線靠岸側(cè)偏移4m的位置打設(shè)樁徑φ100mm～φ200mm不等、長(zhǎng)度均為4m的圓木樁，形成一排穩(wěn)定的擋土結(jié)構(gòu)，木樁的打設(shè)用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)完成。測(cè)量人員組織疏浚區(qū)域測(cè)量放線，界定疏浚的作業(yè)范圍；疏浚期間，用水陀螺測(cè)量水深，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果判斷其是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求。

2.2 清淤

改造的簡(jiǎn)易挖泥船用拖輪運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，長(zhǎng)臂挖掘機(jī)駐位在方駁上，根據(jù)工程要求及時(shí)清淤。嚴(yán)格限定長(zhǎng)臂挖掘機(jī)的作業(yè)范圍，僅允許其在加固夾板上移動(dòng)，且由專員在現(xiàn)場(chǎng)指揮，保證作業(yè)的規(guī)范性。挖泥從陸側(cè)開始，有序向海側(cè)推進(jìn)。疏浚期間，長(zhǎng)臂挖掘機(jī)及時(shí)清理疏浚料，將此部分存儲(chǔ)在后方的泥倉(cāng)內(nèi)，隨著疏浚量的增加，泥倉(cāng)內(nèi)堆積的疏浚料逐步增加，待泥倉(cāng)達(dá)到滿倉(cāng)狀態(tài)時(shí)，在拖輪的輔助下將簡(jiǎn)易挖泥船轉(zhuǎn)至指定點(diǎn)位，以便向陸側(cè)卸載疏浚料。棄泥點(diǎn)配套1臺(tái)SY215C挖掘機(jī)，其作用在于將卸載的疏浚料整平。

3.超長(zhǎng)鋼管樁沉樁施工技術(shù)

3.1 測(cè)量控制

水上沉樁定位采用南方測(cè)繪沉樁定位系統(tǒng)。打樁船上設(shè)兩臺(tái)以RTK方式工作的GPS流動(dòng)站、五臺(tái)傾角傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)船體的位置、方向和狀態(tài)，通過軟件系統(tǒng)處理后給出打樁船的移動(dòng)方向和移動(dòng)量，據(jù)以調(diào)整船位。陸上聯(lián)合應(yīng)用到全站儀、經(jīng)緯儀，通過兩類儀器的協(xié)助，有效校核打樁船定位精度，確保全程比例誤差≤1PPm，平面坐標(biāo)固定誤差≤8mm。

為提高測(cè)量控制水平，樁位定點(diǎn)先用沉樁定位系統(tǒng)粗調(diào)，再聯(lián)合應(yīng)用陸上全站儀和經(jīng)緯儀，精細(xì)調(diào)節(jié)樁的垂直度，直至滿足沉樁定位要求為止。沉樁過程中，全站儀測(cè)量，作業(yè)人員根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果靈活控制沉樁標(biāo)高，如圖2、圖3所示。

圖2 陸地全站定位

圖3 打樁船GPS定位

沉樁時(shí)，最后1m每10擊停錘讀數(shù)（根據(jù)要求，沉樁貫入度的控制需要著重考慮的是最后3陣，其中每陣10擊），對(duì)比分析實(shí)測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)值，直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高為止。鋼管樁有1～2m的富余樁長(zhǎng)，因此在打樁后若實(shí)測(cè)樁頂標(biāo)高超過設(shè)計(jì)標(biāo)高，可以適當(dāng)向下錘擊，直至與設(shè)計(jì)標(biāo)高一致為止。

3.2 鋼管樁的裝船、運(yùn)輸

3.2.1 鋼管樁的裝船

運(yùn)輸駁船采用1000t方駁，按沉樁順序圖倒序過駁，以免出現(xiàn)樁序錯(cuò)亂的異常狀況。裝駁及過駁時(shí)加強(qiáng)對(duì)樁體的有效防護(hù)，例如在樁間設(shè)置支墊，以免涂層受損。吊帶捆扎吊樁，在鋼絲繩與樁間墊土工布，以免由于吊樁而出現(xiàn)涂層遭刮蹭的情況。

吊樁前，先全面檢查參與吊裝的索具，確認(rèn)無受損或是其它異常狀況后方可投入使用。鋼管樁裝船起吊采取2點(diǎn)吊的方法，用紅油漆在樁身上標(biāo)記吊點(diǎn)的位置，以便準(zhǔn)確吊樁。裝船時(shí)，樁體擺放層數(shù)最多為3層，層間設(shè)木枋，起到分隔、防護(hù)的作用。

3.2.2 鋼管樁的運(yùn)輸

根據(jù)各場(chǎng)所采取相應(yīng)的運(yùn)輸方式：吉大港至施工現(xiàn)場(chǎng)，用交工83拖航運(yùn)輸；場(chǎng)內(nèi)，以拖輪拖航的方式運(yùn)輸，以便將鋼管樁轉(zhuǎn)至指定的沉樁點(diǎn)位。

3.3 船舶駐位

在拖輪的拖帶作用下，將打樁船轉(zhuǎn)移至沉樁周邊位置，船長(zhǎng)嚴(yán)格聽從現(xiàn)場(chǎng)指揮，準(zhǔn)確拋錨，而后設(shè)置浮漂，作為錨眼標(biāo)志。沉樁全流程中，施工現(xiàn)場(chǎng)的潮位會(huì)有變動(dòng)，因此根據(jù)潮位動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)錨纜的松緊程度，采取此方法來保證船舶定位的準(zhǔn)確性和沉樁的有效性。打樁船拋錨駐位需考慮到漲落潮以及其它環(huán)境因素的影響，必要時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)船內(nèi)壓艙水，確保作業(yè)全程船體的姿態(tài)均具有合理性。

打樁時(shí)，先安排打樁船準(zhǔn)確就位。根據(jù)圖4所看，運(yùn)樁駁駐位情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)樁頂方向，若在打樁船左側(cè)，則采取的是樁頂方向朝打樁船的布設(shè)方式，若在右側(cè)則使樁尖朝打樁船。

圖4 運(yùn)樁船裝樁示意圖

3.4 打樁船錨纜的布設(shè)

打樁前，全面檢查錨車和錨纜，確保各類設(shè)施均無誤；打樁船拋全方位錨，根據(jù)打樁點(diǎn)位的布設(shè)情況，使樁船順潮流方向停泊到位。

3.5 錘擊沉樁

3.5.1 沉樁流程

沉樁的基本流程為：油品兼重件碼頭的引橋、平臺(tái)→系纜墩→煤碼頭的北引橋、平臺(tái)、南引橋。

打樁前，項(xiàng)目部技術(shù)人員與打樁船人員溝通，確定適宜的沉樁順序，在保證打樁質(zhì)量的前提下，盡可能減少打樁船的移動(dòng)頻率，每根樁的平面扭角方向及傾斜方向均要具有合理性，以便打樁船的順暢作業(yè)。

3.5.2 吊樁

以2點(diǎn)起吊的方式吊樁，每根鋼管樁吊點(diǎn)數(shù)量均為3個(gè)，在樁身同一直線上布設(shè)2個(gè)，分別距樁頂10.5m、距樁底0.207L（L為樁長(zhǎng)），并在距離樁頂11.5m處布設(shè)1各吊點(diǎn)（與前兩個(gè)吊點(diǎn)對(duì)稱）。吊樁示意圖，如圖5所示。

圖5 管樁吊樁圖（m）

吊樁時(shí)，先用卡環(huán)將共處相同直線的2吊點(diǎn)與打樁船吊鉤連接，經(jīng)檢查，確認(rèn)無誤后則緩慢起吊30cm，懸停以便觀察樁體的狀態(tài)，若其保持穩(wěn)定，則用卡環(huán)將剩余吊點(diǎn)與打樁船的吊鉤連接。

3.5.3 吊樁入龍口

同步啟動(dòng)各吊鉤，適當(dāng)將鋼管樁向上提起，打樁船絞錨后退，移船至沉樁樁位周邊區(qū)域，帶勁回收上部主鉤，下部副鉤則適當(dāng)放松，經(jīng)過前述一系列動(dòng)作后，將鋼管樁緩慢立起，將樁頂嵌入替打中，放松連接下部吊點(diǎn)的副鉤，關(guān)閉抱樁器。

3.5.4 鋼管樁定位

在確定樁位坐標(biāo)后，將數(shù)據(jù)完整輸入至沉樁定位系統(tǒng)，由專員根據(jù)作業(yè)要求指揮打樁船調(diào)整錨纜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況移動(dòng)船位，調(diào)節(jié)好樁架的角度。沉樁測(cè)量是保證沉樁效果的重要舉措，為保證沉樁測(cè)量的精度，采用南方測(cè)繪GPS測(cè)量沉樁定位系統(tǒng)。在打樁船上配套兩臺(tái)GPS流動(dòng)站和五臺(tái)傾角傳感器，以便在作業(yè)期間及時(shí)監(jiān)測(cè)，獲得反映船體位置、方向的信息，軟件系統(tǒng)接收測(cè)量信息，經(jīng)自動(dòng)計(jì)算后確定打樁船的移動(dòng)方向和移動(dòng)量，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)船位做靈活的調(diào)整，確認(rèn)無誤后即可沉樁。工程采用的打樁船配套了沉樁定位系統(tǒng)，其具備記錄作業(yè)數(shù)據(jù)的功能，例如樁位偏移量、總錘擊數(shù)，打樁完成后，可打印特定階段內(nèi)的打樁記錄表，以便對(duì)打樁情況做更加準(zhǔn)確的分析，同時(shí)也可作為沉樁記錄表的附件。陸上配套的全站儀和經(jīng)緯儀也實(shí)時(shí)觀測(cè)并記錄，形成沉樁記錄表。

3.5.5 鋼管樁的自沉、壓錘下沉

打樁后，解除設(shè)置在樁錘和替打間的鋼絲繩，主鉤以緩慢、勻速的狀態(tài)下放，依托樁和替打的自重作用自沉，無法繼續(xù)自沉?xí)r，下降樁錘，以錘擊的方式促進(jìn)鋼管樁的下沉。壓錘結(jié)束且實(shí)測(cè)樁位偏差被控制在許可范圍內(nèi)后，解除捆樁鋼絲繩。

3.5.6 錘擊

沉樁時(shí)的錘擊作業(yè)采用的是國(guó)產(chǎn)D125-32型柴油打樁錘，錘擊前先由技術(shù)人員做詳細(xì)的檢查，例如核實(shí)樁位編號(hào)、樁型號(hào)、傾斜度等參數(shù)，若無誤則啟用該裝置，正式進(jìn)行錘擊作業(yè)。

初始錘擊時(shí)不宜過猛，以小能量錘擊的方式為宜，根據(jù)貫入度判斷沉樁情況，待溜樁停止、樁身穩(wěn)定狀態(tài)較好后，方可打開抱樁器，以便進(jìn)入正式錘擊環(huán)節(jié)。錘擊全程，樁身、樁架、樁錘中心軸線需重合，否則及時(shí)調(diào)整，以免出現(xiàn)偏心錘擊的異常狀況。

沉樁全程的錘擊應(yīng)具有連續(xù)性，若中途間歇，將由于土壤恢復(fù)而導(dǎo)致沉樁的阻力加大。但為了避免樁錘過熱的問題，連續(xù)錘擊時(shí)間達(dá)到1h需適當(dāng)間歇10～20min。

錘擊期間，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員和技術(shù)員加強(qiáng)觀測(cè)與記錄，沉樁貫入度、樁頂標(biāo)高數(shù)據(jù)均要具有準(zhǔn)確性，并完整體現(xiàn)在記錄表中。在做好此項(xiàng)工作后，能夠根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算平均值。

經(jīng)過沉樁作業(yè)后，連接替打與樁錘，將兩者協(xié)同起吊；打樁船后退，移動(dòng)至運(yùn)樁方駁，繼續(xù)取樁、施打，按照前述提及的方法循環(huán)作業(yè)，最終保質(zhì)保量完成所有鋼管樁的打設(shè)作業(yè)。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，鋼管樁因兼具承載力強(qiáng)、耐久性好等優(yōu)勢(shì)而在碼頭工程中取得廣泛的應(yīng)用，沉樁是其施工全流程中的重要環(huán)節(jié)，經(jīng)過本文的分析，提出鋼管樁錘擊沉樁的基本流程及各環(huán)節(jié)的作業(yè)要點(diǎn)，希望能夠?yàn)橥侍峁﹨⒖?。同時(shí)，在后續(xù)的碼頭工程中，工程技術(shù)人員仍需加強(qiáng)技術(shù)探索，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件深度優(yōu)化鋼管樁且尤其是超長(zhǎng)鋼管樁的沉樁施工技術(shù)，夯實(shí)理論基礎(chǔ)，豐富施工經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)該項(xiàng)施工技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。