淺析高樁碼頭大直徑鋼管樁工藝

中化泉州石化項目青蘭山1# 位于湄洲灣灣內南岸的青蘭山與黃干島之間水域，由北向南依次為1# ～ 4# 泊位，分別為10萬t 級（兼顧15 萬t 級）泊位、5 萬t 級泊位、3 萬t 級泊位、1 萬t 級泊位工程，碼頭與后方庫區交接點為引橋根部。泊位由工作平臺、靠船墩、系纜墩、鋼引橋等組成，結構形式均為高樁梁板結構，系纜墩采用高樁墩式結構，平臺采用高樁梁板結構。該工程需施打鋼管樁總計258 根，全部為直樁。
　　工程地質
　　施工區的地質情況為：27simn八角管施工區勘探深度內揭露的土層自上而下主要為：淤泥、淤泥質黏土、中砂混淤泥、中砂、粉質黏土、碎石混黏性土、殘積黏性土、砂礫性黏性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖。
　　設備改造
　　該工程單樁最重約58t，最長46m，最大樁徑φ2600mm，根據現場的水深情況，“粵工樁8”打樁船樁架高度超過93.5m，打樁長度達80m 水深，“粵工樁8”最大起吊能力120t，最大施打樁徑φ2000mm，需改造后方可滿足φ2600mm 樁的施打要求。
　　樁中心距離確定及材料選擇根據φ2600m m 鋼管樁直徑，考慮到樁錘、替打、背板以及樁錘起落架一整套設備在施工作業中能較為精確定位，并有利于樁工的解扣作業，將樁錘、替打以及背板的中心點的縱軸線與樁架龍口外平面的直線距離選為1600mm；因樁錘整體外移，須對樁錘起落架的導向腳相應加長，為滿足起落架在起落樁錘有足夠的支承強度和剛度，將其導向腳做成衡架鋼結構形式與起落架連接。同時，因樁錘整體外移，樁錘導向腳也相應被加長；因其懸臂太長，對導向腳的材質與加工精度也必須要有較高的要求，其鉗口的材料采用35# 鋼優質鍛件，加工精度須達6.3 級以上；
　　以樁架龍口外平面為基準面，要求樁錘、替打以及背板的中心點在同一縱軸線上，因此，四個樁錘導向腳的制作精度與強度尤為重要，導向腳本體采用優質結構鋼—錳16 鋼，其焊接焊條采用低氫碳鋼焊條—T H427，對焊條直徑、焊接電流以及坡口、焊腳寬度也有較為嚴格的要求；焊接成型后，整體退火處理，以消除焊接應力。此外，替打及背板的導向鉗口均采用35#鋼優質鍛件，其制作工藝與機械加工精度均有相應嚴格的技術要求；替打承力主板以及替打鋼墊板均采用35# 鍛鋼加工成型，保證足夠的強度與剛度，同時也能較好地傳遞樁錘的錘擊能量，以滿足施工要求。
　　因為該工程須施打直徑為φ1200mm、φ1600mm、φ1800mm、φ2200m m 以及φ2600m m 五種規格的鋼管樁，為減少更換打樁配套設備的頻率，提高施工效率，施打各種規格的鋼管樁所用的替打、背板以及樁錘導向腳，均以其中心點的縱軸線與樁架龍口外平面的直線距離均采用1600m m 的基準尺寸制作而成。
　　在施工過程中，施打各種規格的樁時，都是使用同一套樁錘導向腳和樁錘起落架。
　　設備改造難點及解決方法“粵工樁8”打樁船原來一直采用樁錘起落架的形式吊重起落樁錘，優點在于：當錘擊樁頂后出現幅度較大的滑樁時，不但可以避免扯斷吊錘鋼絲繩險情的發生；而且，當施打坡比較大的仰樁時，還可以省去人工推鋼絲繩的工序，減少人力勞動，提高施工效率。但是此次須施打直徑為φ2600m m 的鋼管樁，其替打本體、替打鋼墊板以及墊替打的鋼絲繩的重量總和近20t，而樁錘本體、樁錘導向腳以及樁錘起落架的重量總和超過41t。
　　如果采用以往樁錘和替打一體吊重的形式起落樁錘，可能會超出相關配套設備的機械負荷和強度極限。因為樁錘起落架的定滑輪組的轉軸直徑為φ100m m，而且因其只配套兩個滑輪，如果使用該定滑輪組直接吊起重量超過61t 的樁錘和替打，加上摩擦系數，勢必會超出該定滑輪組的強度極限。此外，吊錘卷揚機的額定負載為120k N，如果使用該卷揚機直接吊重起落樁錘和替打，也已超出了該卷揚機的機械負荷。另外，不僅樁錘提錘檔塊的強度無法滿足同時起落樁錘和替打的重量；而且，如果使用2×150k N 雙滾筒卷揚機同時吊重起落樁錘和替打，就只能使用飛機架的形式來吊重，不僅要專門訂做配套設備，而且吊錘鋼絲繩和吊鉤鋼絲繩在同一平行線上，稍有浪涌，就會造成機械事故。綜合考慮了以上因素，在施打φ2600m m 鋼管樁過程中，決定采用樁錘與替打分開吊重起落的形式來施工作業，即不用120K N 卷揚機吊重起落樁錘，而用2×150k N 雙滾筒卷揚機來吊重起落替打，以保證施工安?strong?
　
　　　施工方法施工前準備工作對勘測平面控制網點、水準點和設計圖紙進行必要的交接和復核；測量沉樁區泥面標高；根據樁位平面布置圖，結合工程要求和施工條件，布置沉樁順序，并按順序預制加工，安排基樁運輸及沉樁工作。
　　拋錨定位碼頭1#、2# 泊位碼頭海側水深在15m 以上，施打碼頭時樁船定位于海側，可直接拋錨（頭中纜除外）；碼頭岸側為淤泥質淺灘，沉樁區域離岸較近，不適于拋錨，需埋設地牛帶纜上岸。
　　根據現場實際情況，在岸上間隔約每100m 設置一個地牛，并用一條50m 的鋼絲繩引出來，沉樁需要時直接帶纜到鋼絲繩上，與地牛相連。4# 引橋樁基所處位置泥面較高，須趕潮水作業，利用高潮水進行沉樁施工，低潮時將樁船退至水深足夠的地方，防止擱淺。
　　沉樁控制平面控制 水上沉樁的平面測量主要采用在打樁船上安裝的G P S 打樁定位系統，由G P S 進行定位。打樁定位的結果要測定樁身的位置、方位和傾斜度，由于不能將G P S 天線直接安裝在樁身上，因此為實現對樁身的定位和定向，在樁船上安裝了三臺G P S（R T K）接收機（流動站）和一臺傾斜儀以確定船體的位置和姿態，進而可以確定船體上樁的位置，從而實現對樁的定位和定向。
　　高程控制 高程通過岸上架設水準儀或全站儀進行測量控 制。通過觀測樁身的劃樁刻度，以橫絲作為樁頂標高的觀測基準，通過觀測樁身刻在橫絲上的讀數來推求樁頂標高。必要時可通過觀測水面線處的樁身刻度直接計算樁頂標高。
　　錘擊數及貫入度的測定 錘擊數采用人工記錄，記數人員用計數器記錄錘擊數，通過測量樁的貫入深度來計算貫入度。在貫入度大的時候，貫入深度一般1m 記錄一次，貫入度小的時候可按20cm、10cm 記錄一次。
　　沉樁貫入度的控制沉樁使用D -160 柴油錘施工，鋼管樁沉樁以貫入度控制為主，標高控制為校核。
　　因該工程屬于新建港址，地質情況復雜，要求樁基進入強風化層一定的深度，且除鋼護樁之外，所有的樁都必須做灌注樁（嵌巖樁）。結合現場的地質情況、樁基類型及樁錘性能等情況，且考慮防止鋼套管卷邊，沉樁收錘標準如：D160 錘二檔控制標準，最后一陣10 擊平均貫入度＜ 10mm / 擊，可停錘；D160錘一檔控制標準，最后一陣10 擊平均貫入度＜ 8mm/ 擊，可停錘；
　　當貫入度尚未達到設計要求，但樁端標高比設計標高高30c m以內即可停錘；當沉樁過程中貫入度出現異常突變時，應立即停止錘擊，分析原因并將情況匯報給相關單位研究解?strong觥?
　　問題
　　及處理方法吊環改吊孔原設計方案在距樁頂0.207L 處焊2 個吊環、距樁尖0.207L處焊1 個吊環作為吊樁之用，如果采用焊接吊環為吊點，不僅焊接工作量大，也不利于運輸，更麻煩的還是在施打樁過程中，必須將吊耳割除，影響了施工進度。為此，將吊環改為樁頂處開4 個十字對稱分布直徑80mm 的圓孔，孔的邊距樁頂100mm ；
　　吊樁時采用35t 卸扣卡住圓孔，樁尖位置采用特制的吊鉤卡住樁尖底部，樁立起來后，底部的吊鉤自動脫落，節省了解扣的時間，加快了施工進度。
　　垂直度控制該工程大部分樁都需要做灌注樁（嵌巖樁），為避免后期沖孔因樁身傾斜而導致卡錘現象，做好沉樁垂直度控制顯得非常必要。打樁船軸線方向的垂直度可以通過調整樁架來實現，而打樁船左右方向的垂直度則需要通過調整壓艙水的方法來實現。最直接有效的方法是將兩個對稱安裝的主吊鉤盡量松落至水面，調駁船壓載水，使兩個主吊鉤相對于龍口的中軸線較為對稱分布，從而確保所施打鋼管樁的垂直度，以滿足施工工藝的要求。
　　目前，港口工程樁基不斷朝著樁徑更大、樁長更長的方向發展，對設備及施工工藝的要求也越來越高，因此，通過對該項目樁基工程的總結，可為以后類似工程積累經驗。