盤錦30萬噸原油碼頭超硬地層沉樁施工技術(shù)

李漢濤 LI Han-tao；周斌 ZHOU Bin

（中國葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司，昆明 650206）

（China Gezhouba Group No.6 Engineering Co.，Ltd.，Kunming 650206，China）

1 概述

本工程為新建30萬噸級原油碼頭，由1座碼頭和1座引橋組成，均采用樁基墩式結(jié)構(gòu)，用大跨度鋼桁架引橋連接。工程所在海域地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計要求樁尖達(dá)到層頂高程-49m處極密實(shí)粉細(xì)砂層，但在層頂高程-12.15～-36.09m處夾有極密實(shí)粉細(xì)砂，土質(zhì)不均，分布不連續(xù)，平均厚9.67m，標(biāo)準(zhǔn)貫入度在60＜N＜70擊之間，該層厚度較大時將給沉樁施工帶來極大困難及誤判導(dǎo)致樁端未有效穿透底部粘性土等現(xiàn)象。

2 主要船機(jī)設(shè)備性能

采用“葛飛騰2”打樁船，該打樁船配備D-180柴油錘錘擊Φ1.5m鋼管樁，成功穿透10m左右的極密實(shí)海底粉細(xì)砂層，這在國內(nèi)同類型打樁船中尚屬首次完成，打樁船和打樁錘性能見表1和表2。

表1 “葛飛騰 2”打樁船技術(shù)性能表

表2 D-180柴油錘性能表

3 施工方法

3.1 施工工藝流程 海上沉樁流程：施工準(zhǔn)備（安裝調(diào)試GPS定位系統(tǒng)）→運(yùn)樁→沉樁船舶駐位→打樁船移至運(yùn)樁駁起樁→移船立樁→管樁進(jìn)龍口→移船就位→調(diào)平船、調(diào)整龍口垂直度或斜度→調(diào)整樁位平面扭角和GPS精確定位、收緊纜繩→樁自沉→依據(jù)GPS調(diào)整船位和龍口→壓上柴油錘和替打→依據(jù)GPS再次調(diào)整船位和龍口→啟動小沖程錘擊管樁→正常錘擊管樁→根據(jù)GPS軟件反映貫入度變化及時調(diào)整錘擊頻率→滿足沉樁控制條件后停錘→估測樁偏位→起吊錘和替打→移船取樁。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備 首先在岸上已知的坐標(biāo)控制點(diǎn)上設(shè)置GPS參考基站，通過進(jìn)行參考站安裝的GPS信號發(fā)射裝置與打樁船上的GPS信號接受系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，把具體樁位坐標(biāo)、仰/俯角、斜率等參數(shù)輸入GPS打樁軟件，具備打樁施工船舶定位條件。另外要掌握海水的流速和風(fēng)力等情況，確定每根的沉樁作業(yè)時間，確保沉樁質(zhì)量和安全；熟悉詳細(xì)的地質(zhì)資料，以便施工過程中預(yù)測沉樁阻力及時調(diào)整錘擊頻率。

3.2.2 移船拋錨定位 打樁船由起重量為15t的拋錨艇負(fù)責(zé)拋錨，使用4個10t、3個8t海軍錨進(jìn)行海上移船定位工作，每個錨上配用Φ38mm起錨鋼絲繩及浮漂，定位船、運(yùn)樁駁船停泊在打樁船附近，保持150m左右間距。在錨纜設(shè)置上，船體左右拋設(shè)交叉十字錨和單前進(jìn)纜以及尾八字錨，錨繩大約布置350m左右，以保持船身平穩(wěn)。

3.2.3 起樁與立樁 ①起樁。緊松錨纜，將打樁船移至運(yùn)樁駁船一側(cè)，令兩船的中心線保持互相垂直狀態(tài)，龍門架前傾，下放主副吊鉤。鋼管樁上設(shè)有3個吊點(diǎn)，2個120t主吊鉤吊掛靠近樁頂?shù)?個前吊點(diǎn)，1個80t副吊鉤吊掛樁尖部位后吊點(diǎn)。待起吊鋼絲繩卡環(huán)鎖好鋼管樁后，主副吊鉤同步上升，使鋼管樁脫離運(yùn)樁駁船，通過移船絞車松緊錨纜移動打樁船至樁位附近，準(zhǔn)備立樁。②立樁。打樁船左邊120t主鉤與右邊80t副鉤采用2點(diǎn)起吊將鋼管樁由水平狀態(tài)調(diào)整到豎直狀態(tài)，同時右邊120t主鉤逐漸帶勁，鋼管樁將繞軸心扭轉(zhuǎn)180，觀察操作臺稱重計量器，使左右兩鉤受力平衡，即由2個主鉤共同承擔(dān)樁身自重，此時可將樁身下部副鉤吊點(diǎn)的抽銷卡環(huán)解脫。最后操作樁架變幅油缸使龍口架后傾，讓鋼管樁與龍口架滑道基本保持平行，樁身靠上龍口架卡背板。啟動抱樁器，通過液壓支臂抱樁并鎖定，操作樁錘絞車使替打沿龍口架軌道滑移，套住樁頂完成立樁。

3.2.4 GPS定位與落樁 ①GPS定位。海上測量定位采用“海工工程遠(yuǎn)距離GPS打樁定位系統(tǒng)”，該系統(tǒng)主要由三臺固定在船體上的GPS流動站和岸基GPS參考站以實(shí)時動態(tài)模式控制船體的位置、方向和姿態(tài)。GPS流動站的坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)信號反饋線路傳入計算機(jī)測控軟件，軟件根據(jù)船上3臺GPS流動站與2臺激光測距儀的相對位置，推算出2臺測距儀的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)合輸入軟件的樁基要素，從而推算出樁基中心坐標(biāo)，并在測控軟件上顯示設(shè)計樁位坐標(biāo)的位置。后續(xù)只需將船體動態(tài)樁基位置移至設(shè)計樁基位置，即可完成精確定位工作，定位精度達(dá)到2cm以內(nèi)。②落樁。通過移船絞車松緊錨纜，按照GPS軟件的指示使鋼管樁到達(dá)設(shè)計的樁位，并將鋼管樁調(diào)整至設(shè)計斜率；慢慢下放主吊鉤，待樁尖入土2～3m后，暫停下樁，觀察GPS軟件顯示界面，對樁體進(jìn)行進(jìn)一步的校正，然后繼續(xù)下樁，直至在樁體自重作用下不再下沉為止。在此基礎(chǔ)上落下樁錘，此時管樁將繼續(xù)下沉直至穩(wěn)定，微調(diào)船體左右平衡，要求樁錘、替打和樁身保持同一軸線上，檢查無誤后，解開2個主鉤吊索卡環(huán)，完成落樁工作，具備開錘條件。

3.2.5 動態(tài)控制錘擊過程 D-180柴油錘有四個檔位，可通過外置手柄拉索控制供油量來調(diào)整柴油錘爆發(fā)能量應(yīng)對不同地層情況。一般開錘前，通過關(guān)閉柴油錘供油裝置的方式，用“空錘”錘擊鋼管樁3～4次，進(jìn)一步下沉鋼管樁，避免海底淤泥層過厚造成“串樁”現(xiàn)象。待樁身穩(wěn)定后打開抱樁器和背板，啟動樁錘，開始正常施打，開始錘擊時油門需控制的小一些，以后逐步加大，直至打至要求的設(shè)計標(biāo)高或控制貫入度。

在盤錦榮興港30萬噸原油碼頭項(xiàng)目的沉樁施工中，起始地層標(biāo)準(zhǔn)貫入度N≤30擊，屬于中密砂土層，D-180柴油錘通常使用2擋沉樁。當(dāng)樁尖進(jìn)入密實(shí)砂土層時，標(biāo)準(zhǔn)貫入度也隨之增大，D-180柴油錘切換為3擋沉樁。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)貫入度N≥60時，沉樁貫入度急劇變小，為突破該地層需切換為4擋沉樁直至樁尖位置達(dá)到設(shè)計要求。通過實(shí)踐，“葛飛騰2”打樁船配備的D-180柴油錘在錘擊過程中按照地層變化實(shí)時動態(tài)控制柴油錘錘擊狀態(tài)，可以有效地穿透標(biāo)準(zhǔn)貫入度60＜N＜70的海底粉細(xì)砂地層，在滿足設(shè)計要求的同時，錘擊數(shù)減少30%，可以有效地延長柴油錘的使用壽命。

3.2.6 停錘 按照本工程鋼管樁沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)高控制為主，貫入度為輔。樁尖達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，最后10擊平均貫入度不應(yīng)大于5～7mm/擊。

4 結(jié)束語

配備D-180柴油錘和GPS衛(wèi)星打樁定位系統(tǒng)的“葛飛騰2號”93.5m打樁船，工作精度高，柴油錘爆發(fā)能量大，在盤錦榮興港鋼管樁沉樁施工中，成功穿透極密實(shí)粉細(xì)砂層，可在類似大型海上橋梁工程和港口工程的樁基施工中應(yīng)用和推廣應(yīng)用。

[1]JTJ 254-98，中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程樁基規(guī)范[S].交通部第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院編制.

[2]許清俠，胡中雄.沉樁的擠土效應(yīng)[J].地下工程與隧道，1998（03）.

[3]陳海豐，朱寧.沉樁效應(yīng)的差異分析[J].電力勘測設(shè)計，2005（01）.