強涌浪海域堅硬黏土層鋼管樁沉樁施工技術(shù)

于洋，梁勝光，段蛟，孫曉偉（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北　武漢　430012）

強涌浪海域堅硬黏土層鋼管樁沉樁施工技術(shù)

于洋，梁勝光，段蛟，孫曉偉
（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢430012）

摘要：以色列阿什杜德港28號碼頭采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，主體工程開工前需對4根鋼管樁進行沉樁試驗?，F(xiàn)場存在浮式施工平臺難以滿足施工精度要求、堅硬黏土層沉樁難度大、輔助樁受波浪力作用擺動大、鋼管樁整根起吊困難等技術(shù)難題。通過采用頂升平臺作為施工平臺、翻樁器翻樁、移動導(dǎo)向架定位工程樁，履帶吊配合液壓沖擊錘沉樁的新工藝，有效解決了現(xiàn)場技術(shù)難題，順利完成了28號碼頭試樁工作。

關(guān)鍵詞：強涌浪；堅硬黏土層；鋼管樁；平臺；翻樁器

隨著我國經(jīng)濟實力增長和港口專業(yè)技術(shù)發(fā)展，碼頭施工行業(yè)逐步走向海外，針對海外施工環(huán)境的碼頭施工技術(shù)研究顯得尤為關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)碼頭施工多采用打樁船施工工藝[1-3]。中交二航局承建的以色列阿什杜德港28號碼頭項目風(fēng)浪條件惡劣，季風(fēng)期有效波高1 m左右，最大可達6 m以上；地質(zhì)條件差，管樁施工范圍內(nèi)存在3層堅硬黏土層；鋼管樁長48～54 m，最大重量達40 t左右，采用常規(guī)施工工藝難以滿足要求。所以，必須尋找一種科學(xué)有效且與環(huán)境相適應(yīng)的施工方法，以完成28號碼頭沉樁試驗。

1　工程概況

1.1工程簡介

以色列阿什杜德港28號碼頭位于地中海海域，采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，泊位長434 m?；A(chǔ)采用鋼管樁，共624根。樁基施工前需對4根鋼管樁進行沉樁測試。鋼管樁參數(shù)見表1，碼頭樁基平面布置見圖1。

表1 鋼管樁參數(shù)表Table 1　Parameter list of steel pipe pile

圖1　碼頭樁基平面布置圖Fig.1　Layout of wharf pile foundation

1.2水文條件

水深17 m，平均海平面0.08 m，大潮高潮位0.38 m，大潮低潮位-0.22 m，平潮高潮位0.18 m，平潮低潮位-0.12 m。

1.3波浪條件

施工期10 a一遇波浪要素：Hmo=5.75 m，Tp=12.2 s，337.5毅。波浪各級有效波高出現(xiàn)頻率見表2。

表2　各級有效波高出現(xiàn)頻率Table 2　Frequency of significant wave height

1.4地質(zhì)條件

28號碼頭各地層參數(shù)見表3。

表3 碼頭前沿地質(zhì)參數(shù)Table 3　Geological parameter of wharf apron

2　工程難點

1）浮式平臺的施工工藝難以滿足施工精度的要求。

2）輔助樁受波浪力作用，擺動幅度大。

3）鋼管樁整根起吊、喂樁難度大。

4）鋼管樁需穿越3層堅硬黏土層，沉樁存在一定難度。

3　施工工藝選擇

根據(jù)本工程特點及難點，在此施工環(huán)境下要想順利完成沉樁試驗，必須尋求一種施工方法，既能盡量減小受波浪條件制約，又能滿足施工精度要求，還能使鋼管樁安全起吊及順利沉入。通過分析調(diào)研，采用了頂升平臺作為施工平臺，翻樁器翻樁、移動導(dǎo)向架定位鋼管樁，履帶吊配合液壓沖擊錘沉樁的新型工藝（圖2）。

圖2 沉樁試驗施工Fig.2　Construction of pile driving test

頂升平臺根據(jù)平臺上設(shè)備的重量選用400 t型，頂起后，由4條入土鋼支腿承受平臺上的施工荷載。

翻樁器固定在運樁駁船尾，豎樁原理為：鋼管樁通過自重及卡板與翻轉(zhuǎn)架固定，吊車單點起吊，鋼管樁和翻樁架一起繞鉸接點轉(zhuǎn)動并豎起。

吊車根據(jù)現(xiàn)場所需吊重、吊幅、吊高等選用260 t履帶吊，主臂長59 m。

液壓沖擊錘根據(jù)打樁分析計算選用HHK14s液壓沖擊錘。

由于首次采用該方案，無經(jīng)驗可循，在如此惡劣的施工環(huán)境下，急需解決輔助樁如何穩(wěn)定、導(dǎo)向架如何精確定位、鋼管樁如何安全吊至導(dǎo)向架以及如何使施工工效最大化等難題。

4　施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1頂升平臺定位、頂升

平臺采用起錨艇拖帶，到達指定位置后首先進行粗定位，然后拋錨，通過錨纜調(diào)節(jié)進行精確定位。

頂升平臺采用液壓頂升，頂升過程中需注意對角對稱頂升，單次頂升行程差不超過30 cm。

4.2輔助樁施工

輔助樁采用準800 mm伊10 mm鋼管，長32 m。頂標高+3 m。

1）起吊：輔助樁采用單點吊，為了方便振動錘夾樁，吊起后采用鋼絲繩臨時固定在平臺邊緣。

2）夾樁：振動錘吊起后，采用人工通過晃繩將液壓夾鉗對入鋼管樁。

3）沉樁：輔助樁采用ICE1412型振動錘沉樁。首先靠自重下沉直至穩(wěn)定，滿足要求后開啟振動錘振動下沉。沉樁過程中需嚴格控制其垂直度滿足施工要求。

4）穩(wěn)樁：輔助樁沉設(shè)到位后，受波浪力作用，擺動較大。為了使其穩(wěn)定，首先將靠近平臺兩根輔助樁通過焊接平聯(lián)與平臺固接，然后通過導(dǎo)向架與輔助樁的連接，使4根輔助樁整體穩(wěn)定。

4.3導(dǎo)向架定位施工

首先將導(dǎo)向架吊至樁頂，然后利用導(dǎo)向架作為站人平臺進行測量放樣，根據(jù)測量結(jié)果焊接限位板，最后再次起吊導(dǎo)向架，安裝至準確位置并與輔助樁固定。為了提高拆裝工效，導(dǎo)向架與輔助樁采用對拉精扎螺紋鋼固定。

4.4鋼管樁起吊、喂樁施工

1）起吊：鋼管樁重量重，長度長，單點起吊難以實現(xiàn)，同時受工藝限制，現(xiàn)場只有1臺吊車，難以采用抬吊方案。為了保證安全，采用翻樁器配合履帶吊起吊。

2）喂樁：為了既保證喂樁安全，又不增大吊車型號，選用借助水深喂樁的方案。先將鋼管樁入水16 m，然后打開導(dǎo)向架側(cè)門，從導(dǎo)向架側(cè)面將鋼管樁吊至籠口，最后關(guān)緊側(cè)門。

4.5鋼管樁沉樁施工

鋼管樁精調(diào)到位后，通過晃繩調(diào)節(jié)將液壓沖擊錘對入鋼管樁。首先靠自重下沉直至穩(wěn)定，滿足要求后開啟沖擊錘。為了防止溜樁，先采用小沖程沉樁，逐步增大沖程，在堅硬黏土層標高以上1 m時，將沖程加到最大，待沉樁至設(shè)計標高1 m時，需適當減小沖擊錘沖程，防止超沉。

5　結(jié)語

以色列阿什杜德項目采用頂升平臺作為施工平臺，翻樁器翻樁、移動導(dǎo)向架定位鋼管樁，履帶吊配合液壓沖擊錘沉樁的施工工藝，順利完成了28號碼頭沉樁試驗?，F(xiàn)場遇到的技術(shù)難題均得到成功解決，為28號碼頭樁基施工提供了有力技術(shù)支撐。

1）采用頂升平臺作為施工平臺，有效解決了浮式平臺在波浪力作用下打樁精度難以滿足設(shè)計要求的難題，同時其具有靈活性強的優(yōu)點。

2）采用翻樁器豎樁，有效解決了超長超重鋼管樁整根起吊問題。但根據(jù)沉樁試驗結(jié)果，該類型翻樁器在2 000 t方駁上使用的條件是最大波高不大于0.6 m，仍具有局限性，在主體工程施工時需對其優(yōu)化。

3）采用借助水深并從側(cè)面喂樁的施工技術(shù)，既保證了施工安全，又降低了履帶吊型號。

4）通過將輔助樁與頂升平臺臨時固定，有效解決了輔助樁受波浪力作用擺動大的技術(shù)難題。但其施工效率偏低，在主體工程施工時需要對其優(yōu)化。

5）根據(jù)試驗結(jié)果，選用的HHK14s液壓沖擊錘完全滿足施工要求，驗證了打樁分析計算結(jié)果的準確性。

在類似施工環(huán)境下，采用此種施工工藝進行高樁碼頭鋼管樁施工，有明顯的優(yōu)越性，既能有效解決打樁船受波浪影響的局限性問題，又能保證超長超重鋼管樁整根起吊的安全性和經(jīng)濟性，為拓展海外市場奠定了一定的施工技術(shù)基礎(chǔ)，但其施工工效仍需進一步論證，施工工藝仍需進一步優(yōu)化。

參考文獻：

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E-mail：153152447@qq.com

中圖分類號：U655.54；U656.113

文獻標志碼：B

文章編號：2095-7874（2016）01-0056-03

doi：10.7640/zggwjs201601013

收稿日期：2015-07-31

作者簡介：于洋（1985— ），男，湖北武漢人，工程師，土木工程專業(yè)，從事路橋施工管理及港口碼頭技術(shù)管理工作。

Construction technology of driving steel pipe piles in stiff clay layer with strong sea swell

YU Yang,LIANG Sheng-guang,DUAN Jiao,SUN Xiao-wei
（CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430012,China）

Abstract：Quay 28 of Ashdod Port in Israel is a high piled slab structure.Before the main project starts,there are four pipe piles needing pile dynamic testing.There are many challenges during construction,such as the floating construction platform at site is very difficult to meet the required tolerance,it is very hard to driving piles through the stiff clay layer,the guide piles swing too much under the wave action and having difficulty handling a whole pipe pile.All these problems have been solved by using a jack up platform as the construction platform,lifting the whole pipe pile by a turn over device,adopting a moving guide frame to position the production pipe piles and using the new construction technology of driving piles with a crawler and a hydraulic impact hammer.Finally,the pile dynamic testing is finished successfully.

Key words：strong sea swell;stiff clay layer;steel pipe pile;platform;turn over device