中長(zhǎng)周期波作用下樁頂移動(dòng)平臺(tái)打樁技術(shù)

鞠鵬，王翔，馮甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山東　青島　266071）

中長(zhǎng)周期波作用下樁頂移動(dòng)平臺(tái)打樁技術(shù)

鞠鵬，王翔，馮甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島266071）

在中長(zhǎng)周期波海域的海上作業(yè)是國(guó)際上公認(rèn)的難題，目前對(duì)中長(zhǎng)周期波工況下的施工，尚無(wú)成熟的方法和工藝。在智利圣文森特港國(guó)際碼頭承建的樁基施工項(xiàng)目即屬于中長(zhǎng)周期波海域的施工作業(yè)，為解決質(zhì)量和工期的雙重困難，研發(fā)了一整套海上移動(dòng)平臺(tái)打樁設(shè)備及配套工藝，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工檢驗(yàn)，該設(shè)備及工藝在保證施工質(zhì)量及施工效率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

中長(zhǎng)周期波；樁頂移動(dòng)平臺(tái)；打樁

0　引言

中長(zhǎng)周期波不同于一般風(fēng)浪及短周期涌浪，它的典型特點(diǎn)為波高較小，但波長(zhǎng)及波速均較大，具有極強(qiáng)的穿透性和能量[1]，對(duì)系泊船舶的穩(wěn)性具有很大的影響，可導(dǎo)致施工船舶的劇烈晃動(dòng)，因此國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的打樁船作業(yè)方式對(duì)中長(zhǎng)周期波海域并不適用。通過(guò)對(duì)毛里塔尼亞友誼港、印度尼西亞Adipala斜坡式防波堤等工程施工的結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，目前針對(duì)中長(zhǎng)周期波工況條件下施工都沒(méi)有成熟的方法和裝備預(yù)控，很多工程都受到一定程度的損失才勉強(qiáng)完成，施工方式大大影響了施工的質(zhì)量及進(jìn)度。在智利圣文森特港承建的碼頭修復(fù)與擴(kuò)建工程即屬于在中長(zhǎng)周期波海域的施工，由于受中長(zhǎng)周期波的影響，打樁船的施工作業(yè)方式已不能滿足設(shè)計(jì)文件要求的精度，同時(shí)受作業(yè)窗口的影響，工期已嚴(yán)重滯后，為此研發(fā)了一整套適應(yīng)于中長(zhǎng)周期波作用下的沉樁工藝及裝備。

1　工程概況

智利圣文森特國(guó)際碼頭位于智利Bío-Bío區(qū)Talcahuano城西側(cè)，距離Concepcion城西北側(cè)13 km，最大吃水10.97 m，潮差1.6 m。圣文森特國(guó)際碼頭擴(kuò)建和修復(fù)項(xiàng)目由我公司承建，碼頭長(zhǎng)264 m，寬38 m，橫向44個(gè)排架，縱向6排鋼管樁，直樁198根，斜樁132根，樁徑為1 m、1.2 m。典型斷面由4根直樁、4根斜樁組成（見(jiàn)圖1、圖2），其中直樁位于斷面的中間及兩端，斜樁的傾斜度為1∶5，分為2個(gè)方向。地區(qū)波浪周期為16～26 s，碼頭前沿波高0.8 m，屬于涌浪、中長(zhǎng)周期波[2]。

圖1　碼頭斷面示意圖Fig.1　Schematic cross-sectional view of wharf

圖2　樁基平面布置圖Fig.2　Plan layout of piled foundation

2　平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1工作原理

利用中間兩排直樁，作為支撐，搭設(shè)可供履帶吊行走作業(yè)、可循環(huán)使用、便于拆裝的工作平臺(tái)（圖3、圖4）；平臺(tái)兩側(cè)為定位梁，作為外端部直樁與斜樁定位架；中間兩排直樁和外端部直樁均采用吊打工藝，斜樁采用在定位梁上固定導(dǎo)向架履帶吊吊打工藝。

圖3　打樁平臺(tái)示意圖Fig.3　Schematic diagram of pile driving platform

圖4　打樁平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.4　Site photo of pile driving platform

2.2平臺(tái)組成

整個(gè)打樁平臺(tái)是由總梁、行車道及斜樁定位架組成，總梁的主要作用通過(guò)其上設(shè)置的定位銷插入已打設(shè)好的直樁形成支撐結(jié)構(gòu)支撐行車道供履帶吊行走，并在兩頭端部設(shè)有直樁定位梁用來(lái)打設(shè)兩端的直樁[3]。

同時(shí)為了打設(shè)斜樁，設(shè)計(jì)了設(shè)有雙層液壓抱樁器的斜樁定位架，斜樁定位架后端設(shè)置可適應(yīng)不同樁位的升降端方便作業(yè)。

2.3履帶吊選擇

本工程所有鋼管樁中，最大重量為34.1 t，整個(gè)打樁平臺(tái)的最大單件重量為37.8 t，最大要求吊裝半徑為21 m，因此選用徐工集團(tuán)的QUY250履帶吊，可滿足施工要求。

2.4打樁錘選擇

根據(jù)地勘資料（見(jiàn)表1），采用GRLWEAP軟件對(duì)沉樁進(jìn)行可打性分析[4]，模擬結(jié)果顯示：采用無(wú)錫信仁廠商D125的柴油沖擊錘最終沉樁錘擊數(shù)為743錘，沉樁時(shí)間為18 min，最終1 m的平均貫入度為7.3 mm，可以順利實(shí)現(xiàn)沉樁，可打性分析結(jié)果見(jiàn)圖5。

表1　典型斷面持力層端承力和穿越層摩阻力參數(shù)Table 1　End bearing resistance in bearing stratum and parameters of friction resistance in penetrating stratum

圖5　可打性分析結(jié)果Fig.5　Results of pile drivability analysis

3　打樁工藝及方法

施工工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6　施工工藝流程圖Fig.6　Flow chart of pile-drivring process

3.1打樁順序

由于打樁平臺(tái)的工作原理是通過(guò)履帶吊不斷倒運(yùn)平臺(tái)向前推進(jìn)，因此當(dāng)一次倒運(yùn)平臺(tái)完成后在進(jìn)入正式的打樁施工階段前應(yīng)細(xì)致安排打樁的順序，打樁順序的確定原則主要有兩個(gè)方面：

1）履帶吊最小吊距限制，因履帶吊有最小吊距的限制，因此造成了在打設(shè)某些位置的斜樁時(shí)，履帶吊的站位唯一，因此這些位置應(yīng)著重關(guān)注，防止出現(xiàn)漏打的情況；

2）打樁平臺(tái)工作特點(diǎn)，為保證平臺(tái)的順利推進(jìn)以及應(yīng)對(duì)出現(xiàn)復(fù)打等情況，當(dāng)平臺(tái)就位后，應(yīng)先借助總梁端部的直樁定位梁打設(shè)兩端部的直樁，再根據(jù)履帶吊站位限制安裝斜樁定位架打設(shè)相應(yīng)的斜樁。

3.2導(dǎo)向架的固定

作業(yè)時(shí)根據(jù)斜樁樁位將斜樁定位架放置在適當(dāng)位置，通過(guò)專用的鎖定裝置與定位梁固定，以確保定位架與總梁的相對(duì)位置不發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，從而保證定位精度。鎖定裝置由精軋螺紋鋼、固定螺母、橫梁組成，該裝置適用于惡劣工況，且拆裝快速。

3.3總梁的倒運(yùn)

打樁平臺(tái)的倒運(yùn)過(guò)程即為總梁和行車道拆卸和安裝過(guò)程，由于樁基平面布置的左右非對(duì)稱，因此總梁也為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此倒運(yùn)安裝總梁時(shí)需要將總梁旋轉(zhuǎn)180°后方能對(duì)齊樁位，由于總梁為長(zhǎng)34.9 m、重37.8 t的桁架式結(jié)構(gòu)，受履帶吊吊裝半徑的影響，吊裝時(shí)接近滿負(fù)荷吊裝，因此吊裝過(guò)程必須嚴(yán)格控制吊距，不得超距吊裝，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，讓較短一側(cè)從履帶吊前轉(zhuǎn)過(guò)，此時(shí)總梁端頭距離履帶吊的最小距離為0.5 m。圖7即為一次總梁從后方倒運(yùn)到前方的全過(guò)程。

圖7　吊裝旋轉(zhuǎn)平面示意圖Fig.7　Schematic plan diagram of rotation for installation

4　施工質(zhì)量分析

平臺(tái)搭建完成后，利用打樁平臺(tái)進(jìn)行了沉樁作業(yè)，并隨后進(jìn)行了樁基檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明最終沉樁質(zhì)量均滿足平面樁位偏差≤10 cm，傾斜度偏差≤1%的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)大大提高了打樁效率，由原來(lái)的月完成沉樁15根變?yōu)閱稳粘猎O(shè)直樁3根或斜樁2根，滿足了工期要求。

5　創(chuàng)新點(diǎn)

1）整個(gè)打樁平臺(tái)為公司自主設(shè)計(jì)、制造，平臺(tái)的組件少，可以實(shí)現(xiàn)海上作業(yè)迅速拆裝，提高了工效，且無(wú)需打設(shè)輔助樁。

2）實(shí)現(xiàn)了打樁平臺(tái)不需要夾樁，借助4組總梁將整個(gè)平臺(tái)連成整體，依靠平臺(tái)自身即可滿足施工作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性要求，平臺(tái)安裝完成后即可進(jìn)行施工作業(yè)，平臺(tái)1次倒運(yùn)最多可連續(xù)打設(shè)12根鋼管樁。

3）平臺(tái)適應(yīng)性強(qiáng)，稍加改造即可適用于其他工程，具有較強(qiáng)的通用性。

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用樁頂移動(dòng)平臺(tái)打樁系統(tǒng)及其配套打樁工藝，順利實(shí)現(xiàn)了中長(zhǎng)周期波下的海上施工，且施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)要求，也保證了工期。該系統(tǒng)、工藝的成功應(yīng)用為中長(zhǎng)周期波海域下的施工研究提供了新的模式和探索，為海上施工開(kāi)創(chuàng)了高質(zhì)量、高效率的新方法。

[1]楊憲章.長(zhǎng)周期波的特性及對(duì)系泊船舶動(dòng)態(tài)特性的影響[J].港口工程，1989（6）：37-43. YANG Xian-zhang.The characteristics of long period wave and the influence of the dynamic characteristics of mooring ships[J].Port Engineering,1989(6):37-43.

[2]中交一航局第二工程有限公司.智利圣文森特施工組織設(shè)計(jì)[R].2014. No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd.Construction organization design of San Vicente project in Chile[R].2014.

[3]GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. GB 50017—2003,Code for design of steel structure[S].

[4]劉永鋒.用波動(dòng)方程法選擇樁錘和打樁系統(tǒng)[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2002（3）：33-36. LIU Yong-feng.Selection of pile driver hammer and pile driving system with wave equation method[J].China Harbour Engineering, 2002(3):33-36.

Offshore mobile driving system to drive piles under waves of middle and long periods

JU Peng,WANG Xiang,FENG Jia-xin
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）

Offshore construction in middle and long period waves is an internationally recognized problem.At present,there is no mature method and process for the construction under this condition.The pile foundation for San Vincent International Wharf in Chile is a job executed in medium and long period waves.In order to solve the double difficulties of quality and time limit for the project,a whole set of offshore mobile platform with pile driving equipment and related technology is developed, which,through the field tests in the construction site,has obvious advantages to ensure the quality and efficiency of the construction.

middle and long period wave;offshore mobile driving system;pile driving

U656.113；TU753.3

B

2095-7874（2016）09-0042-04

10.7640/zggwjs201609010

2016-05-06

鞠鵬（1983—），男，山東威海市人，碩士，工程師，工程力學(xué)專業(yè)。E-mail：yingrengyitan@163.com