自制海上打樁平臺工藝在某海外項(xiàng)目鋼管樁打設(shè)中的應(yīng)用

徐尚權(quán)，朱立

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

自制海上打樁平臺工藝在某海外項(xiàng)目鋼管樁打設(shè)中的應(yīng)用

徐尚權(quán)，朱立

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

文章介紹了自制海上打樁平臺，以及該平臺工藝在某海外項(xiàng)目海上鋼管樁施工中的應(yīng)用情況。針對當(dāng)?shù)馗邩洞a頭鋼管樁施工工藝不成熟的現(xiàn)實(shí)情況，自行研究設(shè)計(jì)制造了海上鋼管樁打樁平臺，形成海上打樁平臺工藝，具有使用周轉(zhuǎn)速度快、成本低、安全方便的特點(diǎn)。該平臺工藝的實(shí)用性得到了實(shí)踐驗(yàn)證。

海外工程；棧橋；鋼管樁打設(shè)；自制；海上打樁平臺

0 引言

某項(xiàng)目為海外工程項(xiàng)目，位于沙特阿拉伯東部波斯灣邊Safaniya區(qū)域，業(yè)主為沙特阿拉伯國家石油公司（以下簡稱“阿美公司”）。主要施工內(nèi)容為新建1座連接既有碼頭的棧橋及碼頭配套服務(wù)設(shè)施，替換并拆除現(xiàn)有舊棧橋。

需要選取合適的工藝、材料和設(shè)備完成施工任務(wù)，尤其鋼管樁的施工是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 工程概況

1.1 工程簡介

棧橋主體結(jié)構(gòu)為直立式高樁梁板式結(jié)構(gòu)，長408 m，寬11.9 m（含10 m寬通道及1.9 m寬多功能廊道），分為引橋（工字梁）段、加寬靠船段、普通靠船段3部分。引橋段上部結(jié)構(gòu)為跨度27.45 m的后張法預(yù)制工字梁，下部結(jié)構(gòu)為直徑φ1.22 m（48”）鋼管樁，其余區(qū)域上部結(jié)構(gòu)為跨度7 m的先張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力板，下部結(jié)構(gòu)為直徑φ0.91 m（36”）鋼管樁。鋼管樁施工主要包括：φ1.22 m（48”）鋼管樁26根，φ0.91 m（36”）鋼管樁52根，共78根，設(shè)計(jì)樁長15～21 m，全直樁沉樁[1]。局部樁位平面圖如圖1所示。

1.2 項(xiàng)目特點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)

業(yè)主對施工質(zhì)量要求高。阿美公司以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、要求嚴(yán)，管理規(guī)范著稱，有一套完整的自成體系的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收流程，其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)多源自于美標(biāo)，其標(biāo)準(zhǔn)[2]對施工質(zhì)量、現(xiàn)場管理及施工安全的程序控制尤其嚴(yán)格，因此現(xiàn)場施工管理難度較大。

沉樁控制精度要求較高。國內(nèi)規(guī)范要求：鋼管樁偏位偏差為±10 cm，垂直度控制在0.1%以內(nèi)；該項(xiàng)目業(yè)主規(guī)范要求樁位坐標(biāo)偏差要控制在±7.5 cm，同時(shí)，鋼管樁上部預(yù)制蓋梁安裝位置誤差僅為±2 cm，對沉樁質(zhì)量控制精度要求極高[3]。

海上施工作業(yè)要求高。鋼管樁的立樁和沉樁過程在業(yè)主的安全管理要求中屬高危吊裝作業(yè)，本項(xiàng)目海上打樁作業(yè)所選用的打樁平臺工藝無專用船舶和定位裝置，所以對海上施工安全要求極其嚴(yán)格。

2 工藝方案選擇與確定

2.1 問題的提出

鋼管樁沉樁施工工藝要求：鋼管樁進(jìn)行施工時(shí)需要滿足鋼管樁平面位置及垂直度的技術(shù)要求，因此需要采取合理的輔助設(shè)施確保工程樁在施工的過程中滿足樁基施工的技術(shù)規(guī)范要求。

傳統(tǒng)的海上打樁施工，多采用專用船舶或者借助輔助樁搭設(shè)臨時(shí)施工平臺工藝解決工程樁的定位、立樁及施工問題。但由于本項(xiàng)目施工現(xiàn)場水域較淺，低潮時(shí)施工區(qū)域水深不足2 m，無法滿足施工船舶吃水條件，因此采用專用船舶無法滿足打樁作業(yè)要求。

在施工策劃階段，考慮到減少設(shè)備的投入，邀請了當(dāng)?shù)囟嗉覍I(yè)樁基礎(chǔ)施工公司參與分包報(bào)價(jià)，由于受到現(xiàn)場水文條件、設(shè)計(jì)圖紙技術(shù)要求及專業(yè)公司自身經(jīng)驗(yàn)所限，所有專業(yè)公司均無法完成該打樁專業(yè)分包施工。

2.2 工藝方案的確定與優(yōu)化

鑒于上述情況，決定對該分項(xiàng)自行研究工藝方案，進(jìn)行自主施工。結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際情況及設(shè)計(jì)圖紙要求，經(jīng)過反復(fù)討論和研究：決定采用“陸上與水上”相結(jié)合，自制海上打樁平臺的工藝進(jìn)行鋼管樁施工。具體施工工藝方案如下：

1）拋填1條與鋼管樁樁位布置平行的臨時(shí)施工便道，作為鋼管樁施工過程中吊機(jī)及鋼管樁運(yùn)輸及倒運(yùn)的施工通道。

2）經(jīng)過對沉樁施工的質(zhì)量、工期和成本等方面進(jìn)行綜合比選研究，設(shè)計(jì)制作一套專用“海上打樁平臺”，滿足所有樁位水域環(huán)境要求，實(shí)現(xiàn)鋼管樁海上沉樁定位及樁身垂直度的精確控制，同時(shí)可借助平臺完成鋼管樁沉樁之前的立樁、喂樁等準(zhǔn)備工作[4]。根據(jù)研究制作的海上打樁平臺工藝特點(diǎn)，確定打樁工藝流程如圖2[5]。

2.3 自制海上打樁平臺工藝特點(diǎn)

結(jié)合施工技術(shù)特點(diǎn)、現(xiàn)場地質(zhì)及水文條件，自制海上打樁平臺的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足以下要求：

1）自身結(jié)構(gòu)必須具有足夠的穩(wěn)定性，滿足平臺倒運(yùn)及定位安全需要。

2）打樁平臺的構(gòu)造必須滿足移動便捷快速、使用方便的要求，以提高項(xiàng)目的施工效率。

3）打樁平臺的設(shè)計(jì)必須滿足項(xiàng)目施工的自身工藝性需求，保證沉樁過程中鋼管樁施工質(zhì)量的要求。

確定打樁平臺的相關(guān)結(jié)構(gòu)形式及技術(shù)參數(shù)具體如下：

1）平臺外形尺寸確定

由于工程樁間距多為7 m，鋼管樁最大直徑φ1.22 m，為減少平臺倒運(yùn)次數(shù)，提高施工效率，考慮平臺每定位1次可打設(shè)2根鋼管樁，以及最外側(cè)安全通道需要，確定平臺長度9.3 m；寬度主要考慮鋼管樁直徑、安全通道以及與高度相適應(yīng)的穩(wěn)定性需要，確定尺寸為4 m；高度主要考慮施工區(qū)域海水深度為2～4.2 m，為了保證該平臺在該項(xiàng)目施工過程中的通用性，設(shè)計(jì)平臺的高度為4.3 m。詳見圖3。

2）打樁平臺自身重量及結(jié)構(gòu)形式確定

打樁平臺靠自重直接坐落到海床上，可以整體吊裝倒運(yùn)以便節(jié)省輔助樁打設(shè)及臨時(shí)平臺搭設(shè)、拆除的時(shí)間。為了滿足平臺的穩(wěn)定性、可整體吊裝的要求，設(shè)計(jì)打樁平臺總重約10 t，打樁架框架采用53 cm工字鋼拼接，頂面次梁為16 cm工字鋼進(jìn)行支撐，滿足現(xiàn)場施工實(shí)際需要[6]。

3）打樁平臺滿足施工工藝性需求

為了滿足打樁的工藝性要求，自制海上打樁平臺主要由打樁架、定位框、錨樁、安全防護(hù)設(shè)施四部分組成，主體是框架式的鋼結(jié)構(gòu)。

打樁架：打樁平臺打樁架設(shè)計(jì)為兩端懸臂式，平面形狀為“凹”字形，便于樁基施工中鋼管樁的定位和移動，沖擊錘沉樁時(shí)為防止沖擊錘樁帽（樁帽直徑φ1.6 m）觸碰到打樁架，將“凹”字形內(nèi)部尺寸定為2 m×2.1 m。

定位框：定位框相當(dāng)于1個(gè)抱樁器，通過海床與定位框兩點(diǎn)約束控制鋼管樁位置精度和樁身垂直度。為了便于鋼管樁就位，將定位框設(shè)計(jì)為開啟式方形抱箍結(jié)構(gòu)，為了便于對管樁位置進(jìn)度進(jìn)行微調(diào)，在定位框四周設(shè)置3個(gè)徑向調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)裝置可實(shí)現(xiàn)定位框精確定位，進(jìn)而約束鋼管樁精確定位。同時(shí)為避免沉樁過程中樁身移動而導(dǎo)致定位框?qū)︿摴軜斗栏繉釉斐赡p及樁身的碰撞損傷，在定位框內(nèi)側(cè)設(shè)4個(gè)尼龍導(dǎo)向輪，實(shí)現(xiàn)對鋼管樁施工過程中鋼管樁表面涂層保護(hù)。

錨樁：為滿足沉樁施工過程中的穩(wěn)定性要求，防止由于打擊振動而影響成樁精度，在打樁平臺側(cè)面增加兩根輔助樁，將平臺錨固在海床上，保證施工過程中打樁平臺的穩(wěn)固性滿足質(zhì)量控制精度要求。

安全防護(hù)：考慮作業(yè)人員安全，平臺頂面采用φ0.05 m鋼管焊接1.2 m高圍欄，四周焊有踢腳板；平臺一側(cè)設(shè)計(jì)爬梯，便于作業(yè)人員乘小船上下平臺。平臺設(shè)置4個(gè)吊點(diǎn)，頂面位置對稱布置，實(shí)現(xiàn)起重設(shè)備一次起吊。

綜合以上設(shè)計(jì)思路，制作成形的打樁平臺如圖4所示。

3 打樁平臺功能拓展

3.1 設(shè)計(jì)原理

為保證鋼管樁豎立后切換振動錘夾樁就位的穩(wěn)定，在原有打樁平臺設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上再進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，利用打樁平臺本身穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)鋼管樁立樁和振動錘夾樁就位工作之間的切換。

3.2 打樁平臺技術(shù)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路

打樁平臺中心位置面板處增設(shè)立樁孔（如圖3所示），將鋼管樁安放到打樁平臺的立樁孔，實(shí)現(xiàn)鋼管樁立樁及振動錘到樁頂夾樁。具體的設(shè)計(jì)思路如下：

1）立樁架越高，立樁傾覆力矩越小，立樁就越穩(wěn)定。同時(shí)還要確保立樁孔處具有足夠的剛性，因此在臨時(shí)立樁口處采用53 cm的工字鋼，既能實(shí)現(xiàn)將打樁平臺加高效果，又保證立樁孔具有足夠的剛性。

2）操作便捷性要求。由于打樁平臺操作空間較小，因此鋼管樁在吊裝安放時(shí)要準(zhǔn)確、便捷。因此在立樁孔處焊接“V”形導(dǎo)向塊，增大立樁口與鋼管樁的接觸面積，實(shí)現(xiàn)快速、方便、安全的立樁功能。

現(xiàn)場打樁如圖5所示。

4 應(yīng)用情況及實(shí)施效果

施工過程中自制海上打樁平臺得到充分利用，解決了大型船機(jī)設(shè)備無法進(jìn)入施工海域的情況下海上鋼管樁沉樁施工的難題，取得了很好的應(yīng)用效果。

1）實(shí)現(xiàn)了鋼管樁精確定位，鋼管樁施工完成后位置精度控制在2 cm以內(nèi)，滿足了業(yè)主規(guī)范及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，為后期預(yù)制蓋梁構(gòu)件精確安裝提供了保障，確保了施工順利進(jìn)展。

2）平臺設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，便于整體倒運(yùn)轉(zhuǎn)移，有效減少每個(gè)打樁循環(huán)作業(yè)的吊裝作業(yè)次數(shù)，提高了施工效率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

3）通過自主設(shè)計(jì)制作打樁平臺，不斷在施工過程中加以優(yōu)化改進(jìn)和功能擴(kuò)展，避免了工程分包，提高了企業(yè)的自主施工水平。

4）充分利用平臺在后續(xù)割樁和接樁工序發(fā)揮支撐平臺的作用，做到“一物多用”。

5 結(jié)語

該項(xiàng)目自行研究制作的海上打樁平臺，具有立樁、穩(wěn)樁、定位和沉樁于一體的打樁全過程功能，實(shí)現(xiàn)了鋼管樁精確定位，保證了沉樁質(zhì)量。具有工藝簡單，操作方便，安全可靠的特點(diǎn)。因此，該套海上打樁平臺工藝的成功實(shí)施，為后續(xù)類似工程推廣提供了參考案例。

[1]中交一航局第二工程有限公司.沙特阿美薩法尼亞鋼棧橋項(xiàng)目施工組織設(shè)計(jì)[R].2014. No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd.Construction design of Saudi Arabia-America-Saffiniya Steel Trestle Project[R].2014.

[2] SAES-Q-006,Installation of piles and conductors for offshore structures[S].Kingdom of Saudi Arabia,2010.

[3]Process Industry Practices[S]//STS02360,Driven piles specification.Austin:The University of Texas at Austin,2008.

[4]中交第一航務(wù)工程局有限公司.港口工程施工手冊[M].2版.北京：人民交通出版社股份有限公司，2015：1 075-1 078. CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Port engineering construction manual[M].2nd ed.Beijing:China Communications Press Co.,Ltd.,2015：1 075-1 078.

[5] Saudi Aramco Best Practice[S]//SABP-Q-009,Pile foundation specifications and bearing capacities.Kingdom of Saudi Arabia, 2010.

[6] 江正榮，朱國梁.簡明施工計(jì)算手冊[M].3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005. JIANG Zheng-rong,ZHU Guo-liang.Constructed construction calculationmanual[M].3rded.Beijing:ChinaArchitecture&Building Press,2005.

Application of self-made offshore piling platform technology in steel pipe piles driving of overseas project

XU Shang-quan,ZHU Li
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）

We introduced the self-made offshore piling platform,and its application in offshore steel pipe pile construction of an overseas project.According to the reality of immature construction technology of local high-piled wharf steel pipe piles,we designed and manufactured the piling platform of offshore steel pipe piles,and formed the offshore piling platform technology, which has the characteristics of quick turnover,low cost,safety and convenience,and the practicability of the platform technology was verified by practice.

oversea project;trestle;steel pile driving;self-made;offshore piling platform

U655.551

B

2095-7874（2017）03-0066-04

10.7640/zggwjs201703014

2016-10-19

2016-12-02

徐尚權(quán)（1980— ），男，湖北公安人，工程師，土木工程（交通土建）專業(yè)。E-mail：41971985@qq.com