大直徑含鎖扣鋼護(hù)筒海上施工工藝及質(zhì)量控制方法

胡仁華

摘要：巴基斯坦深水港碼頭前擋墻樁基施工克服了樁基總算多，直徑大，海上施工及地質(zhì)條件復(fù)雜等困難，通過不斷實(shí)踐，針對連排式含鎖扣鋼護(hù)筒施工總結(jié)出行之有效的控制方法。

Abstract： The pile foundation construction of the front retaining wall of the deep-water port terminal in Pakistan has overcome the difficulties of large number of pile foundations， large diameter， complicated offshore construction and complicated geological conditions. Through continuous practice， the effective control methods for the continuous row of lock-containing steel casings are summarized.

關(guān)鍵詞：鋼護(hù)筒;無覆蓋層;騎跨式導(dǎo)向架

Key words： steel casing;no cover;riding straddle guide

中圖分類號：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）25-0212-03

1? 工程概況

1.1 概述

巴基斯坦深水港碼頭項(xiàng)目位卡拉奇港keamari防波堤東側(cè)，為新建集裝箱深水碼頭，采用連續(xù)錨定板樁碼頭的結(jié)構(gòu)形式。前擋墻長1.6km，基礎(chǔ)由637根帶鎖扣的鋼護(hù)筒鉆孔灌注樁。樁與樁間通過鎖扣連接，間距為2600mm，鋼護(hù)筒外徑為2500mm，壁厚20mm，長25m。

1.2 工程地質(zhì)條件

前擋墻鋼護(hù)筒施工在碼頭區(qū)域挖泥至-18m之后進(jìn)行，地質(zhì)層主要以堅(jiān)硬的泥巖層和砂巖層為主（無側(cè)線抗壓強(qiáng)度qu為13～53（kg/cm2））。

1.3 工程水文條件

水位：最高天文潮位+3.4m

平均最高高潮位+2.4m

平均最低高潮位+2.3m

平均海平面高度+1.6m

平均最高低潮位+1.1m

平均最低低潮位+0.4m

最低天文潮位-0.6m

1.4 工程特點(diǎn)

①前擋墻鋼護(hù)筒之間采用L型和T型鋼咬合的鎖扣連接（如圖1），鎖扣間隙小，使得鋼護(hù)筒之間相互制約影響，樁身垂直度及平面樁位具有累加性，可調(diào)整空間小，對質(zhì)量控制精度要求高。

②施工區(qū)域挖泥到-18.0m后，海床面只有30～50cm厚的回淤細(xì)泥沙，以下為堅(jiān)硬的巖層。在沉樁過程中鋼護(hù)筒會直接遇到堅(jiān)硬巖層，沉樁過程中樁身穩(wěn)定性差。

③平均海平面高度+1.6m，海床面為-18.0m，加之受導(dǎo)向架遮擋影響，長25m的鋼護(hù)筒在樹樁調(diào)整階段平均觀測長度僅有3-4m，對垂直度調(diào)整造成極大干擾。

④本項(xiàng)目鋼護(hù)筒采用機(jī)械半自動卷制螺旋焊管。在卷制過程中受人工微調(diào)及卷制誤差影響。鋼護(hù)筒樁身每道鋼板之間會出現(xiàn)0～5mm的錯(cuò)位，產(chǎn)生局部的突起或凹陷，在觀測長度短的情況下對樁身垂直度判斷造成極為不利的影響。

2? 施工方案

2.1 施工方案簡述

2.1.1 階梯型騎跨式液壓導(dǎo)向架的定位及固定

將導(dǎo)向架放置在上一根已沉設(shè)鋼護(hù)筒上，在測量工程師的協(xié)助下對導(dǎo)向架前端鎖扣限位槽進(jìn)行定位確保鋼護(hù)筒的沉設(shè)在前排樁前進(jìn)軸線上。定位完成后夾緊導(dǎo)向架液壓夾鉗，并對導(dǎo)向架定位點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，控制誤差在垂直前進(jìn)軸線±10mm。如圖2。

2.1.2 鋼護(hù)筒的起吊與豎樁

鋼護(hù)筒運(yùn)抵現(xiàn)場時(shí)，首先須檢查鋼護(hù)筒及鎖扣的線性、直徑，初步判斷鋼護(hù)筒是否大小頭、局部突起或凹陷，一并作為鋼護(hù)筒垂直度控制的調(diào)整依據(jù)。起吊之前鋼護(hù)筒底口處廢輪胎，防止在起吊過程中因鋼護(hù)筒自重使底口變形。豎立后，割除底口的十字內(nèi)撐放入導(dǎo)向架，避免鋼護(hù)筒碰撞導(dǎo)向架。

2.1.3 鋼護(hù)筒垂直度、樁位調(diào)整

在測量工程師的觀測配合下，通過在樁身頂端與底端鎖扣處焊接調(diào)節(jié)墊塊及兩端調(diào)節(jié)頂輪對鋼護(hù)筒的垂直度進(jìn)行調(diào)整，確保沉樁后滿足樁基施工技術(shù)要求，平面位置偏差小于50mm，垂直度偏差不允許超過1/100。

2.1.4 鋼護(hù)筒初沉

振動錘在起吊過程中要慢、穩(wěn)，避免碰撞。壓錘后復(fù)測垂直度，垂直度滿足要求后開始。振動錘啟動后先采取低轉(zhuǎn)速點(diǎn)震，使鋼護(hù)筒平穩(wěn)穿過海床回淤層，避免出現(xiàn)鋼護(hù)筒急速下沉的情況。隨著鋼護(hù)筒遇到堅(jiān)硬巖層或如入深度較多而導(dǎo)致貫入度下降時(shí)，才逐漸提高振動錘轉(zhuǎn)速。當(dāng)貫入度連續(xù)3分鐘低于5cm/min或鋼護(hù)筒頂口距導(dǎo)向架空間不足時(shí)停錘，當(dāng)入土深度滿足穩(wěn)樁要求時(shí)便可進(jìn)行下一根鋼護(hù)筒的沉設(shè)。

2.1.5 鋼護(hù)筒復(fù)沉

在鋼護(hù)筒內(nèi)旋挖過后進(jìn)行，進(jìn)行鋼護(hù)筒復(fù)沉，振動錘采用低轉(zhuǎn)速起震，再逐漸增加振動錘轉(zhuǎn)速至鋼護(hù)筒開始下沉。當(dāng)貫入度突然增大或鋼護(hù)筒接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)應(yīng)立即降低振動錘的轉(zhuǎn)速，并用采用點(diǎn)震的方式沉設(shè)到位。在復(fù)沉的過程中，如果貫入度連續(xù)3分鐘為0cm/min時(shí)應(yīng)及時(shí)停錘，避免造成鋼護(hù)筒或振動錘的損傷。

3? 工藝流程圖

工藝流程圖見圖3。

4? 質(zhì)量控制方法

4.1 垂直度控制

垂直度控制是鋼護(hù)筒沉設(shè)質(zhì)量控制的核心，分為豎樁調(diào)整、沉樁預(yù)防和整體預(yù)估三個(gè)方面。

4.1.1 豎樁調(diào)整

當(dāng)鋼護(hù)筒自然豎立在導(dǎo)向架中時(shí)，依據(jù)測量工程師提供的兩個(gè)軸線方向的垂直偏量分別可調(diào)節(jié)滾輪和在樁身頂端與底端鎖扣的焊接調(diào)節(jié)墊塊對鋼護(hù)筒的垂直度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在垂直度符合規(guī)范要求后，吊裝振動錘并在壓錘穩(wěn)定后再次檢測鋼護(hù)筒垂直度，確保沉樁前垂直度小于1/200。

4.1.2 沉樁預(yù)防

由于海床面無覆蓋層，地質(zhì)堅(jiān)硬，在沉設(shè)過程中鋼護(hù)筒的穩(wěn)定性極差，樁身會出現(xiàn)劇烈的反彈和搖擺，從而使垂直度發(fā)生變化。應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)情況調(diào)整豎樁的垂直度精度。同時(shí)在沉設(shè)過程中及時(shí)調(diào)節(jié)振動錘的震動頻率，降低不利影響。

4.1.3 整體預(yù)估

鋼護(hù)筒海上沉設(shè)施工采用鋼護(hù)筒全長25m，海床標(biāo)高-18m，平均海平面高度+1.6m，加之受導(dǎo)向架遮擋、鋼護(hù)筒頂口變形的影響，鋼護(hù)筒在樹樁調(diào)整階段平均有效觀測長度僅有3-4m，對鋼護(hù)筒的局部凹陷或凸起，在如此短的觀測長度下幾乎無法發(fā)現(xiàn)，可能造成對樁身垂直度的誤判，甚至出現(xiàn)同一軸線兩側(cè)垂直偏量方向相反的自相矛盾的情況。

因此需對鋼護(hù)筒的垂直度控制還需采取整體預(yù)估的方法。鋼護(hù)筒的垂直度會受到前一根的影響，形成累計(jì)誤差。沉設(shè)鋼護(hù)筒在自然豎立的情況下垂直度應(yīng)呈現(xiàn)出之前已沉設(shè)鋼護(hù)筒總體垂直度狀態(tài)，當(dāng)觀測結(jié)果自相矛盾或與已沉設(shè)鋼護(hù)筒整體垂直偏量方向有沖突時(shí)以整體偏量方向?yàn)榕袛嘁罁?jù)，由此可排除對垂直度的誤判，確保沉樁質(zhì)量。

4.2 鋼護(hù)筒平面位置控制

平面位置控制可分為初沉、復(fù)沉階段控制和連排式鋼護(hù)筒總體長度控制。

4.2.1 初沉階段控制

鋼護(hù)筒初沉階段主要依靠騎跨式階梯型液壓導(dǎo)向架控制樁位，通過導(dǎo)向架前端鎖扣限位槽控制鋼護(hù)筒的樁位。但是在鋼護(hù)筒沉設(shè)過程中，受基槽開挖不平、振動錘油管自重以及海床經(jīng)無覆蓋層、地質(zhì)堅(jiān)硬所造成的樁身現(xiàn)劇烈的反彈和搖擺引發(fā)的樁位位移，情況嚴(yán)重時(shí)甚至引起的導(dǎo)向架發(fā)生錯(cuò)位。為克服以上不利情況，初沉過程中樁位位移方向具有階段的一致性。根據(jù)已沉設(shè)鋼護(hù)筒的樁位位移情況對導(dǎo)向架前端鎖扣限位槽的定位進(jìn)行反方向調(diào)整，同時(shí)在初沉過程中避免強(qiáng)震，從而對樁位進(jìn)行控制。

4.2.2 復(fù)沉階段控制

在鋼護(hù)筒復(fù)沉的過程中，強(qiáng)震是必須手段的。為了避免對鋼護(hù)筒樁位造成不利影響，可以通過以下兩種方式進(jìn)行控制：①護(hù)筒初沉后，入土深度不滿足穩(wěn)定性要求時(shí)需復(fù)沉，當(dāng)鋼護(hù)筒與導(dǎo)向架發(fā)生劇烈晃動時(shí)應(yīng)立即調(diào)整振動錘震動頻率。②護(hù)筒初沉后，入土深度滿足穩(wěn)定性要求但樁頂距離導(dǎo)向架沒有足夠空間進(jìn)行復(fù)沉，應(yīng)繼續(xù)施打下一根鋼護(hù)筒，待需復(fù)沉鋼護(hù)筒兩端被已沉設(shè)鋼護(hù)筒固定后方可經(jīng)行復(fù)沉。③護(hù)筒初沉后，入土深度不滿足穩(wěn)定性要求且樁頂距離導(dǎo)向架沒有足夠空間進(jìn)行復(fù)沉，應(yīng)進(jìn)行護(hù)筒內(nèi)旋挖后方可復(fù)沉。

4.2.3 連排式鋼護(hù)筒總體長度控制

前擋墻鋼護(hù)筒共637根，鋼護(hù)筒的沉設(shè)后實(shí)際總體長度決定了碼頭的整體長度。在鋼護(hù)筒沉設(shè)過程中，受鋼護(hù)筒直徑誤差及鎖扣焊接誤差的影響，軸線長度誤差不斷累積變化。在優(yōu)先確保垂直度的前提下，通過鎖扣處焊接調(diào)節(jié)墊塊增大或減少鎖扣之間的間隙，從而對樁位軸線總長度做出微調(diào)，確保其在可接受的區(qū)間內(nèi)，處于可控狀態(tài)。

5? 工程進(jìn)展中出現(xiàn)的問題及解決方案

5.1 騎跨式階梯型液壓導(dǎo)向架焊縫開裂

在沉樁過程中導(dǎo)向架始終處于劇烈震動狀態(tài)，搖晃和抖動對導(dǎo)向架產(chǎn)生極大的影響，日積月累造成導(dǎo)向架的焊縫出現(xiàn)開裂，甚至脫焊。為避免導(dǎo)向架的過度損壞，在鋼護(hù)筒樹樁調(diào)整的過程中嚴(yán)禁將兩端的可調(diào)節(jié)滾輪頂死，預(yù)留少量間隙以防止在沉樁過程中鋼護(hù)筒帶動導(dǎo)向架發(fā)生共振。如果在沉樁過程中由于地質(zhì)層堅(jiān)硬造成鋼護(hù)筒劇烈搖擺跳動所引發(fā)的導(dǎo)向架劇烈擺動，當(dāng)立即降低振動錘的震動頻率，以避免對導(dǎo)向架造成過多損害。在沉樁完成后對導(dǎo)向架進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修補(bǔ)，防止問題擴(kuò)大造成導(dǎo)向架無法使用或發(fā)生安全事故。

5.2 鋼護(hù)筒頂口開裂

鋼護(hù)筒頂口開裂可分為三種情況：其一，護(hù)筒在沉設(shè)過程中在貫入度較低的情況下累積施打時(shí)間過長，造成鋼護(hù)筒頂口夾鉗處鋼板產(chǎn)生金屬疲勞而發(fā)生撕裂。應(yīng)視沉樁貫入度的大小而定，當(dāng)累積沉樁時(shí)間達(dá)到20-30分鐘后發(fā)生頂口撕裂屬于正常情況，在地質(zhì)條件較好時(shí)應(yīng)避免強(qiáng)震以減少此類情況發(fā)生。其二，護(hù)筒累積施打時(shí)間短，貫入度較大（15-20cm/min），且振動錘整體出現(xiàn)不正?；蝿樱撟o(hù)筒頂口夾鉗處鋼板整體斷裂，斷裂處向內(nèi)凹陷。此類情況是由于振動錘夾鉗齒板無法夾緊或夾鉗整體松動引起的鋼護(hù)筒頂口夾鉗處鋼板溫度急速上升并受拉斷裂引起。更換夾鉗齒板或檢修夾鉗后可避免此類情況發(fā)生。其三，鋼護(hù)筒累積施打時(shí)間短，貫入度較小（5-15cm/min），且振動錘動力頭發(fā)生劇烈跳動，鋼護(hù)筒頂口夾鉗處鋼板發(fā)生整體斷裂，該情況在排除上述第二種情況之后仍繼續(xù)發(fā)生。應(yīng)是地質(zhì)堅(jiān)硬造成振動錘整體反彈，使得頂口夾鉗處鋼板溫度急速上升并受拉斷裂引起?？稍阡撟o(hù)筒頂口夾鉗處焊接加強(qiáng)板避免此類情況發(fā)生。

5.3 鋼護(hù)筒垂直度及樁位在沉設(shè)過程中發(fā)生較大變化

鋼護(hù)筒在沉設(shè)過程的傾斜和位移將對質(zhì)量控制造成不利影響。主要原因如下：地質(zhì)堅(jiān)硬和無覆蓋層導(dǎo)致鋼護(hù)筒在沉設(shè)過程中穩(wěn)定性差;基槽不平，造成鋼護(hù)筒底部受力不均勻;鋼護(hù)筒頂口不平，造成擊振力無法垂直向下傳達(dá)。以上因素會造成鋼護(hù)筒的垂直度及樁位發(fā)生變化，可通過在樹樁調(diào)整過程中在鎖扣處焊接調(diào)節(jié)墊塊預(yù)防垂直度可能出現(xiàn)的變化，并提高垂直度控制要求至1/200。而對于樁位的變化可通過將導(dǎo)向架鎖扣限位槽進(jìn)行反方向預(yù)留1-2cm進(jìn)行預(yù)防。當(dāng)發(fā)現(xiàn)在沉設(shè)過程中出現(xiàn)較大的變化時(shí)，應(yīng)立即停止施打。如果滿足入土深度要求停止;如果不滿足入土深度要求，則重新夾緊導(dǎo)向架夾鉗后復(fù)沉，復(fù)沉?xí)r注意調(diào)節(jié)振動錘的震動頻率，避免強(qiáng)震。

5.4 鋼護(hù)筒鎖扣在沉設(shè)過程中發(fā)生熔化

在沉樁過程中，鋼護(hù)筒始終處于震動狀態(tài)，使其與鄰近鋼護(hù)筒和鎖扣摩擦、熔化，最終導(dǎo)致鋼護(hù)筒相互連接無法復(fù)沉，甚至護(hù)筒內(nèi)壁出現(xiàn)瘤狀物無法旋挖成孔。為了預(yù)防以上現(xiàn)象，可以通過焊接調(diào)節(jié)墊塊將相鄰鋼護(hù)筒的鎖扣相互分離，減少摩擦面，并在沉樁過程中采取噴水降溫的方式防止鋼護(hù)筒和鎖扣發(fā)生熔化。

5.5 鋼護(hù)筒大小頭、中部突起或凹陷

鋼護(hù)筒受加工誤差影響，會有少量鋼護(hù)筒出現(xiàn)大小頭、中部突起或凹陷。此類鋼護(hù)筒可通過鋼護(hù)筒內(nèi)徑驗(yàn)收數(shù)據(jù)或目測發(fā)現(xiàn)。大小頭型鋼護(hù)筒可根據(jù)現(xiàn)場已沉設(shè)鋼護(hù)筒垂直度修正方向決定其大頭向上或向下，妥善運(yùn)用可加大單根鋼護(hù)筒對垂直度的糾正效果，有益于連排式鋼護(hù)筒垂直度調(diào)節(jié)、控制。而中間突起或凹陷型鋼護(hù)筒則需要提前記錄其位置，避免在樹樁調(diào)整階段造成垂直度的誤判，同時(shí)鎖扣焊接調(diào)節(jié)墊塊應(yīng)避開問題部位，防止鋼護(hù)筒下放的過程中出現(xiàn)鎖扣卡死的情況。

5.6 沉設(shè)完成后鋼護(hù)筒底口變形

個(gè)別鋼護(hù)筒沉設(shè)完成后旋挖成孔過程中，在鋼護(hù)筒底口處發(fā)生卡鉆。經(jīng)過鋼護(hù)筒內(nèi)抽水后對鋼護(hù)筒內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，鋼護(hù)筒垂直度滿足1/100要求，但底口失圓變形嚴(yán)重，無法滿足旋挖鉆頭直徑要求，該情況是由于相鄰兩根鋼護(hù)筒鎖扣方向的垂直偏量方向相反造成的，使得鋼護(hù)筒底口部位相互擠壓變形，造成鎖扣方向內(nèi)徑變小。由此得出，連排式鋼護(hù)筒沉設(shè)垂直度控制需逐步糾正，不可單次大幅度調(diào)整，嚴(yán)禁相鄰鋼護(hù)筒軸線先進(jìn)方向垂直偏量方向相反。

6? 結(jié)束語

該項(xiàng)目前擋墻樁基鋼護(hù)筒沉設(shè)施工克服了樁基總數(shù)多，直徑大，海上施工及地質(zhì)情況復(fù)雜等諸多困難。通過不斷是實(shí)踐，針對連排式含鎖扣鋼護(hù)筒施工總結(jié)出行之有效的質(zhì)量控制方法。由于連排式鋼護(hù)筒彼此相連、相互影響、相互制約，以其獨(dú)有的特性對鋼護(hù)筒沉設(shè)的質(zhì)量控制提出了更高的要求。在施工過程用要勤觀察、勤測量、勤總結(jié)，堅(jiān)決不可麻痹大意，力求穩(wěn)妥，切忌求快。只有在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上才能保證進(jìn)度。

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