南通港呂四作業(yè)區(qū)碼頭工程 水上鋼管樁施工技術(shù)研究

周盼 黃海林

摘 要：呂四港作為江蘇省出?？诘钠鸩礁蹍^(qū)，建設(shè)目標(biāo)為打造世界一流港口，堅(jiān)持高起點(diǎn)設(shè)計(jì)，采用高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。本項(xiàng)目為高樁碼頭結(jié)構(gòu)，碼頭區(qū)樁基為Φ1200mm的鋼管樁，同時(shí)存在直樁、斜樁及叉樁，由于鋼管樁的抗沖擊性能好，可以增加高樁碼頭結(jié)構(gòu)的受力性能，但存在施工難度大，打樁定位精度要求高。本文對(duì)南通港呂四作業(yè)區(qū)西港池8#-11#碼頭工程水上鋼管樁施工技術(shù)進(jìn)行探討研究，為類(lèi)似工程的施工提供參考。

關(guān)鍵詞：碼頭工程;鋼管樁;測(cè)量定位;樁芯施工

1 工程概況

南通港位于江蘇省南通市東部，地處長(zhǎng)江三角洲和東部沿海海上交通要沖，是上海國(guó)際航運(yùn)體系的一個(gè)重要組成部分，呂四港作業(yè)區(qū)處于大唐電廠和大洋港之間，靠近上海市區(qū)，濱江臨海，海上交通便利。南通港呂四作業(yè)區(qū)西港池8#-11#碼頭工程（見(jiàn)圖1）在呂四作業(yè)區(qū)環(huán)抱式港池內(nèi)建設(shè)4個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)泊位，其中A標(biāo)為2個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱泊位，碼頭長(zhǎng)度為812m，寬度為42m，碼頭結(jié)構(gòu)形式為高樁梁板結(jié)構(gòu)，碼頭排架間距12m，下部基樁設(shè)置直徑1200mm 的鋼管樁，每榀排架布置10根鋼管樁，鋼管樁內(nèi)部灌注混凝土，上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽，樁帽上安裝預(yù)制預(yù)應(yīng)力縱橫梁，平臺(tái)面板結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制板加現(xiàn)澆疊合面板。碼頭樁基采用的結(jié)構(gòu)形式為前樁帽布置3根品字形斜樁，后樁帽布置3根成品字形的鋼管樁（1根為斜樁，2根為直樁），中間兩個(gè)樁帽為兩對(duì)叉樁。

2 工程地質(zhì)及水文情況

南通港呂四作業(yè)區(qū)西港池8#-11#碼頭工程地質(zhì)土層自上而下分為7個(gè)主要地基土層及分屬不同地基土層的亞層，分別為灰色沖填土、灰色粉土、灰色粉質(zhì)黏土、灰色粉砂、灰色粉砂夾黏質(zhì)土、灰色粉細(xì)砂、灰色黏質(zhì)粉土。其中Ⅵ1灰色粉砂，密實(shí)，標(biāo)準(zhǔn)灌入基數(shù)49擊，Ⅶ1灰色粉細(xì)砂，密實(shí)，標(biāo)準(zhǔn)灌入擊數(shù)67擊，該兩層土分布穩(wěn)定，厚度大，工程性質(zhì)好，是水工結(jié)構(gòu)的良好的樁基持力層或下臥土層[1]。本工程地處臨海，港池內(nèi)平均高潮位為5.24m，平均低潮位為1.51m，港池地質(zhì)環(huán)境類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，滲透性為A類(lèi)，對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。

擬建場(chǎng)地原為海域?yàn)┑?，現(xiàn)已吹填成陸，陸域與海域由已建海堤隔開(kāi)，海堤外側(cè)地勢(shì)由岸側(cè)向海側(cè)逐漸傾斜，靠近大堤處為灘地，漲潮時(shí)淹沒(méi)，落潮時(shí)出露。施工前，需要將樁位位置的石塊清除以便沉樁施工。

3施工工藝及方法

3.1? 施工總體流程

本工程鋼管樁的施工，根據(jù)樁位布置及樁的斜度、扭角，綜合考慮樁船的尺寸以及運(yùn)轉(zhuǎn)的有效性與合理性，沉樁施工順序按照從岸側(cè)向海側(cè)方向推進(jìn)，從西向東逐步沉樁。具體打樁順序?yàn)椋簭牡谝环侄伍_(kāi)始，從西向東，逐步向第十分段施工。每一分段先打JK兩排PHC樁，然后鋼管樁沉樁順序按照階梯型逐步施工，當(dāng)PHC樁打完，進(jìn)行鋼管樁施工時(shí)，需要更換替打。

水上沉樁施工總體流程為：鋼管樁生產(chǎn)及運(yùn)輸→安全生產(chǎn)條件核查→挖泥→船機(jī)就位→吊裝→移船定位→下樁解扣→錘擊沉樁→起錘復(fù)核→標(biāo)高貫入度雙控→準(zhǔn)備下根施工。

3.2 船舶選擇

打樁船舶選擇“海力801”打樁船，“海力801”打樁船長(zhǎng)80m、寬30m，總重量達(dá)到8000t[2]。獨(dú)有的7個(gè)10t重海軍錨及4根液壓錨錠樁，在寒潮及大風(fēng)天氣下也可正常作業(yè)。船舶樁架向上提升可達(dá)95m，可起吊100t的鋼管樁，吊杠能夠360度回旋，船固定在一個(gè)位置就可以把相近幾個(gè)位置的樁打下去，不需要頻繁挪動(dòng)船體。同時(shí)裝有最先進(jìn)的GPS定位系統(tǒng)，提供三維坐標(biāo)，打樁定位可精確到6cm以下。

施工前根據(jù)勘察設(shè)計(jì)單位出具的碼頭平斷面圖，確定泥面及水位標(biāo)高，與寧波“海力801”打樁船的吃水要求進(jìn)行對(duì)比，對(duì)不滿足吃水深度的區(qū)域進(jìn)行挖泥處理，降低泥面標(biāo)高，使得打樁船順利進(jìn)入打樁區(qū)域。寧波“海力801”船體滿載吃水3.2m，正常施工至少滿足吃水深度為3.2m，天然泥面標(biāo)高為1.7m，設(shè)計(jì)低水位標(biāo)高為0.72m，因此進(jìn)行試樁之前，采用絞吸船通過(guò)連接排泥管線，將淤泥采用管線連接的方式吹填至港池北岸的圍堤后方，進(jìn)行初步開(kāi)挖即可滿足施工要求。

3.3 鋼管樁的制作及出運(yùn)

樁基工程是碼頭施工建設(shè)的重點(diǎn)，鋼管樁的施工質(zhì)量直接影響碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。碼頭前平臺(tái)共有直徑為1200mm鋼管樁730根，樁長(zhǎng)有四種規(guī)格，分別為63m，65m，67m，69m。由于工程處于海邊，海水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，必須對(duì)鋼管樁的制作進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鋼管樁的保護(hù)采用防腐涂層和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)結(jié)合的防腐措施，鋼管樁防腐蝕泥面以上段采用海工高耐磨重防腐涂料，干膜厚度1200μm，鋼管樁通過(guò)噴砂除銹至Sa2.5級(jí)，表面處理完成后立即進(jìn)行涂裝，避免發(fā)生銹蝕或者劣變。涂裝完成后進(jìn)行檢查，確保涂層均勻，無(wú)裂縫及氣泡，對(duì)制作完成的鋼管樁進(jìn)行探測(cè)檢測(cè)和防腐檢測(cè)，合格后出具檢測(cè)報(bào)告，由運(yùn)輸船運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.4 測(cè)量控制

本工程沉樁主要采用打樁船自帶的GPS進(jìn)行沉樁的平面定位和高程控制，前期通過(guò)岸上測(cè)量?jī)x器對(duì)GPS進(jìn)行復(fù)核，在復(fù)核定位精度滿足要求后可不再使用岸上測(cè)量?jī)x器。根據(jù)測(cè)量復(fù)核成果，打樁船的定位平面偏位誤差滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。沉樁前對(duì)鋼管樁進(jìn)行定位，在系統(tǒng)電腦上輸入定位樁中心坐標(biāo)、傾斜度、標(biāo)高等參數(shù)，根據(jù)GPS定位數(shù)據(jù)移動(dòng)船舶、調(diào)整樁架及穩(wěn)定船體，同時(shí)，實(shí)時(shí)樁位數(shù)據(jù)和埋樁位置、偏差可在系統(tǒng)電腦上同步顯示。打樁船正確就位后，使用全站儀進(jìn)行交會(huì)測(cè)量，并檢查打樁定位系統(tǒng)，以確保打樁的準(zhǔn)確性，監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)無(wú)誤后方可打樁施工。

3.5 吊樁及下樁

鋼管樁運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后根據(jù)吊耳的設(shè)置起吊，采用兩點(diǎn)吊裝，通過(guò)主、副鉤吊起鋼管樁，雙主鉤用于立樁，將樁頂下方的吊耳綁在另一個(gè)主鉤上扣緊。打樁船就位后鋼管樁緩慢進(jìn)行下樁，嚴(yán)禁急剎，并檢查背板是否蹩樁，以免在下樁時(shí)因船上浮而使樁或背板損壞，要及時(shí)微調(diào)樁架，使架、樁始終保持平衡（見(jiàn)圖2）。進(jìn)行吊裝作業(yè)時(shí)，設(shè)置專(zhuān)職指揮人員指揮作業(yè)，特種作業(yè)人員持證上崗，吊裝區(qū)域設(shè)置標(biāo)識(shí)及警戒線，在起吊作業(yè)中，指揮人員應(yīng)注意起吊物品，嚴(yán)禁施工人員站在起吊物下方。起吊時(shí)應(yīng)當(dāng)合理控制鋼管樁的重心，防止鋼管樁擺動(dòng)和跌落而對(duì)人員造成傷害或損壞機(jī)械設(shè)備。

3.6 沉樁

沉樁施工前，按沉樁順序根據(jù)樁位圖，結(jié)合船機(jī)性能及地形、地貌、潮汐等自然條件，逐根檢查船體及錨纜是否碰樁，以及相鄰樁是否相碰，如果有碰撞現(xiàn)象及時(shí)跟設(shè)計(jì)院溝通。移船時(shí)，密切注意錨纜防止絆樁，在樁體上劃上標(biāo)高控制標(biāo)志。

鋼管樁開(kāi)始施工時(shí)，啟動(dòng)打樁船主機(jī)，將鋼管樁水平起吊至沉樁區(qū)域，再緩慢將鋼管樁起吊至垂直位置，測(cè)量人員進(jìn)行測(cè)量控制，對(duì)鋼管樁進(jìn)行初步定位，在達(dá)到設(shè)計(jì)位置后操作人員打開(kāi)抱樁器，并進(jìn)行精確定位及下樁，樁尖進(jìn)入土層2～3m后暫停施工，對(duì)鋼管樁的傾斜度及位置進(jìn)行校正，然后繼續(xù)沉樁，直至樁體不再下沉為止。當(dāng)鋼管樁穩(wěn)樁后壓錘并繼續(xù)下沉，直到鋼管樁在重力作用下不再下沉，同時(shí)要確保樁錘、替打和鋼管樁的軸心在同一條直線上，避免偏心錘擊。經(jīng)檢查核對(duì)后，啟動(dòng)樁錘開(kāi)始打樁，并逐步增加錘擊能量，直到鋼管樁到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高或者控制貫入度時(shí)停錘（見(jiàn)圖3）。沉樁時(shí)若出現(xiàn)突然下降、傾斜過(guò)大或者貫入度異常，立即停止施工并查明原因，必要時(shí)拔樁重新定位施打。

本工程管樁沉樁以標(biāo)高控制為主，貫入度校核，停錘標(biāo)準(zhǔn)如下：①當(dāng)樁頂標(biāo)高超過(guò)1m以內(nèi)貫入度達(dá)到10mm時(shí)可以停錘;②當(dāng)樁頂標(biāo)高超高大于2m，貫入度小于5mm時(shí)，繼續(xù)錘擊50擊，如無(wú)明顯增大可以停錘;③沉樁停錘標(biāo)準(zhǔn)將根據(jù)打樁情況調(diào)整，超過(guò)上述規(guī)定需報(bào)設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位研究解決，沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)將可能根據(jù)試樁結(jié)果由設(shè)計(jì)代表和監(jiān)理工程師進(jìn)行調(diào)整[3]。

3.7 試打樁

在正式開(kāi)始沉樁施工前，先進(jìn)行試打樁，試樁樁基安排在設(shè)計(jì)樁位上，減少資源浪費(fèi)，試打樁定為8根直樁。試打樁期間，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇兩根樁進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，沉樁前在鋼管樁軸向布置傳感器，檢測(cè)沉樁過(guò)程及后期休止期的樁身完整相、壓縮量、內(nèi)力分布、樁身動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變、側(cè)向土壓力等指標(biāo)，初打及復(fù)打過(guò)程進(jìn)行高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。初打最后5m每隔1m提供初打靜土阻力值，初打與復(fù)打之間的時(shí)間間隔不少于3天。

3.8 保護(hù)

鋼管樁沉樁后進(jìn)行夾樁施工，減小水流、風(fēng)浪、潮流對(duì)樁的影響。用制作好的鋼抱箍套入已沉鋼管樁上，抱箍?jī)?nèi)裹以6mm厚膠皮，固定在標(biāo)高處后用型鋼、對(duì)拉螺桿把群樁和抱箍相互聯(lián)成整體。由于呂四港在冬季受寒潮影響，附近船舶在不利天氣條件下都進(jìn)入?yún)嗡母鄱惚芎奔帮L(fēng)雨，因此打樁過(guò)程中以及施工完成后，在周邊設(shè)置浮標(biāo)，保證一定安全距離。浮標(biāo)頂部安裝警示燈，燈光強(qiáng)度大，蓄電持久，做成多種顏色，浮標(biāo)之間連接警示三角旗，起到警示作用，避免船舶在施工區(qū)域停泊及拋錨，對(duì)鋼管樁造成破壞。

4 樁芯施工

樁芯施工前先對(duì)鋼管樁孔內(nèi)淤泥進(jìn)行清除，在低潮位時(shí)作業(yè)，用潛水泵抽干樁內(nèi)海水，用淡水沖洗管壁及孔底，并清干管內(nèi)積水[4]。樁芯鋼筋籠在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)綁扎完畢，運(yùn)至碼頭平臺(tái)，用100t履帶吊安裝入管樁內(nèi)，鋼筋籠上端0.8m處焊接6個(gè)反向彎折180度的圓鋼彎鉤，吊裝時(shí)采用反向彎鉤和封頭板進(jìn)行定位，上端彎鉤與鋼管樁樁頂相連，與樁頂電焊引至現(xiàn)澆面層形成接地網(wǎng)絡(luò)，鋼筋籠下端用圓鋼穿過(guò)封頭板進(jìn)行焊接固定[5]。

打入樁基上部的樁芯混凝土采用C40微膨脹混凝土，樁芯混凝土宜在澆筑樁帽、橫梁混凝土之前灌注完成，樁芯混凝土不得采用水下混凝土?；炷劣蓴嚢枵具\(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，用汽車(chē)泵直接注入樁孔導(dǎo)管內(nèi)，澆筑開(kāi)始時(shí)導(dǎo)管離樁芯底不得大于200cm，隨著混凝土澆筑高度的上升，逐層振搗密實(shí)，樁頂進(jìn)行二次振搗壓實(shí)處理，初凝前刮去樁頂浮漿?；炷翝仓?，監(jiān)理工程師對(duì)樁芯鋼筋籠及焊接質(zhì)量等隱蔽工程進(jìn)行驗(yàn)收，樁芯混凝土澆筑時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理進(jìn)行旁站并做好記錄[6]。

5結(jié)語(yǔ)

鋼管樁在水上施工難度大，施工過(guò)程中要對(duì)原材料進(jìn)場(chǎng)、施工技術(shù)、測(cè)量定位以及樁芯隱蔽工程加強(qiáng)監(jiān)管。水上沉樁屬于超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大部分項(xiàng)工程，施工前進(jìn)行安全技術(shù)交底和安全生產(chǎn)條件核查，過(guò)程中加強(qiáng)安全控制。本項(xiàng)目工期緊，樁能否按期完工，牽涉到后續(xù)工序的施工進(jìn)度，在各參建單位的努力下，樁基工程在年前按期完工，為后續(xù)工序的開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文對(duì)南通港呂四作業(yè)區(qū)西港池8#-11#碼頭工程進(jìn)行了介紹，對(duì)鋼管樁施工工藝及方法進(jìn)行了探討研究，為其他類(lèi)似工程的施工提供了借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勝利，王輝，崔景川，木向成.嵌巖斜樁施工難點(diǎn)及處理措施[J].水運(yùn)工程，2015（08）：161-164.

[2]王永東，楊勝龍.全旋轉(zhuǎn)打樁船“海力801”超長(zhǎng)超重鋼管樁沉樁技術(shù)[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2011（02）：42-46+75.

[3]蔣凱.高樁碼頭鋼管樁樁位的測(cè)量控制方案[A]. 全國(guó)城市公路學(xué)會(huì).全國(guó)城市公路學(xué)會(huì)第二十二次學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].全國(guó)城市公路學(xué)會(huì)：交通科技雜志社，2013：3.

[4]王青海.鋼管混凝土斜樁施工技術(shù)探討研究[J].廣東土木與建筑，2019，26（04）：65-67.

[5]施斌.鋼管混凝土樁樁芯混凝土施工方法的探討[J].水運(yùn)工程，2004（10）：108-110.

[6] JTS 252-2015， 水運(yùn)工程施工監(jiān)理規(guī)范[S].