海上超大直徑鋼管樁施工技術(shù)在沙特國(guó)王港項(xiàng)目中的應(yīng)用

葛 朋 釗, 范 瑀

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

國(guó)王港項(xiàng)目位于沙特東部阿拉伯灣沿岸朱拜勒以北約80 km處，總面積約1 120萬(wàn)m2。項(xiàng)目建成后主要從事船舶、鉆井平臺(tái)制造、維護(hù)、修理及大修作業(yè)，包括超級(jí)油輪(VLCC)的檢修制造，將成為世界上規(guī)模最大的“超級(jí)船廠”，每年能建造4艘海上鉆井平臺(tái)和超過(guò)40艘船舶，包括3艘VLCC，從而使沙特由“國(guó)油國(guó)運(yùn)”進(jìn)一步升級(jí)為“國(guó)船國(guó)造”。沙特國(guó)王港項(xiàng)目是沙特“2030愿景”國(guó)家改革計(jì)劃的重要組成部分，也是中國(guó)電建集團(tuán)深入踐行“一帶一路”倡議取得的又一重大成果。項(xiàng)目建成后，預(yù)計(jì)將帶動(dòng)沙特GDP增長(zhǎng)170億美元，替代進(jìn)口120億美元，創(chuàng)造80 000個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)，將成為沙特經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展強(qiáng)有力的新引擎。國(guó)王港項(xiàng)目中的P4包鋼管樁主要分布在干船塢泵房入口、1號(hào)指碼頭、2號(hào)指碼頭、1號(hào)碼頭、裝載駁船沉坑和系纜柱、升船機(jī)碼頭、SEAPA泊位、海岸警衛(wèi)隊(duì)泊位等部位。P4包鋼管樁數(shù)量統(tǒng)計(jì)情況見表1。

闡述了沙特國(guó)王港項(xiàng)目在超大直徑鋼管樁的布置、生產(chǎn)、運(yùn)輸、定位、打樁、停樁等方面采用的施工技術(shù)。

2 1號(hào)指碼頭海上鋼管樁施工技術(shù)

2.1 1號(hào)指碼頭鋼管樁的布置

1號(hào)(A104)指碼頭全長(zhǎng)404+57.5=461.5(m)，寬25 m，其下部均為鋼管樁,主要分為以下兩部分：1號(hào)指碼頭緊鄰鉆機(jī)碼頭，鋼管樁橫向間距為5 m,每排5根；縱向(遠(yuǎn)離陸地的方向)間距為9.5 m，共45排，指碼頭下部為Φ1 168 mm垂直樁鋼管，壁厚21 mm，材質(zhì)等級(jí)為S355JR,截樁高程為+1.675 m，樁底高程為-35 m，全長(zhǎng)36.675 m，共計(jì)225根；1號(hào)指碼頭系船墩位于1號(hào)指碼頭的入?？诙瞬?，共布置了10根鋼管樁。系船墩(Mooring Dophlin)下面為Φ1 168 mm垂直樁鋼管壁厚21 mm，材質(zhì)等級(jí)為S355JR,截樁高程為+2.325 m，樁底高程為-34 m，全長(zhǎng)36.325 m，9根；Φ1 168 mm垂直樁鋼管，壁厚21 mm，材質(zhì)等級(jí)為S355JR,截樁高程為+4.315 m，樁底高程為-34 m，全長(zhǎng)38.315 m，1根。

表 1 P4包鋼管樁數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

2.2 確定指示樁、分區(qū)及打樁順序

按照鋼管樁規(guī)范[1]要求，1號(hào)指碼頭(除系船柱外)鋼管樁施工前，首先選取5%的鋼管工作樁(即11根)作為指示樁。指示樁的選取以代表周邊工作樁相似施工狀況、施工方便為原則，所代表的區(qū)域：縱向長(zhǎng)度以18～40 m為宜。每個(gè)區(qū)域的打樁順序以移動(dòng)打樁船施工方便、對(duì)周邊已施工的鋼管樁影響程度小為原則，按照連續(xù)正反“U”型打樁順序往復(fù)施工。

首先進(jìn)行區(qū)域1指示樁FP1-IP-01(A-1)施工并進(jìn)行PDA試驗(yàn)，取得試驗(yàn)報(bào)告并提交設(shè)計(jì)審核后用以指導(dǎo)其非指示樁的打樁工作。

2.3 鋼管樁的生產(chǎn)

首先，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定的樁底高程進(jìn)行鋼管加工圖設(shè)計(jì)，生產(chǎn)廠家根據(jù)鋼管加工圖進(jìn)行生產(chǎn)、制作并將鋼管運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。1號(hào)指碼頭鋼管樁加工參數(shù)見表2。

鋼管樁生產(chǎn)時(shí)，其表面涂層是不可缺少的一部分，需噴漆或粉末涂裝的構(gòu)件表面粗糙度以及已鍍鋅制品噴漆或粉末涂裝前的光滑度由鍍鋅廠家和買方共同確定。鍍鋅層后續(xù)為噴漆或粉末涂裝而進(jìn)行的準(zhǔn)備工藝包括清洗、仿形切削及釋氣等；對(duì)于需進(jìn)行噴洗的構(gòu)件應(yīng)執(zhí)行ASTMD6386-2010涂漆用鍍鋅(熱浸鍍鋅)鋼鐵產(chǎn)品及金屬構(gòu)件表面的制備規(guī)程，需進(jìn)行粉末涂裝的構(gòu)件應(yīng)執(zhí)行ASTMD7803-2012用于粉末涂料的鐵、鋼產(chǎn)品和五金制品表面鋅(熱浸鍍鋅)涂覆的制備規(guī)程，具體工藝由噴漆廠家或粉末涂裝廠家負(fù)責(zé)[2]。

表2 1號(hào)指碼頭鋼管樁加工參數(shù)表

2.4 鋼管樁的運(yùn)輸

陸地上，采用履帶吊將鋼管從儲(chǔ)存場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至岸邊，由浮吊船將岸邊的鋼管裝載到方駁上，拖輪牽引方駁將鋼管樁運(yùn)至海上工作區(qū)并停泊在打樁船Huta312附近，打樁船取樁后進(jìn)行打樁。浮吊船轉(zhuǎn)運(yùn)鋼管樁的運(yùn)輸過(guò)程見圖1。

2.5 鋼管樁的放線與定位

利用打樁船自備的GPS全球定位系統(tǒng)控制樁位。為提高打樁精度，在工作區(qū)域建立了永久控制點(diǎn)；根據(jù)鋼管樁的設(shè)計(jì)位置準(zhǔn)備臨時(shí)控制點(diǎn)并計(jì)算水平角和距離；鋼管樁就位前，用浮標(biāo)(指示性)標(biāo)出確切的位置。當(dāng)鋼管樁進(jìn)入打樁位置時(shí)，由兩名測(cè)量員從兩個(gè)不同的位置同時(shí)對(duì)鋼管樁位置進(jìn)行校驗(yàn)，將鋼管樁調(diào)整到設(shè)計(jì)位置以保證打樁位置正確。打樁過(guò)程中，兩個(gè)位置的測(cè)量員應(yīng)連續(xù)不斷地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.6 打樁

使用方駁將鋼管樁拖運(yùn)到打樁船Huta312附近，鋼管樁由打樁船Huta312吊起，將鋼管樁安裝在先導(dǎo)鉆機(jī)內(nèi)部，采用吊繩(亦稱牽引繩)將鋼管樁調(diào)整到設(shè)計(jì)要求的位置，然后開始打樁。打樁過(guò)程中，樁身的位置由管理員監(jiān)控，記錄所擊打的次數(shù)。在錘頭布置了兩個(gè)傳感器塊，以確保樁身在錘頭套管內(nèi)時(shí)能處于正確的位置，避免損壞樁身。帶鋼管樁的Huta312打樁船見圖2。

圖1 浮吊船轉(zhuǎn)運(yùn)鋼管樁示意圖

圖2 帶鋼管樁的Huta312打樁船示意圖

2.7 鋼管樁的打樁標(biāo)準(zhǔn)

采用所選定的錘擊樁以符合要求的錘擊速率實(shí)施打樁。鋼管樁的打樁檢測(cè)以符合質(zhì)量控制的格式進(jìn)行記錄，打樁活動(dòng)連續(xù)進(jìn)行直至達(dá)到所要求的樁尖高程，應(yīng)在正確位置的75 mm范圍內(nèi)打樁，垂直方向上每m的偏差不得超過(guò)10 mm。必須將任何稍微偏離軸線的樁小心地矯正到設(shè)計(jì)軸線上[3]。

當(dāng)打樁深度大大超過(guò)預(yù)期時(shí)，其原因可能是因打樁時(shí)的土阻力低于預(yù)期。在這種情況下，可在一段適當(dāng)?shù)牡却龝r(shí)間后再進(jìn)行錘擊試驗(yàn)以評(píng)估土壤強(qiáng)度的變化。

花萼濕地公園景觀建設(shè)項(xiàng)目位于四川省內(nèi)江市，位于新壩大橋與花園灘大橋之間，占地面積約350畝（2.33×105m2），距內(nèi)江老城區(qū)4.5km，距新城行政中心2km，交通便利，區(qū)位優(yōu)勢(shì)得天獨(dú)厚。設(shè)計(jì)基地順應(yīng)沱江沿岸，南北長(zhǎng)2057m，東西寬79～229m不等，是都市綠地系統(tǒng)和公共開敞空間的有機(jī)組成部分。

具體的要求：垂直樁的傾斜偏差不超過(guò)2%，斜樁的傾斜偏差不超過(guò)4%，樁頭的水平位置偏差應(yīng)在設(shè)計(jì)位置75 mm內(nèi)。

2.8 鋼管樁的停樁標(biāo)準(zhǔn)

1號(hào)指碼頭總共布置有11根指示樁，鋼管樁的指示樁為鋼管樁的生產(chǎn)性試驗(yàn)樁，是主體工作樁的一部分，在一個(gè)區(qū)域打樁施工前必須優(yōu)先完成指示樁。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行PDA(Pile Driving Analyzer)打樁動(dòng)態(tài)分析試驗(yàn)和CAPWA波動(dòng)方程分析得出貫入度與錘擊力的關(guān)系，確定滿足樁底高程和軸向承載力的最終打樁停錘標(biāo)準(zhǔn)，其打樁參數(shù)將作為該區(qū)域其他樁施工的指導(dǎo)性文件。最終確定的停樁標(biāo)準(zhǔn)是選定的錘(Hydro Hammer IHC S-280 & S-200)在130 kJ錘擊能的作用下連續(xù)錘擊250次、沉降量小于25 cm，.最終利用指示樁PDA試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)核，確定鋼管樁打樁合格。

工作樁打樁完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中規(guī)定的鋼管樁頂部高程進(jìn)行截樁。

3 鋼管樁施工的質(zhì)量要求

(1)鋼管樁的最低等級(jí)為S355 JR，滿足BS EN 10025-1-2004[4]的要求。

(2)鋼管樁的制造應(yīng)符合表3中的標(biāo)準(zhǔn)要求。鋼管樁制作偏差參數(shù)見表3。

表3 鋼管樁制作偏差參數(shù)表

(3)在指示樁施工前，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)樁PDA的試驗(yàn)成果和CAPWAP分析確定停錘標(biāo)準(zhǔn)，以驗(yàn)證所使用的打樁標(biāo)準(zhǔn)。

(5)鋼管樁的施工必須遵循以下公差：垂直樁的傾斜偏差不超過(guò)2%，斜樁的傾斜偏差不超過(guò)4%，樁頭的水平位置偏差應(yīng)在設(shè)計(jì)位置75 mm內(nèi)。

4 鋼管樁施工的安全要求

(1)鋼管樁打樁施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照項(xiàng)目安全生產(chǎn)保證體系執(zhí)行，所有安全管理人員必須符合安全管理工作經(jīng)驗(yàn)條款并通過(guò)沙特阿美公司考核認(rèn)證后持證上崗。

(2)鋼管樁打樁施工過(guò)程中，嚴(yán)格遵循阿美公司的所有安全環(huán)保要求：嚴(yán)格遵守合同中的相關(guān)安全健康環(huán)境(SHE)要求，遵守沙特阿美公司的一般說(shuō)明(GI)、沙特阿美公司的施工安全手冊(cè)(CSM)、沙特阿美公司的環(huán)境健康規(guī)范守則(SAEHC)、沙特阿美公司的安全手冊(cè)等安全健康環(huán)境(SHE)要求中的安全程序或指示[5]。

所有操作員和設(shè)備均應(yīng)通過(guò)沙特阿美公司的認(rèn)證。

開始作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)阿美公司的施工許可制度和阿美公司的施工安全手冊(cè)(CSM)的規(guī)定獲得施工許可證。

所有員工在限制區(qū)和限定項(xiàng)目施工場(chǎng)所均應(yīng)正確穿戴個(gè)人防護(hù)設(shè)備(PPE)，還應(yīng)遵守沙特阿美設(shè)施或公司代表規(guī)定的所有PPE要求。

開始作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)作業(yè)內(nèi)容的不同開展班前教育活動(dòng)。

在進(jìn)行水上或鄰近水域作業(yè)時(shí)，應(yīng)配備足夠數(shù)量、獲批的救生和救援設(shè)備。在分配此類工作之前，存在溺水危險(xiǎn)的作業(yè)人員應(yīng)獲得并持有有效的水中生存能力證明，穿戴好個(gè)人漂浮設(shè)備。

(3)打樁前，在1號(hào)碼頭墻和鉆機(jī)碼頭的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)頂面設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)并做好原始記錄，以便檢查打樁后是否影響其周邊結(jié)構(gòu)。鋼管樁打樁過(guò)程中，安排專人對(duì)P3包碼頭墻進(jìn)行觀測(cè)。必須對(duì)周圍建筑造成的影響進(jìn)行控制：水平位移控制在75 mm內(nèi)，豎直位移控制在+100 mm，-50 mm(具體以圖紙上的規(guī)定為準(zhǔn))。

(4)鋼管樁施工期間，監(jiān)測(cè)每天的實(shí)際潮汐時(shí)間，及時(shí)收集數(shù)據(jù)，建立潮汐表，以利準(zhǔn)確指導(dǎo)施工。

5 鋼管樁的施工進(jìn)度與結(jié)語(yǔ)

2020年9月29日，1號(hào)指碼頭開始打樁，于2021年10月24日完成鋼管樁打樁施工。剔除鋼管到貨影響的天數(shù)，正常有效的打樁天數(shù)為60 d，平均每天打樁4根，高峰期達(dá)到每天7根，按時(shí)圓滿地完成了打樁任務(wù)。

通過(guò)沙特國(guó)王港海上超大直徑鋼管樁施工技術(shù)的介紹，使讀者對(duì)沙特國(guó)王港海上鋼管樁施工技術(shù)程序及過(guò)程有所了解，所取得的經(jīng)驗(yàn)可為海外同行進(jìn)行相關(guān)施工時(shí)提供借鑒。