超短型嵌巖鋼管施工技術(shù)研究

姜明佐

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島 266000）

0 引言

長(zhǎng)島綜合試驗(yàn)區(qū)小欽島、北隍城二級(jí)漁港升級(jí)改造及維護(hù)項(xiàng)目工程分別位于山東省的最北端小欽島及北隍城島上。

該工程為碼頭兼防波堤結(jié)構(gòu)，水工主體設(shè)計(jì)采用嵌巖鋼樁管，共計(jì)173 根。鋼管樁長(zhǎng)度均在31m 以內(nèi)，最短長(zhǎng)度為8.2m。設(shè)計(jì)要求鋼管樁打入中風(fēng)化巖2m以上，且大部分為1∶4 斜樁。

設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高1.8m，高潮位＋2m，壓樁后打樁船原有的抱樁器無(wú)法進(jìn)行抱樁，共計(jì)有119 根17m 以下鋼管樁無(wú)法正常抱樁；打樁船進(jìn)行仰樁施工時(shí)，龍口高于水面0.5m 左右，在高潮位打樁船替打有滑脫風(fēng)險(xiǎn)，造成打樁船無(wú)法正常施工。如何解決超短樁的正常打設(shè)是工程順利實(shí)施的關(guān)鍵[1]。

1 課題研究?jī)?nèi)容

為解決超短鋼管樁的正常施工，需從以下幾方面進(jìn)行深入的研究：

第一，選擇合適的樁錘，保證鋼管樁嵌巖的深度符合設(shè)計(jì)要求。

第二，解決超短鋼管樁在入泥前的穩(wěn)定問(wèn)題，防止出現(xiàn)溜樁及替打滑脫現(xiàn)象。

第三，工程斜樁較多，樁頂標(biāo)高較設(shè)計(jì)高水位低，解決全天候沉樁難題。

2 技術(shù)原理

2.1 樁錘的選擇

從2 個(gè)島嶼工程中選取一段覆蓋層最厚及中風(fēng)化強(qiáng)度最大的斷面進(jìn)行計(jì)算分析，見(jiàn)圖1。

圖1 樁基斷面圖

參數(shù)選取見(jiàn)表1。

表1 各巖土層參數(shù)表

鋼管樁：北隍城鋼管樁直徑1100mm，樁長(zhǎng)取30.9m，壁厚為18mm（其中50cm 樁靴壁厚為36mm），樁重為13.6t，入泥深度19m。擬選用D138 柴油沖擊錘驗(yàn)算沉樁的可能性，見(jiàn)圖2。

圖2 D138-32 筒式柴油打樁錘技術(shù)參數(shù)表

可打性計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 可打性計(jì)算結(jié)果

結(jié)論：從可打性分析結(jié)果看可以實(shí)現(xiàn)沉樁，終錘貫入度為6mm（較低），錘擊數(shù)為356 錘（與施工時(shí)數(shù)據(jù)基本相同）。

2.2 簡(jiǎn)易抱樁器的使用

鋼管樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)較短，最短僅有8.2m 長(zhǎng)，而打樁船抱樁器距離甲板有5m 高，在鋼管樁施工穩(wěn)樁過(guò)程中，由于樁長(zhǎng)較短壓樁后樁頂即低于抱樁器，抱樁器無(wú)法發(fā)揮作用，需要將液壓抱樁器整體改造至水面位置方可使用，所有的油路、電路、控制系統(tǒng)均需進(jìn)行改造，且改造時(shí)間較長(zhǎng)，將嚴(yán)重影響船機(jī)進(jìn)場(chǎng)時(shí)間[2]。

按照經(jīng)濟(jì)快速的原則，在打樁架靠近水面位置，參考原有的液壓抱樁器設(shè)計(jì)加工一套利用絞車控制的簡(jiǎn)易抱樁器。主要在樁架上使用軸承連接兩根2m長(zhǎng)的32#H 型鋼（兩翼加焊筋板），并在前后左右四個(gè)方向安裝與原有抱樁器相同的導(dǎo)向滑輪。簡(jiǎn)易抱樁器的開(kāi)閉采用定滑輪與甲板上的2 臺(tái)絞車鋼絲繩連接進(jìn)行控制，見(jiàn)圖4。

圖4 簡(jiǎn)易抱樁器

2.3 送樁器的設(shè)計(jì)

由于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為＋1.8m，而高潮位為＋2m，打樁船在仰樁施工時(shí)龍口高于水面0.5m 左右，在高潮位施工時(shí)，打樁船樁帽有脫落的風(fēng)險(xiǎn)，造成打樁船無(wú)法在高潮位施工，嚴(yán)重影響打樁效率。

為解決高潮沉樁難題，經(jīng)過(guò)研究加設(shè)送樁器，使鋼管樁在沉樁過(guò)程中不受潮汐漲落影響，大大提高施工效率。具體做法：采用壁厚20mm（壁厚大于鋼管樁）、長(zhǎng)度3m 的鋼管樁加上厚50mm 的替打鋼板以及定位筋板制成送樁器。在高潮位提前將送樁器連接在鋼管樁上，打樁船替打直接套在送樁器鋼管上進(jìn)行打設(shè)，可保證打樁船連續(xù)進(jìn)行沉樁施工，不再受潮水影響。見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 送樁器施工圖

圖6 送樁器加工圖

2.4 操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

第一，鋼管樁立樁后，簡(jiǎn)易抱樁器通過(guò)操控甲板上的兩臺(tái)絞車將鋼管樁抱緊，需先安排人員檢查抱樁器上的四個(gè)滑輪是否與鋼管樁貼緊，再采用起降鋼管樁的方式檢查抱樁器抱樁是否穩(wěn)固，檢查無(wú)誤后操作人員將抱樁器前端的固定桿鎖緊，最后再調(diào)整樁架的斜度進(jìn)行斜樁施工。

第二，在高潮位進(jìn)行錘擊施工時(shí)，由于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高較低，需時(shí)刻注意防止樁帽和替打從龍口脫落。如不能一次性沉樁到位，打樁船可先將樁帽脫離后吊起送樁器安裝至鋼管樁上；安裝完成后安排人員檢查送樁器與鋼管樁對(duì)接是否緊密，防止出現(xiàn)單點(diǎn)受力的情況；在復(fù)打時(shí)首錘采用1 擋施工，錘擊時(shí)技術(shù)人員應(yīng)隨時(shí)觀察該對(duì)接位置是否出現(xiàn)異常擾動(dòng)，見(jiàn)圖7。

圖7 送樁器安裝圖

3 工藝實(shí)施效果

3.1 工程實(shí)施的創(chuàng)新點(diǎn)

第一，該工程通過(guò)計(jì)算確定樁錘選型，保證鋼管樁的嵌巖深度符合設(shè)計(jì)要求。

第二，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，應(yīng)用簡(jiǎn)易抱樁器解決了超短型嵌巖鋼管樁在穩(wěn)樁時(shí)因樁長(zhǎng)太短抱樁器無(wú)法抱樁定位而導(dǎo)致出現(xiàn)的溜樁及替打滑脫現(xiàn)象。

第三，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，采用送樁器加長(zhǎng)鋼管樁，解決了受設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高影響高潮位無(wú)法正常施工的難題。

在已完成的鋼管樁中通過(guò)高應(yīng)變檢測(cè)樁基承載力均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 工藝需改進(jìn)之處

第一，送樁器與鋼管樁安裝完成后，務(wù)必安排人員沿對(duì)接接口進(jìn)行檢查，確保對(duì)接嚴(yán)密、不存在單點(diǎn)受力的情況，方可指揮打樁船錘擊。錘擊時(shí)需試打一錘，觀察鋼管樁是否有大的擾動(dòng)，確認(rèn)無(wú)誤后打樁船再繼續(xù)施打。

第二，該送樁器底部定位十字筋板高度為50cm，在實(shí)際使用時(shí)發(fā)現(xiàn)深入鋼管樁內(nèi)定位長(zhǎng)度不足，造成打樁船需要反復(fù)調(diào)整就位方能對(duì)接嚴(yán)密。送樁器的十字定位筋板高度應(yīng)取樁內(nèi)徑的1 倍以上，加工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制尺寸。

第三，簡(jiǎn)易抱樁器僅通過(guò)鋼絲繩與甲板后方絞車連接，在施工時(shí)由于鋼絲繩由延展性，在斜樁施工時(shí)在受力下出現(xiàn)抱樁不穩(wěn)的情況，在抱樁器閉合完成后在前端采用一根加固桿進(jìn)行加固鎖緊后方可滿足施工要求[3]。

4 效益評(píng)估

目前，鋼管樁打設(shè)已完成34 根，利用送樁器打設(shè)完成8 根，經(jīng)過(guò)高應(yīng)變檢測(cè)，所施打鋼管樁均滿足設(shè)計(jì)要求。

送樁器的加工費(fèi)用為8000×3.1＝2.48 萬(wàn)元，每天2 個(gè)潮水共增加6 小時(shí)的作業(yè)時(shí)間，僅每天船機(jī)費(fèi)用減少6/24×5.2＝1.3 萬(wàn)元（打樁船費(fèi)用4 萬(wàn)元/天、運(yùn)裝船1 萬(wàn)元/天、錨艇0.2 萬(wàn)元/天），該工程預(yù)計(jì)作業(yè)30 個(gè)作業(yè)日，預(yù)計(jì)最少產(chǎn)生效益：1.3×30-2.48＝36.52 萬(wàn)元。

改造原有抱樁器，廠家報(bào)價(jià)為55 萬(wàn)元，且改造時(shí)間最少15 天以上；簡(jiǎn)易抱樁器費(fèi)用僅為1.24 萬(wàn)元（鋼材費(fèi)用1.6t×5000＝0.9 萬(wàn)元、人工費(fèi)300×8＝0.24萬(wàn)、輔材費(fèi)用0.1 萬(wàn)元），生產(chǎn)效益53.76 萬(wàn)元。

通過(guò)技術(shù)革新，僅船機(jī)直接費(fèi)用就節(jié)省了90.28萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

該工程是長(zhǎng)島地區(qū)因國(guó)家環(huán)保政策影響首個(gè)由重力式碼頭變更為高樁碼頭的項(xiàng)目，超短型嵌巖鋼管樁在長(zhǎng)島地區(qū)無(wú)任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。超短型嵌巖鋼管樁的順利施打?yàn)殚L(zhǎng)島后續(xù)的碼頭建設(shè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)、打消了大家能否在長(zhǎng)島地區(qū)進(jìn)行鋼管樁碼頭建設(shè)的疑問(wèn)。目前，長(zhǎng)島后續(xù)已有多個(gè)島嶼碼頭已經(jīng)立項(xiàng)均采用了鋼管樁碼頭結(jié)構(gòu)，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益巨大。