于洋，梁勝光，段蛟，孫曉偉（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北　武漢　430012）

強(qiáng)涌浪海域堅(jiān)硬黏土層鋼管樁沉樁施工技術(shù)

于洋，梁勝光，段蛟，孫曉偉
（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢430012）

摘要：以色列阿什杜德港28號(hào)碼頭采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，主體工程開(kāi)工前需對(duì)4根鋼管樁進(jìn)行沉樁試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)存在浮式施工平臺(tái)難以滿(mǎn)足施工精度要求、堅(jiān)硬黏土層沉樁難度大、輔助樁受波浪力作用擺動(dòng)大、鋼管樁整根起吊困難等技術(shù)難題。通過(guò)采用頂升平臺(tái)作為施工平臺(tái)、翻樁器翻樁、移動(dòng)導(dǎo)向架定位工程樁，履帶吊配合液壓沖擊錘沉樁的新工藝，有效解決了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)難題，順利完成了28號(hào)碼頭試樁工作。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)涌浪；堅(jiān)硬黏土層；鋼管樁；平臺(tái)；翻樁器

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力增長(zhǎng)和港口專(zhuān)業(yè)技術(shù)發(fā)展，碼頭施工行業(yè)逐步走向海外，針對(duì)海外施工環(huán)境的碼頭施工技術(shù)研究顯得尤為關(guān)鍵。

目前，國(guó)內(nèi)碼頭施工多采用打樁船施工工藝[1-3]。中交二航局承建的以色列阿什杜德港28號(hào)碼頭項(xiàng)目風(fēng)浪條件惡劣，季風(fēng)期有效波高1 m左右，最大可達(dá)6 m以上；地質(zhì)條件差，管樁施工范圍內(nèi)存在3層堅(jiān)硬黏土層；鋼管樁長(zhǎng)48～54 m，最大重量達(dá)40 t左右，采用常規(guī)施工工藝難以滿(mǎn)足要求。所以，必須尋找一種科學(xué)有效且與環(huán)境相適應(yīng)的施工方法，以完成28號(hào)碼頭沉樁試驗(yàn)。

1　工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介

以色列阿什杜德港28號(hào)碼頭位于地中海海域，采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，泊位長(zhǎng)434 m?；A(chǔ)采用鋼管樁，共624根。樁基施工前需對(duì)4根鋼管樁進(jìn)行沉樁測(cè)試。鋼管樁參數(shù)見(jiàn)表1，碼頭樁基平面布置見(jiàn)圖1。

表1 鋼管樁參數(shù)表Table 1　Parameter list of steel pipe pile

圖1　碼頭樁基平面布置圖Fig.1　Layout of wharf pile foundation

1.2水文條件

水深17 m，平均海平面0.08 m，大潮高潮位0.38 m，大潮低潮位-0.22 m，平潮高潮位0.18 m，平潮低潮位-0.12 m。

1.3波浪條件

施工期10 a一遇波浪要素：Hmo=5.75 m，Tp=12.2 s，337.5毅。波浪各級(jí)有效波高出現(xiàn)頻率見(jiàn)表2。

表2　各級(jí)有效波高出現(xiàn)頻率Table 2　Frequency of significant wave height

1.4地質(zhì)條件

28號(hào)碼頭各地層參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 碼頭前沿地質(zhì)參數(shù)Table 3　Geological parameter of wharf apron

2　工程難點(diǎn)

1）浮式平臺(tái)的施工工藝難以滿(mǎn)足施工精度的要求。

2）輔助樁受波浪力作用，擺動(dòng)幅度大。

3）鋼管樁整根起吊、喂樁難度大。

4）鋼管樁需穿越3層堅(jiān)硬黏土層，沉樁存在一定難度。

3　施工工藝選擇

根據(jù)本工程特點(diǎn)及難點(diǎn)，在此施工環(huán)境下要想順利完成沉樁試驗(yàn)，必須尋求一種施工方法，既能盡量減小受波浪條件制約，又能滿(mǎn)足施工精度要求，還能使鋼管樁安全起吊及順利沉入。通過(guò)分析調(diào)研，采用了頂升平臺(tái)作為施工平臺(tái)，翻樁器翻樁、移動(dòng)導(dǎo)向架定位鋼管樁，履帶吊配合液壓沖擊錘沉樁的新型工藝（圖2）。

圖2 沉樁試驗(yàn)施工Fig.2　Construction of pile driving test

頂升平臺(tái)根據(jù)平臺(tái)上設(shè)備的重量選用400 t型，頂起后，由4條入土鋼支腿承受平臺(tái)上的施工荷載。

翻樁器固定在運(yùn)樁駁船尾，豎樁原理為：鋼管樁通過(guò)自重及卡板與翻轉(zhuǎn)架固定，吊車(chē)單點(diǎn)起吊，鋼管樁和翻樁架一起繞鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)并豎起。

吊車(chē)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所需吊重、吊幅、吊高等選用260 t履帶吊，主臂長(zhǎng)59 m。

液壓沖擊錘根據(jù)打樁分析計(jì)算選用HHK14s液壓沖擊錘。

由于首次采用該方案，無(wú)經(jīng)驗(yàn)可循，在如此惡劣的施工環(huán)境下，急需解決輔助樁如何穩(wěn)定、導(dǎo)向架如何精確定位、鋼管樁如何安全吊至導(dǎo)向架以及如何使施工工效最大化等難題。

4　施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1頂升平臺(tái)定位、頂升

平臺(tái)采用起錨艇拖帶，到達(dá)指定位置后首先進(jìn)行粗定位，然后拋錨，通過(guò)錨纜調(diào)節(jié)進(jìn)行精確定位。

頂升平臺(tái)采用液壓頂升，頂升過(guò)程中需注意對(duì)角對(duì)稱(chēng)頂升，單次頂升行程差不超過(guò)30 cm。

4.2輔助樁施工

輔助樁采用準(zhǔn)800 mm伊10 mm鋼管，長(zhǎng)32 m。頂標(biāo)高+3 m。

1）起吊：輔助樁采用單點(diǎn)吊，為了方便振動(dòng)錘夾樁，吊起后采用鋼絲繩臨時(shí)固定在平臺(tái)邊緣。

2）夾樁：振動(dòng)錘吊起后，采用人工通過(guò)晃繩將液壓夾鉗對(duì)入鋼管樁。

3）沉樁：輔助樁采用ICE1412型振動(dòng)錘沉樁。首先靠自重下沉直至穩(wěn)定，滿(mǎn)足要求后開(kāi)啟振動(dòng)錘振動(dòng)下沉。沉樁過(guò)程中需嚴(yán)格控制其垂直度滿(mǎn)足施工要求。

4）穩(wěn)樁：輔助樁沉設(shè)到位后，受波浪力作用，擺動(dòng)較大。為了使其穩(wěn)定，首先將靠近平臺(tái)兩根輔助樁通過(guò)焊接平聯(lián)與平臺(tái)固接，然后通過(guò)導(dǎo)向架與輔助樁的連接，使4根輔助樁整體穩(wěn)定。

4.3導(dǎo)向架定位施工

首先將導(dǎo)向架吊至樁頂，然后利用導(dǎo)向架作為站人平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量放樣，根據(jù)測(cè)量結(jié)果焊接限位板，最后再次起吊導(dǎo)向架，安裝至準(zhǔn)確位置并與輔助樁固定。為了提高拆裝工效，導(dǎo)向架與輔助樁采用對(duì)拉精扎螺紋鋼固定。

4.4鋼管樁起吊、喂樁施工

1）起吊：鋼管樁重量重，長(zhǎng)度長(zhǎng)，單點(diǎn)起吊難以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)受工藝限制，現(xiàn)場(chǎng)只有1臺(tái)吊車(chē)，難以采用抬吊方案。為了保證安全，采用翻樁器配合履帶吊起吊。

2）喂樁：為了既保證喂樁安全，又不增大吊車(chē)型號(hào)，選用借助水深喂樁的方案。先將鋼管樁入水16 m，然后打開(kāi)導(dǎo)向架側(cè)門(mén)，從導(dǎo)向架側(cè)面將鋼管樁吊至籠口，最后關(guān)緊側(cè)門(mén)。

4.5鋼管樁沉樁施工

鋼管樁精調(diào)到位后，通過(guò)晃繩調(diào)節(jié)將液壓沖擊錘對(duì)入鋼管樁。首先靠自重下沉直至穩(wěn)定，滿(mǎn)足要求后開(kāi)啟沖擊錘。為了防止溜樁，先采用小沖程沉樁，逐步增大沖程，在堅(jiān)硬黏土層標(biāo)高以上1 m時(shí)，將沖程加到最大，待沉樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高1 m時(shí)，需適當(dāng)減小沖擊錘沖程，防止超沉。

5　結(jié)語(yǔ)

以色列阿什杜德項(xiàng)目采用頂升平臺(tái)作為施工平臺(tái)，翻樁器翻樁、移動(dòng)導(dǎo)向架定位鋼管樁，履帶吊配合液壓沖擊錘沉樁的施工工藝，順利完成了28號(hào)碼頭沉樁試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)遇到的技術(shù)難題均得到成功解決，為28號(hào)碼頭樁基施工提供了有力技術(shù)支撐。

1）采用頂升平臺(tái)作為施工平臺(tái)，有效解決了浮式平臺(tái)在波浪力作用下打樁精度難以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的難題，同時(shí)其具有靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

2）采用翻樁器豎樁，有效解決了超長(zhǎng)超重鋼管樁整根起吊問(wèn)題。但根據(jù)沉樁試驗(yàn)結(jié)果，該類(lèi)型翻樁器在2 000 t方駁上使用的條件是最大波高不大于0.6 m，仍具有局限性，在主體工程施工時(shí)需對(duì)其優(yōu)化。

3）采用借助水深并從側(cè)面喂樁的施工技術(shù)，既保證了施工安全，又降低了履帶吊型號(hào)。

4）通過(guò)將輔助樁與頂升平臺(tái)臨時(shí)固定，有效解決了輔助樁受波浪力作用擺動(dòng)大的技術(shù)難題。但其施工效率偏低，在主體工程施工時(shí)需要對(duì)其優(yōu)化。

5）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，選用的HHK14s液壓沖擊錘完全滿(mǎn)足施工要求，驗(yàn)證了打樁分析計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在類(lèi)似施工環(huán)境下，采用此種施工工藝進(jìn)行高樁碼頭鋼管樁施工，有明顯的優(yōu)越性，既能有效解決打樁船受波浪影響的局限性問(wèn)題，又能保證超長(zhǎng)超重鋼管樁整根起吊的安全性和經(jīng)濟(jì)性，為拓展海外市場(chǎng)奠定了一定的施工技術(shù)基礎(chǔ)，但其施工工效仍需進(jìn)一步論證，施工工藝仍需進(jìn)一步優(yōu)化。

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E-mail：153152447@qq.com

中圖分類(lèi)號(hào)：U655.54；U656.113

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：2095-7874（2016）01-0056-03

doi：10.7640/zggwjs201601013

收稿日期：2015-07-31

作者簡(jiǎn)介：于洋（1985— ），男，湖北武漢人，工程師，土木工程專(zhuān)業(yè)，從事路橋施工管理及港口碼頭技術(shù)管理工作。

Construction technology of driving steel pipe piles in stiff clay layer with strong sea swell

YU Yang,LIANG Sheng-guang,DUAN Jiao,SUN Xiao-wei
（CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430012,China）

Abstract：Quay 28 of Ashdod Port in Israel is a high piled slab structure.Before the main project starts,there are four pipe piles needing pile dynamic testing.There are many challenges during construction,such as the floating construction platform at site is very difficult to meet the required tolerance,it is very hard to driving piles through the stiff clay layer,the guide piles swing too much under the wave action and having difficulty handling a whole pipe pile.All these problems have been solved by using a jack up platform as the construction platform,lifting the whole pipe pile by a turn over device,adopting a moving guide frame to position the production pipe piles and using the new construction technology of driving piles with a crawler and a hydraulic impact hammer.Finally,the pile dynamic testing is finished successfully.

Key words：strong sea swell;stiff clay layer;steel pipe pile;platform;turn over device