曲劍 中交一航局第三工程有限公司

1.工程概況

恒力石化（大連）水工工程（長(zhǎng)興島北岸作業(yè)區(qū)114號(hào)—115號(hào)30萬(wàn)噸級(jí)原油泊位）共有兩座棧橋，棧橋結(jié)構(gòu)型式相同，每個(gè)泊位的棧橋總長(zhǎng)度487m，共分四跨，每跨橋長(zhǎng)118m，橋面寬14.5m，采用鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)。

棧橋墩采用高樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)。12#、13#和14#墩基礎(chǔ)均采用鋼管樁結(jié)構(gòu)，共計(jì)42根，其中12#、13#棧橋墩平面尺寸為18m×14m，采用15根φ1600mm鋼管樁；14#棧橋墩平面尺寸為15m×14m，采用12根φ1600mm鋼管樁，鋼管樁均打入中風(fēng)化1m或強(qiáng)風(fēng)化巖下2.5m。墩臺(tái)厚度均為3m。

2.工程特點(diǎn)分析

（1）海上施工鋼管樁沉樁過(guò)程中控制鋼管樁平面坐標(biāo)位置、打入深度、斜度及扭轉(zhuǎn)角為本工程技術(shù)控制的重點(diǎn)。

（2）海上施工鋼管樁打入深度、沉樁位置、角度控制為本工程質(zhì)量控制重點(diǎn)。

（3）海上施工鋼管樁沉樁后及時(shí)設(shè)立醒目標(biāo)志對(duì)成品進(jìn)行保護(hù)為本工程質(zhì)量控制重點(diǎn)。

（4）海上施工鋼管樁沉樁貫入度與嵌巖深度、標(biāo)高控制是本工程技術(shù)控制的難點(diǎn)。

3.前期技術(shù)準(zhǔn)備工作

3.1 鋼管樁制作場(chǎng)地選擇

鋼管樁由外委鋼管廠加工成管節(jié)運(yùn)至制樁場(chǎng)地，在制樁場(chǎng)地進(jìn)行焊接、除銹和防腐處理。制樁場(chǎng)地包括防腐場(chǎng)地及接樁場(chǎng)地，兩者相鄰，減少倒運(yùn)次數(shù)，提高施工效率，降低成本。本工程制樁場(chǎng)地選擇在信德管樁廠靠近出運(yùn)碼頭位置處。鋼管樁必須經(jīng)項(xiàng)目部主辦施工員及監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后方可裝船，不合格的鋼管樁嚴(yán)禁裝船沉樁。鋼管樁接樁與防腐施工場(chǎng)地選址在信德管樁廠內(nèi)，位于龍門吊之間位置。

3.2 打樁船選擇

由于114#泊位鋼管樁長(zhǎng)度為41m～48m，115#泊位鋼管樁長(zhǎng)度為41.5m～54m，鋼管樁長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且鋼管樁需打入中風(fēng)化1m或強(qiáng)風(fēng)化巖下2.5m。根據(jù)樁基設(shè)計(jì)規(guī)范最終確定使用D-160型柴油打樁錘可滿足施工要求。

3.3 船舶吃水

按滿載考慮，打樁船吃水3m，施工現(xiàn)場(chǎng)海域最淺水深為5m，船舶吃水滿足要求。

3.4 鋼管樁吊索具計(jì)算

本工程單根鋼管樁最大重量為54.2t，樁長(zhǎng)為48.0m，以下吊索具均以滿足此重量的鋼管樁的施工進(jìn)行設(shè)計(jì)。

鋼管樁設(shè)三個(gè)吊點(diǎn)，起吊過(guò)程中可按照兩點(diǎn)起吊考慮。鋼絲繩與鋼管樁平面夾角按照60°考慮（規(guī)范要求不得小于60°），則單根鋼絲繩受力為54.2t/（2＊0.866）=31.3t，安全系數(shù)取6.0，則鋼絲繩破斷拉力為6.0＊31.3t=187.8t，即1878KN。吊裝用鋼絲繩采用公稱抗拉強(qiáng)度M=1960N/mm2，6×37(a)類的纖維芯鋼絲繩，直徑為5 4mm，根據(jù)《一般用途鋼絲繩》（GB/T 2011—2006）第26頁(yè)表19可得，鋼絲繩破斷拉力為1890KN，滿足施工要求。采用單個(gè)承重60t的卡環(huán)，滿足施工要求。

圖1 棧橋立面圖

圖2 棧橋墩橫向典型剖面圖

圖3 鋼管樁沉樁施工工藝流程圖

4.施工工藝方法

4.1 工程施工概述

114#泊位（115#泊位同）棧橋墩結(jié)構(gòu)形式采用高樁墩臺(tái)。12#、13#和14#墩基礎(chǔ)均采用鋼管樁結(jié)構(gòu)，共計(jì)42根，其中12#、13#棧橋墩平面尺寸為18m×14m，采用15根φ160 0m m鋼管樁；14#棧橋墩平面尺寸為15m×14m，采用12根φ1600mm鋼管樁，鋼管樁均打入中風(fēng)化1m。114#泊位鋼管樁長(zhǎng)度為41m～48m，上部壁厚30mm，長(zhǎng)度26.5m～36.5m，下部壁厚24mm，5.5m～16.5m。115#泊位鋼管樁長(zhǎng)度為41.5 m～5 4 m，上部壁厚30mm，長(zhǎng)度27.5m～44.5m，下部壁厚24mm，8.5m～22m。

鋼管樁沉樁計(jì)劃由114#泊位近岸的14#墩開始施工，依次進(jìn)行13#、12#墩鋼管樁施工，114#泊位鋼管樁沉樁完成后進(jìn)行115#泊位鋼管樁沉樁施工，沉樁順序同114#泊位。

打樁順序：114-14#墩→114-13#墩→114-12#墩→115-14#墩→115-13#墩→115-12#墩。

4.2 施工工藝流程

4.3 施工方法

4.3.1 施工準(zhǔn)備

1)氣象收集：收聽五天天氣預(yù)報(bào)，根據(jù)氣象合理安排施工具體時(shí)間。

2)設(shè)備準(zhǔn)備：D-160型打樁船，3000t運(yùn)輸方駁，拖輪，起錨艇等。

3)材料準(zhǔn)備：鋼管樁84根，總計(jì)3852.5m。

4)測(cè)量?jī)x器：GPS一臺(tái)，全站儀兩臺(tái)。

5)建立施工坐標(biāo)系。6)原地面水深測(cè)量。

施工準(zhǔn)備階段應(yīng)進(jìn)行原地面水深測(cè)量，確定鋼管樁沉樁泥面標(biāo)高。

4.3.2 鋼管樁制作加工

1）鋼管樁焊接。本工程鋼管樁的厚度不一，長(zhǎng)度變化較大，每根鋼管樁分為3～4個(gè)管節(jié)分開制作并焊接組裝接長(zhǎng)，對(duì)于厚度30mm的管節(jié)焊接施工采用直縫焊縫；對(duì)于厚度24mm厚的管節(jié)焊接施工采用縱向螺旋焊縫。鋼管樁管節(jié)組裝施工采用對(duì)接焊縫，所用的焊接材料的機(jī)械性能應(yīng)與鋼管樁所用的材料相適應(yīng)，經(jīng)檢測(cè)，接長(zhǎng)的鋼管樁能夠滿足檢測(cè)要求。

2）鋼管樁現(xiàn)場(chǎng)防腐。本工程業(yè)主要求防腐涂料品牌必須選用佐敦，每次進(jìn)場(chǎng)的防腐涂料都有出場(chǎng)合格證以及本批次的檢驗(yàn)報(bào)告。

鋼管樁運(yùn)至防腐場(chǎng)地后，先進(jìn)行噴砂除銹處理，清除氧化皮、鐵銹和老化涂層。噴砂處理標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到Sa2.5級(jí)。處理后鋼管樁表面要露出金屬色澤，同時(shí)表面不得有焊渣、焊疤、灰塵、油污、水和毛刺等存在。在露天作業(yè)的情況下，使用干燥的壓縮空氣或采用真空吸塵器吸去所有的沙粒和塵土。

鋼管樁采用環(huán)氧玻璃鱗片漆，涂刷前應(yīng)將涂料各組分?jǐn)嚢杈鶆颍砻嫱克⑹┕ぶ?，要根?jù)設(shè)計(jì)防腐年限要求，分底漆及面漆各一道進(jìn)行涂刷，每道防腐層厚度均為300um。在施工過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)稀釋劑用量以及涂刷遍數(shù)進(jìn)行厚度控制。

4.3.3 鋼管樁運(yùn)輸

鋼管樁在信德管樁廠接長(zhǎng)、防腐加工完成后，通過(guò)場(chǎng)地自有126t龍門吊吊裝至信德出運(yùn)碼頭?？康?000t運(yùn)樁方駁威鋒駁上，拖輪拖運(yùn)運(yùn)樁方駁至114-115泊位施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行海上沉樁施工。

裝樁的過(guò)程要輕、穩(wěn)，避免樁與其他構(gòu)件碰撞。每船裝樁前，打樁船船長(zhǎng)都要與項(xiàng)目部技術(shù)人員確定打樁樁序，打樁按照預(yù)留樁位階梯原則進(jìn)行施工。

鋼管樁裝駁前，項(xiàng)目部技術(shù)人員根據(jù)和打樁船船長(zhǎng)共同確認(rèn)的打樁樁序，進(jìn)行裝駁交底，交底中每艘駁船的裝樁順序，按照先打后裝、后打先裝的順序進(jìn)行裝駁，裝駁時(shí)嚴(yán)格按照交底進(jìn)行裝駁并以方駁中軸線為中線對(duì)稱堆放，堆放層數(shù)為1—2層。以114-14#墩為例（12根樁），為保證方駁在裝樁、運(yùn)輸及吊樁施工過(guò)程中的穩(wěn)定，在方駁左側(cè)裝3根樁后再在右側(cè)裝6根樁，再回到左側(cè)裝3根樁。

海上運(yùn)輸從信德管樁廠經(jīng)公共港區(qū)航道到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)約11海里，出運(yùn)前要對(duì)船體進(jìn)行檢查。裝駁過(guò)程中，為防止鋼管樁在裝駁時(shí)發(fā)生滾動(dòng)，甲板面提前用木方支墊，在方駁左右兩側(cè)焊接牛腿作為支撐與定位并加固牢靠，防止鋼管樁四處滾落。為防止牛腿與鋼管樁、鋼管樁與鋼管樁硬接觸損壞防腐涂層，在牛腿上包裹棉被作為防護(hù)措施；在鋼管樁與鋼管樁之間墊上U形木塊作為防護(hù)措施。

為了防止風(fēng)浪影響造成鋼管樁傾倒，用鋼絲繩及緊張器將鋼管樁固定在運(yùn)樁駁甲板上，捆綁牢靠。再用兩條鋼絲繩將鋼管樁系綁在牛腿上，為防止破壞涂層，鋼絲繩需套上橡膠管。

4.3.4 船舶定位

1)打樁船駐位時(shí)布設(shè)八口錨，后錨長(zhǎng)度要大于200m。

2)運(yùn)樁方駁根據(jù)打樁船需要駐位于打樁船的左側(cè)或右側(cè)，樁尖朝向打樁船左舷。

4.3.5 打樁船吊樁和立樁

1）運(yùn)樁方駁與打樁船通過(guò)絞纜協(xié)調(diào)配合靠攏。

2）打樁船吊樁時(shí)，吊鉤勾頭對(duì)準(zhǔn)要鋼管樁中心，主鉤垂下兩根吊索，通過(guò)兩個(gè)卡環(huán)連接在鋼管樁上部?jī)傻觞c(diǎn)上，副鉤垂下一根吊索，通過(guò)一個(gè)卡環(huán)連接在鋼管樁下部吊點(diǎn)上。

3）打樁船主鉤、副鉤同時(shí)起吊，鋼管樁最低點(diǎn)超過(guò)方駁船舷并具備一定安全高度后，運(yùn)輸方駁移到施工區(qū)域外，打樁船通過(guò)錨纜，移船到指定位置。

4）通過(guò)打樁船主副鉤的配合，將鋼管樁豎立起來(lái)并保持豎直狀態(tài)，穩(wěn)定后，做好鋼管樁入龍口準(zhǔn)備。

4.3.6 樁定位校核

打樁船采用GPS自動(dòng)定位系統(tǒng)將樁定位，在定位系統(tǒng)中，提前輸入所有樁平面坐標(biāo)，并通過(guò)錨纜，把船移動(dòng)到第一根鋼管樁的平面位置。準(zhǔn)確定位并穩(wěn)定后，打開抱樁器，樁進(jìn)入龍口，隨后向樁頂套替打（在替打頂部墊上厚度為30cm的鋼絲墊）。

1）打樁船通過(guò)GPS自動(dòng)定位系統(tǒng)完成定位后，陸上采用全站儀進(jìn)行樁位校核。校核無(wú)誤后，打開抱樁器，樁靠自重下沉，樁透過(guò)泥層后，再次校核樁位。如發(fā)生溜樁現(xiàn)象或校核后偏差較大，則將樁提起重新定位。

2）樁靠自重透過(guò)泥層，待樁停止下沉穩(wěn)定后，再次校核如在允許偏差范圍內(nèi)，壓錘下樁。過(guò)程中盡量保持船體平衡，樁錘、替打、樁軸線始終保持在同一直線上。

3）直樁要保證其豎直，在樁架上提前固定傳感器，測(cè)定樁身的傾斜度，并據(jù)此調(diào)整樁架傾角以滿足要求，自沉?xí)r，可“微調(diào)”船位。

4.3.7 鋼管樁沉樁

鋼管樁立樁定位完成穩(wěn)定后，抱樁器抱樁之前作業(yè)人員將鋼管樁下部吊點(diǎn)上的卡環(huán)摘除；鋼管樁靠自重下沉，當(dāng)停止下沉?xí)r，作業(yè)人員將鋼管樁上部的兩個(gè)吊點(diǎn)上的卡環(huán)摘除，準(zhǔn)備進(jìn)行錘擊沉樁。本工程根據(jù)設(shè)計(jì)條件和要求，選用D160型的柴油錘進(jìn)行打樁施工，打樁過(guò)程中盡量保持船體平衡，樁錘、替打、樁軸線始終保持在同一直線上，替打應(yīng)保持平整，避免產(chǎn)生偏心錘擊，先采用重錘輕打，防止溜樁，貫入度穩(wěn)定后，逐漸加大沖擊能量。錘擊連續(xù)，樁尖進(jìn)入持力層后，每十錘記錄一次貫入度。

打樁前提前收聽連續(xù)5天天氣預(yù)報(bào)，并掌握施工區(qū)域水流、流速情況。根據(jù)推測(cè)當(dāng)天的水文變化，選擇平潮時(shí)間進(jìn)行施工，此時(shí)水流流速小、潮位變化慢，可盡量減少因水文變化引起的船位變化，確保船體平衡，樁錘、替打、樁軸線始終保持在同一直線上。沉樁過(guò)程中如遇貫入度突變、斷樁、樁身裂縫、樁身過(guò)大傾斜、移位等異常情況，及時(shí)與設(shè)計(jì)單位溝通聯(lián)系，尋求解決辦法。

4.3.8 停錘驗(yàn)收

圖4 打樁船進(jìn)行鋼管樁沉樁

本工程鋼管樁沉樁以貫入度控制為主，標(biāo)高控制校核為輔。設(shè)計(jì)要求最后10 擊平均貫入度不應(yīng)大于2～3mm/擊，如此時(shí)樁尖標(biāo)高達(dá)到中風(fēng)化巖面下1 m 或強(qiáng)風(fēng)化巖下2.5m，停止錘擊，起替打移船進(jìn)行下一個(gè)鋼管樁沉樁。如沉樁過(guò)程中，樁尖標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)高程而貫入度不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，繼續(xù)錘擊使其貫入度滿足要求或接近要求的控制貫入度，并及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位，確認(rèn)是否滿足要求，可以停錘進(jìn)行下一個(gè)鋼管樁沉樁。

沉樁質(zhì)量及承載力，在鋼管樁施工過(guò)程中進(jìn)行抽檢檢測(cè)校核。檢測(cè)采用高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法，檢測(cè)樁數(shù)共10根。沉樁結(jié)束后，選取10根待檢樁，收集10根待檢樁的沉樁記錄，通過(guò)測(cè)定各樁的錘擊數(shù)、貫入度、落錘高度和樁身拉、壓應(yīng)力，對(duì)單樁垂直承載力進(jìn)行檢測(cè)。單樁垂直抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值≥10300KN。

5.總結(jié)

鋼管樁沉樁施工，應(yīng)提前對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行通盤考慮。從鋼管樁制作加工，打樁船選型以及鋼管樁裝船運(yùn)輸?shù)榷喾矫孢M(jìn)行前期技術(shù)準(zhǔn)備。前期準(zhǔn)備時(shí)必須考慮船舶前沿吃水水深是否滿足施工水域水深條件；施工前需合理編排樁序，最大化提高施工效率，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工細(xì)節(jié)控制，做好鋼管樁沉樁后的成品保護(hù)措施。