浅析高桩码头大直径钢管桩工艺

浅析高桩码头大直径钢管桩工艺
　　中化泉州石化项目青兰山1# 位于湄洲湾湾内南岸的青兰山与黄干岛之间水域，由北向南依次为1# ～ 4# 泊位，分别为10万t 级（兼顾15 万t 级）泊位、5 万t 级泊位、3 万t 级泊位、1 万t 级泊位工程，码头与后方库区交接点为引桥根部。泊位由工作平台、靠船墩、系缆墩、钢引桥等组成，结构形式均为高桩梁板结构，系缆墩采用高桩墩式结构，平台采用高桩梁板结构。该工程需施打钢管桩总计258 根，全部为直桩。
　　工程地质
　　施工区的地质情况为：施工区勘探深度内揭露的土层自上而下主要为：淤泥、淤泥质黏土、中砂混淤泥、中砂、粉质黏土、碎石混黏性土、残积黏性土、砂砾性黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。
　　设备改造
　　该工程单桩最重约58t，最长46m，最大桩径φ2600mm，根据现场的水深情况，“粤工桩8”打桩船桩架高度超过93.5m，打桩长度达80m 水深，“粤工桩8”最大起吊能力120t，最大施打桩径φ2000mm，需改造后方可满足φ2600mm 桩的施打要求。
　　桩中心距离确定及材料选择根据φ2600m m 钢管桩直径，考虑到桩锤、替打、背板以及桩锤起落架一整套设备在施工作业中能较为精确定位，并有利于桩工的解扣作业，将桩锤、替打以及背板的中心点的纵轴线与桩架龙口外平面的直线距离选为1600mm；因桩锤整体外移，须对桩锤起落架的导向脚相应加长，为满足起落架在起落桩锤有足够的支承强度和刚度，将其导向脚做成衡架钢结构形式与起落架连接。同时，因桩锤整体外移，桩锤导向脚也相应被加长；因其悬臂太长，对导向脚的材质与加工精度也必须要有较高的要求，其钳口的材料采用35# 钢优质锻件，加工精度须达6.3 级以上；
　　以桩架龙口外平面为基准面，要求桩锤、替打以及背板的中心点在同一纵轴线上，因此，四个桩锤导向脚的制作精度与强度尤为重要，导向脚本体采用优质结构钢—锰16 钢，其焊接焊条采用低氢碳钢焊条—T H427，对焊条直径、焊接电流以及坡口、焊脚宽度也有较为严格的要求；焊接成型后，整体退火处理，以消除焊接应力。此外，替打及背板的导向钳口均采用35#钢优质锻件，其制作工艺与机械加工精度均有相应严格的技术要求；替打承力主板以及替打钢垫板均采用35# 锻钢加工成型，保证足够的强度与刚度，同时也能较好地传递桩锤的锤击能量，以满足施工要求。
　　因为该工程须施打直径为φ1200mm、φ1600mm、φ1800mm、φ2200m m 以及φ2600m m 五种规格的钢管桩，为减少更换打桩配套设备的频率，提高施工效率，施打各种规格的钢管桩所用的替打、背板以及桩锤导向脚，均以其中心点的纵轴线与桩架龙口外平面的直线距离均采用1600m m 的基准尺寸制作而成。
　　在施工过程中，施打各种规格的桩时，都是使用同一套桩锤导向脚和桩锤起落架。
　　设备改造难点及解决方法“粤工桩8”打桩船原来一直采用桩锤起落架的形式吊重起落桩锤，优点在于：当锤击桩顶后出现幅度较大的滑桩时，不但可以避免扯断吊锤钢丝绳险情的发生；而且，当施打坡比较大的仰桩时，还可以省去人工推钢丝绳的工序，减少人力劳动，提高施工效率。但是此次须施打直径为φ2600m m 的钢管桩，其替打本体、替打钢垫板以及垫替打的钢丝绳的重量总和近20t，而桩锤本体、桩锤导向脚以及桩锤起落架的重量总和超过41t。
　　如果采用以往桩锤和替打一体吊重的形式起落桩锤，可能会超出相关配套设备的机械负荷和强度极限。因为桩锤起落架的定滑轮组的转轴直径为φ100m m，而且因其只配套两个滑轮，如果使用该定滑轮组直接吊起重量超过61t 的桩锤和替打，加上摩擦系数，势必会超出该定滑轮组的强度极限。此外，吊锤卷扬机的额定负载为120k N，如果使用该卷扬机直接吊重起落桩锤和替打，也已超出了该卷扬机的机械负荷。另外，不仅桩锤提锤档块的强度无法满足同时起落桩锤和替打的重量；而且，如果使用2×150k N 双滚筒卷扬机同时吊重起落桩锤和替打，就只能使用飞机架的形式来吊重，不仅要专门订做配套设备，而且吊锤钢丝绳和吊钩钢丝绳在同一平行线上，稍有浪涌，就会造成机械事故。综合考虑了以上因素，在施打φ2600m m 钢管桩过程中，决定采用桩锤与替打分开吊重起落的形式来施工作业，即不用120K N 卷扬机吊重起落桩锤，而用2×150k N 双滚筒卷扬机来吊重起落替打，以保证施工安?strong>?
　　施工方法施工前准备工作对勘测平面控制网点、水准点和设计图纸进行必要的交接和复核；测量沉桩区泥面标高；根据桩位平面布置图，结合工程要求和施工条件，布置沉桩顺序，并按顺序预制加工，安排基桩运输及沉桩工作。
　　抛锚定位码头1#、2# 泊位码头海侧水深在15m 以上，施打码头时桩船定位于海侧，可直接抛锚（头中缆除外）；码头岸侧为淤泥质浅滩，沉桩区域离岸较近，不适于抛锚，需埋设地牛带缆上岸。
　　根据现场实际情况，在岸上间隔约每100m 设置一个地牛，并用一条50m 的钢丝绳引出来，沉桩需要时直接带缆到钢丝绳上，与地牛相连。4# 引桥桩基所处位置泥面较高，须赶潮水作业，利用高潮水进行沉桩施工，低潮时将桩船退至水深足够的地方，防止搁浅。
　　沉桩控制平面控制 水上沉桩的平面测量主要采用在打桩船上安装的G P S 打桩定位系统，由G P S 进行定位。打桩定位的结果要测定桩身的位置、方位和倾斜度，由于不能将G P S 天线直接安装在桩身上，因此为实现对桩身的定位和定向，在桩船上安装了三台G P S（R T K）接收机（流动站）和一台倾斜仪以确定船体的位置和姿态，进而可以确定船体上桩的位置，从而实现对桩的定位和定向。
　　高程控制 高程通过岸上架设水准仪或全站仪进行测量控 制。通过观测桩身的划桩刻度，以横丝作为桩顶标高的观测基准，通过观测桩身刻在横丝上的读数来推求桩顶标高。必要时可通过观测水面线处的桩身刻度直接计算桩顶标高。
　　锤击数及贯入度的测定 锤击数采用人工记录，记数人员用计数器记录锤击数，通过测量桩的贯入深度来计算贯入度。在贯入度大的时候，贯入深度一般1m 记录一次，贯入度小的时候可按20cm、10cm 记录一次。
　　沉桩贯入度的控制沉桩使用D -160 柴油锤施工，钢管桩沉桩以贯入度控制为主，标高控制为校核。
　　因该工程属于新建港址，地质情况复杂，要求桩基进入强风化层一定的深度，且除钢护桩之外，所有的桩都必须做灌注桩（嵌岩桩）。结合现场的地质情况、桩基类型及桩锤性能等情况，且考虑防止钢套管卷边，沉桩收锤标准如：D160 锤二档控制标准，最后一阵10 击平均贯入度＜ 10mm / 击，可停锤；D160锤一档控制标准，最后一阵10 击平均贯入度＜ 8mm/ 击，可停锤；
　　当贯入度尚未达到设计要求，但桩端标高比设计标高高30c m以内即可停锤；当沉桩过程中贯入度出现异常突变时，应立即停止锤击，分析原因并将情况汇报给相关单位研究解?strong>觥?
　　问题
　　及处理方法吊环改吊孔原设计方案在距桩顶0.207L 处焊2 个吊环、距桩尖0.207L处焊1 个吊环作为吊桩之用，如果采用焊接吊环为吊点，不仅焊接工作量大，也不利于运输，更麻烦的还是在施打桩过程中，必须将吊耳割除，影响了施工进度。为此，将吊环改为桩顶处开4 个十字对称分布直径80mm 的圆孔，孔的边距桩顶100mm ；
　　吊桩时采用35t 卸扣卡住圆孔，桩尖位置采用特制的吊钩卡住桩尖底部，桩立起来后，底部的吊钩自动脱落，节省了解扣的时间，加快了施工进度。
　　垂直度控制该工程大部分桩都需要做灌注桩（嵌岩桩），为避免后期冲孔因桩身倾斜而导致卡锤现象，做好沉桩垂直度控制显得非常必要。打桩船轴线方向的垂直度可以通过调整桩架来实现，而打桩船左右方向的垂直度则需要通过调整压舱水的方法来实现。最直接有效的方法是将两个对称安装的主吊钩尽量松落至水面，调驳船压载水，使两个主吊钩相对于龙口的中轴线较为对称分布，从而确保所施打钢管桩的垂直度，以满足施工工艺的要求。
　　目前，港口工程桩基不断朝着桩径更大、桩长更长的方向发展，对设备及施工工艺的要求也越来越高，因此，通过对该项目桩基工程的总结，可为以后类似工程积累经验。