钢管桩吊打沉桩工艺简析

◎ 刘志奇　曹斌　张磊　宁波交通工程建设集团有限公司



钢管桩吊打沉桩工艺简析

◎ 刘志奇曹斌张磊宁波交通工程建设集团有限公司

摘要：随着本世纪初沿海港口航运事业的蓬勃发展至目前港口航运设施的逐步饱和，沿海码头工程建设的高峰期已经过去，而码头工程设施升级改造、维修养护工程正慢慢兴起。本文针对码头工程升级、加固改造中的重点、难点，桩基吊打工艺进行了详细阐述。因为施工难度大故而钢管桩和部分附属设施要特制加工，本文亦有详细说明。桩基吊打工艺流程为：利用原码头面固定特制的导向筒确定了位置和斜率、吊起下节桩放入导向筒内用震动锤打到导向筒顶端、吊起上节桩与下节桩对牢后采用现场焊接、吊起预制好的锤笼将上节桩打到设计高程。在质量控制过程中程序到位各项参数满足设计与规范要求。

关键词：码头升级 加固改造 吊打工艺

为了推动区域港口的科学发展，优化港口的运输结构，浙江沿海某煤电储运企业因自身业务的不断扩展和所属海域条件的制约，决定对本港区煤炭中转码头实施结构加固改造。本工程主要对3.5万吨级装船泊位借用2万吨级装船泊位按靠泊5万吨级散货船舶进行码头结构加固改造。主要内容为：在3.5万吨级装船泊位西侧端部后沿增加2根直径为900mm钢管桩，在第3结构段两端排架后沿各增加1根直径为900mm的钢管桩，在第5结构段（从西侧端部起）东端排架后沿增加1根直径为900mm的钢管桩，新增钢管桩内灌注混凝土，桩顶采用现浇混凝土桩帽与原平台连接为一个整体。修补原码头出现的部分缺陷。

1.工程概况

本工程共有钢管桩桩基5根，长度分别为77m一根、74m三根、65m一根，总长度364m，钢管桩壁厚均为20mm。由于5根桩基桩位均在原码头后沿内侧，根据设计方案，需在码头后沿内侧相对桩位处开凿码头面层及下部实心面板，因常规的沉桩方法无法进行沉桩施工，只能采用下节桩震动锤沉桩，上节桩焊接连接完成后采用吊打方式沉桩。

2.具体施工方案

2.1制桩

钢管桩由施工单位材料采购部门从宁波杭钢富春管业有限公司购置，材质为Q345B钢。每根桩分为上下两节制作，上节桩壁厚20mm，下节桩壁厚14mm，为保证强度满足施工需求，上节桩增加长600mm壁厚8mm的桩顶箍，下节桩桩顶内壁增加长600mm壁厚20mm的加强钢管。设计主要要求为：

（1）焊缝质量等级：钢管桩全部采用螺旋焊缝。焊接所采用的焊条和焊剂应与焊接工艺和母材相对应。焊缝外观检查合格后，对焊缝还应进行无损探伤检查，包括超声波或射线照相探伤。重点探伤部位：自桩顶至桩顶下36m。超声波或射线照相探伤的结果应符合现行国家标准。对焊缝还应进行焊接接头的机械性能试验，试验要求和结果应符合相应的现行国家标准。

（2）防腐涂层要求：①除锈：Sa2.5级。②桩进行分段防腐，对于浪溅区及水位变动区腐蚀较重，采用加强级防腐，采用加强型双层环氧粉末涂层方案（涂层干膜厚度大于或等于800µm）。涂装长度：桩顶以下6.9m至设计低水位以下2m（长7m）。对于水下区：采用普通型单层环氧粉末涂层（涂层干膜厚度厚度大于或等于400µm）方案。涂装长度：设计低水位以下2m至泥面以下8m范围内的水中区（长20m）。对于泥下区：泥面以下8m至桩尖区段采用裸钢。③不同品牌防腐涂料的各涂层厚度可能会有所不同，可根据具体情况经设计认可后可作适当调整。

2.2运桩、验桩

根据施工总进度计划及沉桩计划，由施工单位工程部安排驳船进行桩基落驳并拖运至施工现场。钢管桩拖运至现场后，项目部质检人员会同监理工程师、业主代表根据桩基设计要求进行验桩。

2.3沉桩

（1）沉桩方案选定。根据工程地质资料，沉桩区域海底覆盖层上部软土层较厚。考虑到下节桩入土贯入度会较大，采用筒式柴油打桩锤吊打风险系数很大，故项目部拟定沉桩方案为：先用震动锤进行下节钢管桩沉桩，震动锤沉桩至标高适合接桩时停锤，进行焊接接桩后再采用筒式柴油锤悬空吊打完成整个沉桩施工。

（2）沉桩设备、机械选择。①导向架制作为确保吊打沉桩时桩身垂直度及偏位满足设计要求，尽量消除沉桩时桩身震动移位，需利用32槽钢制作导向装置。导向装置由横挡、滚筒、微调螺栓、插销等构件组成。②二氧化碳气体保护焊机。因为接桩时打桩船一直在悬吊着上节钢管桩，存在安全隐患，需尽快完成焊接工作，且对接桩质量要求较高。综合考虑，决定采用二氧化碳气体保护焊完成接桩施工。为保证工作效率，拟采用二台焊机同时施工，并备用一台焊机。二氧化碳气体保护焊机是以CO2作为保护气体的熔化极电弧焊方法，工作时在弧周围形成气体保防层，隔绝外部氧气，使焊缝不至于氧化碳化，从而提高焊缝质量，使焊接平面更加的美观平整。本工程施工选用直径1.2mm焊丝。因沿海施工海风较大，为保证焊接质量，在下节桩施打完成上节桩定位后利用码头面上导向架搭设围挡，形成密闭空间防止海风影响焊接施工。③振动锤及发电机。根据工程需要选定DZ150A型双频振动锤和350KW发电机。④打桩船及筒式柴油锤、锤笼。根据施工区域地质特点、桩长、桩型参数等特点和施工单位设备调配情况，选用“浙桩8号”打桩船进行沉桩，配备D128柴油锤。现场配400HP拖轮配合移锚驻位。施工时方驳顺流抛锚。

（3）主要操作要点。导向架安装：导向架分两层布置：上层在码头面层上，用膨胀螺栓固定；下层固定在相邻跨横梁侧面底部，种植螺栓进行固定。导向架安装前首先采用背包式GPS定位各桩的中心位置。

振动锤沉桩：振动锤沉钢管桩就是利用振动沉管的原理，当振动锤接通电源时，其体内偏心重轮高速运转产生高频振动和激振力，高频振动力通过液压钳传递到钢管上，再通过钢管作用到接触的地层，地层在挤压、振动力的作用下液化，产生接触面，振动锤通过液压钳夹持着钢管沿着接触面沉入地层，直至将钢管沉入至设计承载深度。

振动锤沉钢管桩施工流程为：测量桩位→固定导向架→吊桩就位→振动锤沉设钢管桩→观测沉桩进尺→停锤→准备沉设下一根钢套管。

施工过程：①桩位测量：利用全站仪测定桩位，平台上设置导向装置精确定位。②吊桩就位：钢管桩驳托运至打桩船侧，打桩船进行起吊将下节钢管桩放入导向架内。打桩船主钩起吊振动锤，用锤底下的液压尖嘴钳夹紧钢管桩管壁，准备沉设钢管桩。③沉设钢管桩：钢管桩就位后，启动振动锤开始沉设钢管桩，直至下节钢管桩打至预定标高，即高于码头平台约1.5m处，以便于接桩。④接桩、超声波检测。

在下节桩采用振动锤沉桩完成后，为保证钢管桩焊接质量，利用原码头平台和导向架装置搭设临时防风棚。打桩船吊起上节桩进行对接，起吊前须对下节桩顶部和上节桩底部进行坡口处理。因上节钢管桩为打桩船起吊与已沉下节桩对接，稳定性很差，且斜桩要保证无缝对接难度非常大。项目部初拟的临时焊接定位方法无法进行上下两节桩有效固定，导致无法进行钢管桩焊接连接施工。经项目部与船机施工组开会讨论，改为桩周采用焊接四根M24×400花篮螺栓逐步拉拢的方式进行上下两节钢管桩的临时固定，临时固定完成后接缝处加焊固定小钢板。二台气体保护焊机同时施工经5小时左右完成整根桩的焊接施工。

焊接完成后，对所有影响超声检测的锈蚀、污物等都应予以清除，必要时可用带角向磨光机打磨，直至露出金属光泽。根据设计要求及相关规范规定，对所有钢管桩焊缝进行超声波探伤检测。

⑤吊打沉桩。为使沉桩过程更加安全稳定因此将内衬钢替打设计为“凸”字型插入式。打桩船将制好的吊笼吊起，吊笼配有3根牵引绳，打桩船与人工牵引互相配合缓缓将桩锤插入桩顶，保证吊笼、桩锤、和钢管桩保持在同一轴线上。先采用空档试打，在确定不会发生溜桩现象后，再采用正常档位施打，锤击沉桩过程中牵引绳应始终保持有足够的人员牵拉，防止吊笼和桩锤产生过大摆动。沉桩以标高控制为主，贯入度作为校核。待达到设计标准停锤后缓缓拉起吊笼，截桩，取下导向筒。

3.结束语

该工程钢管桩吊打工艺沉桩技术运用的关键点是：①搭设定位操作平台时定孔位需精确测量，导向支架安装牢固，两层导向架间距应尽量大，以使桩身在下桩过程的垂直度得到保证。②上下两节桩焊接必须保证桩身顺直，焊缝焊接质量满足规范要求。③操作定位平台、内衬钢替打、吊打锤笼装置的相关尺寸都应经过详细周密的计算，应考虑制作误差。

参考文献：

［1］陈乃夫，朱逸，吴壮.高桩码头水上沉桩施工质量控制要点分析，中国水运，2014，06∶313-314.

［2］邓波，李强，刘亮亮.栈桥吊打沉桩在海外高桩码头工程中的推广，水运工程∶2015（06）.

［3］李继东.二氧化碳气体保护焊工作原理简介.高新技术（2014（13）.

［4］申英华，胡剑.焊缝超声检测的基本特征及操作要点.经验交流∶2007（04）.