强涌浪海域坚硬黏土层钢管桩沉桩施工技术

于洋，梁胜光，段蛟，孙晓伟（中交第二航务工程局有限公司，湖北　武汉　430012）

强涌浪海域坚硬黏土层钢管桩沉桩施工技术

于洋，梁胜光，段蛟，孙晓伟
（中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430012）

摘要：以色列阿什杜德港28号码头采用高桩梁板式结构，主体工程开工前需对4根钢管桩进行沉桩试验。现场存在浮式施工平台难以满足施工精度要求、坚硬黏土层沉桩难度大、辅助桩受波浪力作用摆动大、钢管桩整根起吊困难等技术难题。通过采用顶升平台作为施工平台、翻桩器翻桩、移动导向架定位工程桩，履带吊配合液压冲击锤沉桩的新工艺，有效解决了现场技术难题，顺利完成了28号码头试桩工作。

关键词：强涌浪；坚硬黏土层；钢管桩；平台；翻桩器

随着我国经济实力增长和港口专业技术发展，码头施工行业逐步走向海外，针对海外施工环境的码头施工技术研究显得尤为关键。

目前，国内码头施工多采用打桩船施工工艺[1-3]。中交二航局承建的以色列阿什杜德港28号码头项目风浪条件恶劣，季风期有效波高1 m左右，最大可达6 m以上；地质条件差，管桩施工范围内存在3层坚硬黏土层；钢管桩长48～54 m，最大重量达40 t左右，采用常规施工工艺难以满足要求。所以，必须寻找一种科学有效且与环境相适应的施工方法，以完成28号码头沉桩试验。

1　工程概况

1.1工程简介

以色列阿什杜德港28号码头位于地中海海域，采用高桩梁板式结构，泊位长434 m。基础采用钢管桩，共624根。桩基施工前需对4根钢管桩进行沉桩测试。钢管桩参数见表1，码头桩基平面布置见图1。

表1 钢管桩参数表Table 1　Parameter list of steel pipe pile

图1　码头桩基平面布置图Fig.1　Layout of wharf pile foundation

1.2水文条件

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波浪条件

施工期10 a一遇波浪要素：Hmo=5.75 m，Tp=12.2 s，337.5毅。波浪各级有效波高出现频率见表2。

表2　各级有效波高出现频率Table 2　Frequency of significant wave height

1.4地质条件

28号码头各地层参数见表3。

表3 码头前沿地质参数Table 3　Geological parameter of wharf apron

2　工程难点

1）浮式平台的施工工艺难以满足施工精度的要求。

2）辅助桩受波浪力作用，摆动幅度大。

3）钢管桩整根起吊、喂桩难度大。

4）钢管桩需穿越3层坚硬黏土层，沉桩存在一定难度。

3　施工工艺选择

根据本工程特点及难点，在此施工环境下要想顺利完成沉桩试验，必须寻求一种施工方法，既能尽量减小受波浪条件制约，又能满足施工精度要求，还能使钢管桩安全起吊及顺利沉入。通过分析调研，采用了顶升平台作为施工平台，翻桩器翻桩、移动导向架定位钢管桩，履带吊配合液压冲击锤沉桩的新型工艺（图2）。

图2 沉桩试验施工Fig.2　Construction of pile driving test

顶升平台根据平台上设备的重量选用400 t型，顶起后，由4条入土钢支腿承受平台上的施工荷载。

翻桩器固定在运桩驳船尾，竖桩原理为：钢管桩通过自重及卡板与翻转架固定，吊车单点起吊，钢管桩和翻桩架一起绕铰接点转动并竖起。

吊车根据现场所需吊重、吊幅、吊高等选用260 t履带吊，主臂长59 m。

液压冲击锤根据打桩分析计算选用HHK14s液压冲击锤。

由于首次采用该方案，无经验可循，在如此恶劣的施工环境下，急需解决辅助桩如何稳定、导向架如何精确定位、钢管桩如何安全吊至导向架以及如何使施工工效最大化等难题。

4　施工关键技术

4.1顶升平台定位、顶升

平台采用起锚艇拖带，到达指定位置后首先进行粗定位，然后抛锚，通过锚缆调节进行精确定位。

顶升平台采用液压顶升，顶升过程中需注意对角对称顶升，单次顶升行程差不超过30 cm。

4.2辅助桩施工

辅助桩采用准800 mm伊10 mm钢管，长32 m。顶标高+3 m。

1）起吊：辅助桩采用单点吊，为了方便振动锤夹桩，吊起后采用钢丝绳临时固定在平台边缘。

2）夹桩：振动锤吊起后，采用人工通过晃绳将液压夹钳对入钢管桩。

3）沉桩：辅助桩采用ICE1412型振动锤沉桩。首先靠自重下沉直至稳定，满足要求后开启振动锤振动下沉。沉桩过程中需严格控制其垂直度满足施工要求。

4）稳桩：辅助桩沉设到位后，受波浪力作用，摆动较大。为了使其稳定，首先将靠近平台两根辅助桩通过焊接平联与平台固接，然后通过导向架与辅助桩的连接，使4根辅助桩整体稳定。

4.3导向架定位施工

首先将导向架吊至桩顶，然后利用导向架作为站人平台进行测量放样，根据测量结果焊接限位板，最后再次起吊导向架，安装至准确位置并与辅助桩固定。为了提高拆装工效，导向架与辅助桩采用对拉精扎螺纹钢固定。

4.4钢管桩起吊、喂桩施工

1）起吊：钢管桩重量重，长度长，单点起吊难以实现，同时受工艺限制，现场只有1台吊车，难以采用抬吊方案。为了保证安全，采用翻桩器配合履带吊起吊。

2）喂桩：为了既保证喂桩安全，又不增大吊车型号，选用借助水深喂桩的方案。先将钢管桩入水16 m，然后打开导向架侧门，从导向架侧面将钢管桩吊至笼口，最后关紧侧门。

4.5钢管桩沉桩施工

钢管桩精调到位后，通过晃绳调节将液压冲击锤对入钢管桩。首先靠自重下沉直至稳定，满足要求后开启冲击锤。为了防止溜桩，先采用小冲程沉桩，逐步增大冲程，在坚硬黏土层标高以上1 m时，将冲程加到最大，待沉桩至设计标高1 m时，需适当减小冲击锤冲程，防止超沉。

5　结语

以色列阿什杜德项目采用顶升平台作为施工平台，翻桩器翻桩、移动导向架定位钢管桩，履带吊配合液压冲击锤沉桩的施工工艺，顺利完成了28号码头沉桩试验。现场遇到的技术难题均得到成功解决，为28号码头桩基施工提供了有力技术支撑。

1）采用顶升平台作为施工平台，有效解决了浮式平台在波浪力作用下打桩精度难以满足设计要求的难题，同时其具有灵活性强的优点。

2）采用翻桩器竖桩，有效解决了超长超重钢管桩整根起吊问题。但根据沉桩试验结果，该类型翻桩器在2 000 t方驳上使用的条件是最大波高不大于0.6 m，仍具有局限性，在主体工程施工时需对其优化。

3）采用借助水深并从侧面喂桩的施工技术，既保证了施工安全，又降低了履带吊型号。

4）通过将辅助桩与顶升平台临时固定，有效解决了辅助桩受波浪力作用摆动大的技术难题。但其施工效率偏低，在主体工程施工时需要对其优化。

5）根据试验结果，选用的HHK14s液压冲击锤完全满足施工要求，验证了打桩分析计算结果的准确性。

在类似施工环境下，采用此种施工工艺进行高桩码头钢管桩施工，有明显的优越性，既能有效解决打桩船受波浪影响的局限性问题，又能保证超长超重钢管桩整根起吊的安全性和经济性，为拓展海外市场奠定了一定的施工技术基础，但其施工工效仍需进一步论证，施工工艺仍需进一步优化。

参考文献：

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E-mail：153152447@qq.com

中图分类号：U655.54；U656.113

文献标志码：B

文章编号：2095-7874（2016）01-0056-03

doi：10.7640/zggwjs201601013

收稿日期：2015-07-31

作者简介：于洋（1985— ），男，湖北武汉人，工程师，土木工程专业，从事路桥施工管理及港口码头技术管理工作。

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