潮间带倾斜钢管桩吊打沉桩施工技术及质量控制

2021-04-15

工程技术研究 2021年5期

中交四航局第三工程有限公司，广东湛江 524005

1 工程概况

越南朔庄一期海上风电项目位于越南南端的朔庄省沿海地区，拟建10台单机3.3MW的风电机组，装机规模为30MW。场址离岸距离为1～3km，按越南国家高程平面计算场区泥面高程约为-2.8～-0.8m，当地潮位区间约为-2.12～+2.18m。每台风机基础设计采用6根外径1.4m、壁厚25mm、长62～71m的倾斜钢管桩，按倾斜度1∶6沿圆周均匀布置。由于水深较浅，常用的打桩船无法满足吃水要求，经研究讨论采用“平板驳”坐滩后作为工作平台，采用吊机+定位架进行倾斜钢管桩吊打的沉桩工艺。

2 定位架设计

为了满足斜桩吊打工艺的实施，项目部采用辅助沉桩定位架。定位架由三大部分组成，即定位锚桩基础、定位架和限位架，在工厂按设计图纸加工成型，运输到现场组拼。沉桩定位架的设计需考虑以下六个主要参数的要求：（1）沉桩定位架的整体强度和稳定性满足吊打施工要求，并根据吊打施工过程的主要工序和工况进行分步骤、分阶段受力分析，确保施工安全。（2）沉桩定位架每次安装后可同时实现6根工程桩的定位，沉桩定位架上、下导向轮相对位置与工程桩按1∶6斜率要求相匹配，且沉桩后桩位偏差满足设计要求。（3）上、下导向轮桩架设置微调装置，其中顶层内侧导向轮调节行程为180mm，其他导向轮调整行程约为140mm。（4）为了沉桩后定位架可拆除，在顶层限位架位置采用伸缩调节装置，每个桩位沉桩至定位架顶部时通过收起上层限位架后继续将桩施打至设计标高。（5）上层限位通过滑轮装置，使6个桩位共用1个上层限位架。通过上、下层限位架微调装置可防止桩架蹩桩现象，便于桩架拆除。（6）考虑导向轮与钢管桩间摩擦可能造成钢管桩防护涂层的损坏，定位架与工程桩接触处的活动限位支架用尼龙滚轮滚动接触。定位架现场安装效果图见图1。

图1 定位架现场安装效果图

3 定位架安装

（1）船舶定位。高潮位时平板驳抛锚定位，采用GPS定位将施工船舶移至沉桩位置。（2）锚桩插打。施工前测量放样锚桩位置并用木桩做标记(木桩高潮位露出水面)，同时在机位附近搭设临时测量平台，使用全站仪监测沉桩桩位。锚桩采用驳船上吊机和振动锤进行插打，插打前先利用安装在船舷的吊机进行立桩，立桩后夹振动锤并将钢管桩起吊至定好的位置插打，锚桩插打深度应按计算要求的深度进行，如果插打深度不足应进行校核并采取措施，如采用双锚桩的方法确保锚桩的承载力满足要求。（3）锚桩插打完成后，按设计标高割平锚桩桩头。（4）定位架安装。为保证定位架安装位置正确，安装前在锚桩顶上测量放样出定位架的安装位置，并在锚桩顶上与定位架接触部位焊接限位卡槽。然后测量人员对定位架进行方位校正，将坐滩后的平板驳作为测量平台，架设全站仪进行观测，对比钢管桩设计坐标和架子底层限位架中心坐标偏差，利用吊机进行微调，直至定位架定位满足要求。（5）定位架加固。定位架安装完成后，为了保证定位架安装后的整体稳定性，在稳桩架精定位完成后在锚桩顶部与稳桩架接触部位焊接型钢门字架固定。（6）限位滚轮安装与调整。定位架平台按设计标高安装完成后，调整上、下层限位滚轮位置，为工程桩施工做好准备。

4 钢管桩吊打施工工艺

（1）钢管桩立桩。平板驳和运桩驳趁高潮位在稳桩架旁驻位，利用平板驳上的800t吊机和320t吊机进行抬吊取桩、立桩。立桩时采用800t吊机挂钩带力起吊，同时采用320t吊机挂钩慢慢下放，最终使钢管桩竖立。（2）钢管桩定位。钢管桩定位前，首先调节顶层和底层的限位架导向轮至6∶1的倾斜度，为确保打桩锤顺利通过稳桩架及考虑斜桩变俯趋势，在调节顶层限位架导向轮时向外预留15cm偏位。完成后800t吊机将钢管桩吊至稳桩架平台设计桩位定位，当桩底穿过稳桩架底层平台限位口后，再控制吊机摆位旋转使钢管桩倾斜套入稳桩架顶层平台限位口，吊机慢松钢丝绳下桩，桩身沿着上下限位平台导向轮缓慢下沉，桩底入土前进行桩身倾斜度调整和坐标测量，确认无误后钢管桩在自重作用下下沉至稳定状态，复测钢管桩偏位无误后解除连接桩身吊索，完成钢管桩定位。（3）振动锤初打。为了增加钢管桩入土深度和稳定性，先采用ICE44B振动锤进行初打。振动锤初打过程中应监测钢管桩偏位和倾斜度，如有较大偏差，应及时调整。振动锤初打过程钢管桩偏位可以通过架子顶部千斤顶和吊机配合微调，调节至满足设计要求后继续施打直至钢管桩无明显下沉。（4）液压冲击锤沉桩。振动锤初打结束后换用YC40液压冲击锤沉桩，沉桩分为两个步骤，第一步是将钢管桩沉桩至锤帽距离稳桩架顶层平台约1m处，第二步是将顶层限位架旋转180°至下一桩位，再将钢管桩施打至设标标高。YC40液压冲击锤打桩过程前期采用小能量施打，后续根据贯入度实际情况逐渐加大能量施打。

5 沉桩质量控制

钢管桩沉桩后桩顶平面位置偏差应小于±150mm，桩身倾斜度偏差不超过1%，标高允许偏差为0～50mm，且钢管桩采用聚氨酯玻璃鳞片漆防腐涂层，对防腐要求较高。为保证钢管桩沉桩质量满足要求，该项目采取以下措施。

（1）定位架稳定性验算。如定位架刚度和强度不足，可能会使桩位产生过大偏位，甚至可能导致定位架失稳和钢管桩倾覆。为保证定位架刚度和强度符合要求，项目部委托具有相应资质的单位对定位桩架在不同工况条件下的受力、变形进行验算，并对定位锚桩单桩竖向、水平承载力进行验算，提供单桩竖向、水平向受力结果，以确保定位架稳定性满足施工要求。（2）定位架偏位控制。沉桩施工前趁潮将定位架锚桩按照设计孔位放样标记，定位架锚桩的直径采用1m直径钢管桩，锚桩插打到位后，按定位架安装标高对锚桩顶进行修整，当锚桩存在一定偏差时，可通过调整定位架与锚桩的相对位置提高定位架安装精度。为确保工程桩精度满足要求，结合工程桩允许偏差要求，锚桩和定位架安装偏差控制如表1所示。锚桩与定位架连接固定后对定位架安装位置进行放样，可通过安装在定位架底座六角位置的杆件，采用全站仪选择其中3个点作为基准点进行观测。（3）工程桩沉桩平面位置及倾斜度控制。为保证工程桩沉桩偏位满足设计要求，定位架安装完毕后，对定位架上下层平台每个桩位桩心坐标进行放样，并计算出设计桩外边缘位置与限位孔4个边的距离，钢管桩进入桩架后，通过桩架上下限位架导轮微调装置调整桩边缘至限位空边缘距离与计算值一致。考虑到定位架移除后倾斜钢管桩会在自重作用下产生一定下挠，因此对上定位架内侧导轮要比设计位置预留一定偏位，根据现场施工验证，预留偏位按向外侧偏移150mm设置可以满足平面位置及倾斜度的要求。（4）定位架和钢管桩偏位监测。沉桩过程巨大的冲击力会对定位架平面位置及高程产生影响，进而影响沉桩精度。因此沉桩过程需要对定位架与钢管桩进行监测，监测方法如下：①定位架位移监测。沉桩过程中对定位架底座六角位置的杆件，选择其中3个点作为基准点进行观测，观测基准点在沉桩过程中是否发生沉降和偏位，发生较大位移时应当立即停止作业查明原因。②钢管桩位置监测。沉桩入土过程，每5m深度对钢管桩的偏差进行复核。如果偏差超出规范允许要求应及时停止沉桩进行调整。同时，为了减少沉桩过程因定位架受力产生位移和变形产生的累计偏差，钢管桩沉桩按照对称分布的顺序进行。（5）沉桩停锤标准。沉桩过程要做好桩顶标高的控制和沉桩记录表的记录，主要记录锤击数、落锤高度、入土深度、贯入度等信息。（6）钢管桩防腐油漆保护。沉桩过程要特别注意钢管桩防腐涂层的保护，由于海上修补钢管桩防腐涂层受天气和潮水影响比较困难，必须在定位架限位装置与钢管桩接触位置采取保护措施，目前采用导向轮与桩身间支垫胶合板的方式，可以有效保护防腐涂层。