“陆推法”海上钢管桩施工技术研究

龚晨曦 张建军 中国电建集团山东电力建设有限公司

1.项目工程特点

本项目位于沙特阿拉伯东部波斯湾沿岸，业主为沙特阿拉伯国家石油公司。本文涉及的施工内容为指型码头钢管桩工程。指型码头为突堤式码头，两侧和端部均可系靠船舶，具有布置紧凑、管理集中的优点，前沿线与自然岸线成较大角度。由于货运量较大，此处的件杂货码头选用宽突堤管桩式。本项目全厂区钢管桩共1364根，其中以1#指码头工程为例，本研究区1#指码头区域正式钢管桩共225根，桩径1167mm，壁厚21mm，底高程为-35m，钢管桩全长36.675m，全部为超长、超大直径桩，钢管桩受力特点为摩擦+端承。

此外，根据项目业主规范要求钢管桩只允许单桩整体下设，不可采取焊接模式进行连接，且垂直桩的打入角偏差不超过2%，斜桩的打入角偏差不超过4%，并且桩头水平位置应在设计图纸位置的±75mm内，对沉桩质量控制精度要求极高。

2.研究区气象及地质概况

研究区位于波斯湾沿岸，气候条件复杂，历史气象数据显示该地区每年风力等级超过4级的有127天、5级23天、6级1天，此外自三月份起沙尘暴天气频发。波浪转换模型结果表明最大的波浪来自北方，来自北方地区的浪潮也最为频繁，大约占70%左右，来自东部的浪潮大约占到21%，9%的时间是风平浪静的。现场最低潮汐水位为0.00m，海平面基准水位为+1.01m，最高潮汐水位+1.81m。

该地区基岩以第三纪泥灰岩、粘土、砂岩和石灰岩为主，深部地质以钙质粉砂岩、砂质灰岩和砂泥灰岩组成。基岩沿项目所在的沿海地带被上覆第四纪风积砂（沙丘砂）、近海砂（盖层砂）和萨布哈沉积所掩盖。现场地勘资料显示，地表沉积物非常松散，粉砂和一些砾石非常密集。

3.工艺选择及模块化平台设计

研究区气候及水文条件复杂，且全厂区钢管桩工程量巨大，传统的专用船舶打桩法施工受海况因素影响大，施工进度不可控。因此，通过研究提出了“陆推法”模块化平台钢管桩施工的新技术。

3.1 模块化平台设计要求

结合施工技术特点、现场地质及水文条件，模块化平台的结构形式应满足以下要求：

（1）模块化平台必须具有足够的稳定性，能够承受足够荷载，保证平台上吊车等大型设备施工的安全性和稳定性。

（2）模块化平台应满足可分模块整体性安装、拆卸的要求，保证工程的施工效率。

（3）依据钢管桩平面布置规律，充分利用已沉设工程桩搭建模块平台，并优化模块平台设计类型，保证模块平台可重复使用，降低工程施工成本。

3.2 “陆推法”模块化平台钢管桩施工工艺的优势

“陆推法”模块化平台钢管桩施工工艺与传统钢管桩工艺相比，有以下优点：

（1）“陆推法”模块化平台钢管桩施工技术以已沉设的工程桩为基础，安装模块化施工平台，将海上工程转化为“陆域”工程，为工程施工提供了便利。

（2）模块化平台受复杂海况影响较小，连续性施工能力强。此外平台可整体性安装及拆卸，提高了平台使用效率。基于每日12小时的施工内容，该工艺的综合功效为2.5根/天，施工效率高。

（3）模块化平台施工工艺无需租赁专用的钢管柱打桩船舶，减少了专业船舶的审批周期。

我使劲眨眨眼睛，马兰真的就在眼前，不过她只是静静地站在自家门内，并没向我招手，我也像根棍子似的杵在那里，没有向前挪动半步。

（4）模块化平台降低了专用打桩船舶的租赁费用，且模块平台制作、安装费用低，并可重复使用，大大降低了工程施工成本。

4.“陆推法”钢管桩施工方法

4.1 “陆推法”设备选择

本项目吊车选取为重点内容，需考虑自施工平台至19m之外（工作半径24m）的钢管桩施工，因此本工程从吊重及起吊高度方面综合考虑，确定吊车类型。

（1）吊重

钢管桩自重（桩外径1167mm，长度36.675m）：0.593t/m×36.675=21.75t；振动锤主机重量：8.573t；液压桩锤+桩帽总重：40+12.8=52.8t；300t履带吊重量：386.8t；150t吊车重量：77.8t；人员及其他辅助材料：2t。

此外，模块平台的最大型钢为H1400mm×900mm×25mm×36mm（769.3kg/m），最大单块重量将约55t。因此，单次最大吊重为55t。

（2）起吊高度

本指码头钢管桩桩长为36.675m，振动锤长度1.91m，振动锤上附钢丝绳长1.5m，吊钩长度1.2m，因此，直接起吊总长度为41.285m。

综上所述，吊车作业参数为：作业半径24m、起吊高度50m、吊重55t。基于上述参数，计划采用300t履带吊（利波海尔类型）进行该项作业，吊车选取56m吊杆、124t配重时，24m工作半径最大起吊重量为66t。

4.2 “陆推法”钢管桩施工工序

通过对指型码头钢管桩位置分布的研究，本项目将制定A型（9500mm×6000mm）和B型（9500mm×5000mm）两种类型的模块。“陆推法”钢管桩技术的具体施工工序如下所示。

（1）测量放样，钢管桩施工采用全站仪测量。

（2）在陆上完成近岸的前两列钢管桩。利用吊车附加振动锤先将管桩稳固于地层中，之后由吊车携带液压打桩锤并将管桩锤击到设计高程。

（3）以前两列桩为基础铺设模块平台，并将设备移至平台，利用管桩转运船将钢管桩运至打桩位置附近，完成后续的2列桩；

（4）重复上述施工，平台铺设至第8列桩后，完成第9、10列桩的打桩工作，并拆卸1～4列钢管桩上的模块平台，并铺设至第9、10列钢管桩之上，保证平台3跨（4列桩）28.5m的安全施工作业面；

（5）重复上述工作至全部钢管桩施工完成。拆除设备进行海相运输，或反向铺设平台至陆域，将设备运回。

5.模块平台安全隐患分析及应对预防措施

5.1 模块安全隐患分析

海上钢管桩平台在使用过程中，常伴有如下隐患：

（1）钢管桩打桩过程中产生的震动荷载会造成钢管桩平台产生震动，影响钢管桩平台的稳定性，并造成平台焊接部位产生疲劳损坏。

（2）钢管桩平台上机具多，布置机具时过于集中造成荷载集中或机具单边布置造成荷载单边，影响钢管桩平台的稳定性。

（3）海上钢管桩模块平台四面临水，施工过程中往往存在封闭不到位、围护高度不够等情况，以及在吊装作业过程破坏围护而未及时恢复等问题。

5.2 预防措施

（1）针对打桩过程中因震动导致失稳现象，应在施工前应编制钢管桩平台沉降位移观测方案，在钢管桩平台上设置位移及沉降观测点，定期对钢管桩平台的变形进行观测及记录。

（2）在保证足够的安全施工作业面的情况下，合理规划模块平台上施工器具的安置，避免器材集中及单边不均匀布置。此外，针对大件材料器具应有防掉落措施，保证模块平台的施工稳定性。

（3）钢管桩模块平台铺设完成后，应及时安装栏杆以及其它安全设施，栏杆围护应做到钢管桩平台四周全封闭，栏杆牢固可靠，围栏的搭设高度须满足规范要求。

6.结语

随着海外市场的不断拓展，港址从自然条件良好的天然海湾逐渐向外海转移，面对复杂的海况及气候条件，传统沉桩方式受到了很大的挑战和和制约。“陆推法”海上平台钢管桩沉设技术具有工艺简单、操作方便、安全可靠的特点，能够高效完成复杂海况条件下的钢管桩施工，该沉桩施工工艺可对其他项目类似钢管桩工程施工提供借鉴。