复杂地质条件下超长钢管桩沉桩施工技术研究

蒋峰 中交一航局第五工程有限公司

1.项目概况

马塔巴里超临界燃煤电厂配套码头项目，重点建设内容包含1座煤炭码头和1座油品兼重件码头。码头采用到高桩梁板结构，基桩为桩径Φ914.4＊16mm的SKK490钢管桩，以直桩和斜桩两种方式布置。施工现场的土层以淤泥层、砂土层、粘土层、粉细砂层为主，地质勘察结果显示，土层泥面以下15～20m的地层偏软，桩端约5m范围内的地质较硬，对于各自的平均标贯击数，前者为25，后者在50以上。

2.超长钢管桩沉桩施工的现场准备工作

2.1 疏浚

小潮的高潮位+1.0 m，低潮位-1.2m；大潮的高潮位+2.2m，低潮位-2.1m。桩基施工时，沉桩作业优先从引桥陆侧开始，但该处的水深有限，未达到打桩船吃水条件，因此先安排挖泥疏浚作业，以便提供更大的吃水深度，确保平潮以上水位时打桩船可正常作业。疏浚底标高为-1.8m，疏浚总量约1200m³。

引桥基础部分疏浚以水上作业的方式完成，基本施工思路如图1所示：

图1 疏浚断面

（1）根据1000t方驳的结构特点和运行特性，对其做改造升级，形成满足施工要求的挖泥船；以焊接的方法在甲板上设泥仓，以便暂放疏浚料；于船首处安排一台长臂300LC-V，此设备辅助作业，高效挖泥和卸泥。

（2）考虑到疏浚期间边坡可能失稳的情况，在疏浚现场的东侧边线靠岸侧偏移4m的位置打设桩径φ100mm～φ200mm不等、长度均为4m的圆木桩，形成一排稳定的挡土结构，木桩的打设用长臂挖掘机完成。测量人员组织疏浚区域测量放线，界定疏浚的作业范围；疏浚期间，用水陀螺测量水深，根据实测结果判断其是否满足设计标高的要求。

2.2 清淤

改造的简易挖泥船用拖轮运至现场，长臂挖掘机驻位在方驳上，根据工程要求及时清淤。严格限定长臂挖掘机的作业范围，仅允许其在加固夹板上移动，且由专员在现场指挥，保证作业的规范性。挖泥从陆侧开始，有序向海侧推进。疏浚期间，长臂挖掘机及时清理疏浚料，将此部分存储在后方的泥仓内，随着疏浚量的增加，泥仓内堆积的疏浚料逐步增加，待泥仓达到满仓状态时，在拖轮的辅助下将简易挖泥船转至指定点位，以便向陆侧卸载疏浚料。弃泥点配套1台SY215C挖掘机，其作用在于将卸载的疏浚料整平。

3.超长钢管桩沉桩施工技术

3.1 测量控制

水上沉桩定位采用南方测绘沉桩定位系统。打桩船上设两台以RTK方式工作的GPS流动站、五台倾角传感器，实时监测船体的位置、方向和状态，通过软件系统处理后给出打桩船的移动方向和移动量，据以调整船位。陆上联合应用到全站仪、经纬仪，通过两类仪器的协助，有效校核打桩船定位精度，确保全程比例误差≤1PPm，平面坐标固定误差≤8mm。

为提高测量控制水平，桩位定点先用沉桩定位系统粗调，再联合应用陆上全站仪和经纬仪，精细调节桩的垂直度，直至满足沉桩定位要求为止。沉桩过程中，全站仪测量，作业人员根据实测结果灵活控制沉桩标高，如图2、图3所示。

图2 陆地全站定位

图3 打桩船GPS定位

沉桩时，最后1m每10击停锤读数（根据要求，沉桩贯入度的控制需要着重考虑的是最后3阵，其中每阵10击），对比分析实测结果与设计值，直至达到设计标高为止。钢管桩有1～2m的富余桩长，因此在打桩后若实测桩顶标高超过设计标高，可以适当向下锤击，直至与设计标高一致为止。

3.2 钢管桩的装船、运输

3.2.1 钢管桩的装船

运输驳船采用1000t方驳，按沉桩顺序图倒序过驳，以免出现桩序错乱的异常状况。装驳及过驳时加强对桩体的有效防护，例如在桩间设置支垫，以免涂层受损。吊带捆扎吊桩，在钢丝绳与桩间垫土工布，以免由于吊桩而出现涂层遭刮蹭的情况。

吊桩前，先全面检查参与吊装的索具，确认无受损或是其它异常状况后方可投入使用。钢管桩装船起吊采取2点吊的方法，用红油漆在桩身上标记吊点的位置，以便准确吊桩。装船时，桩体摆放层数最多为3层，层间设木枋，起到分隔、防护的作用。

3.2.2 钢管桩的运输

根据各场所采取相应的运输方式：吉大港至施工现场，用交工83拖航运输；场内，以拖轮拖航的方式运输，以便将钢管桩转至指定的沉桩点位。

3.3 船舶驻位

在拖轮的拖带作用下，将打桩船转移至沉桩周边位置，船长严格听从现场指挥，准确抛锚，而后设置浮漂，作为锚眼标志。沉桩全流程中，施工现场的潮位会有变动，因此根据潮位动态调节锚缆的松紧程度，采取此方法来保证船舶定位的准确性和沉桩的有效性。打桩船抛锚驻位需考虑到涨落潮以及其它环境因素的影响，必要时适当调节船内压舱水，确保作业全程船体的姿态均具有合理性。

打桩时，先安排打桩船准确就位。根据图4所看，运桩驳驻位情况动态调节桩顶方向，若在打桩船左侧，则采取的是桩顶方向朝打桩船的布设方式，若在右侧则使桩尖朝打桩船。

图4 运桩船装桩示意图

3.4 打桩船锚缆的布设

打桩前，全面检查锚车和锚缆，确保各类设施均无误；打桩船抛全方位锚，根据打桩点位的布设情况，使桩船顺潮流方向停泊到位。

3.5 锤击沉桩

3.5.1 沉桩流程

沉桩的基本流程为：油品兼重件码头的引桥、平台→系缆墩→煤码头的北引桥、平台、南引桥。

打桩前，项目部技术人员与打桩船人员沟通，确定适宜的沉桩顺序，在保证打桩质量的前提下，尽可能减少打桩船的移动频率，每根桩的平面扭角方向及倾斜方向均要具有合理性，以便打桩船的顺畅作业。

3.5.2 吊桩

以2点起吊的方式吊桩，每根钢管桩吊点数量均为3个，在桩身同一直线上布设2个，分别距桩顶10.5m、距桩底0.207L（L为桩长），并在距离桩顶11.5m处布设1各吊点（与前两个吊点对称）。吊桩示意图，如图5所示。

图5 管桩吊桩图（m）

吊桩时，先用卡环将共处相同直线的2吊点与打桩船吊钩连接，经检查，确认无误后则缓慢起吊30cm，悬停以便观察桩体的状态，若其保持稳定，则用卡环将剩余吊点与打桩船的吊钩连接。

3.5.3 吊桩入龙口

同步启动各吊钩，适当将钢管桩向上提起，打桩船绞锚后退，移船至沉桩桩位周边区域，带劲回收上部主钩，下部副钩则适当放松，经过前述一系列动作后，将钢管桩缓慢立起，将桩顶嵌入替打中，放松连接下部吊点的副钩，关闭抱桩器。

3.5.4 钢管桩定位

在确定桩位坐标后，将数据完整输入至沉桩定位系统，由专员根据作业要求指挥打桩船调整锚缆，根据现场情况移动船位，调节好桩架的角度。沉桩测量是保证沉桩效果的重要举措，为保证沉桩测量的精度，采用南方测绘GPS测量沉桩定位系统。在打桩船上配套两台GPS流动站和五台倾角传感器，以便在作业期间及时监测，获得反映船体位置、方向的信息，软件系统接收测量信息，经自动计算后确定打桩船的移动方向和移动量，进而根据计算结果对船位做灵活的调整，确认无误后即可沉桩。工程采用的打桩船配套了沉桩定位系统，其具备记录作业数据的功能，例如桩位偏移量、总锤击数，打桩完成后，可打印特定阶段内的打桩记录表，以便对打桩情况做更加准确的分析，同时也可作为沉桩记录表的附件。陆上配套的全站仪和经纬仪也实时观测并记录，形成沉桩记录表。

3.5.5 钢管桩的自沉、压锤下沉

打桩后，解除设置在桩锤和替打间的钢丝绳，主钩以缓慢、匀速的状态下放，依托桩和替打的自重作用自沉，无法继续自沉时，下降桩锤，以锤击的方式促进钢管桩的下沉。压锤结束且实测桩位偏差被控制在许可范围内后，解除捆桩钢丝绳。

3.5.6 锤击

沉桩时的锤击作业采用的是国产D125-32型柴油打桩锤，锤击前先由技术人员做详细的检查，例如核实桩位编号、桩型号、倾斜度等参数，若无误则启用该装置，正式进行锤击作业。

初始锤击时不宜过猛，以小能量锤击的方式为宜，根据贯入度判断沉桩情况，待溜桩停止、桩身稳定状态较好后，方可打开抱桩器，以便进入正式锤击环节。锤击全程，桩身、桩架、桩锤中心轴线需重合，否则及时调整，以免出现偏心锤击的异常状况。

沉桩全程的锤击应具有连续性，若中途间歇，将由于土壤恢复而导致沉桩的阻力加大。但为了避免桩锤过热的问题，连续锤击时间达到1h需适当间歇10～20min。

锤击期间，现场测量人员和技术员加强观测与记录，沉桩贯入度、桩顶标高数据均要具有准确性，并完整体现在记录表中。在做好此项工作后，能够根据实测数据计算平均值。

经过沉桩作业后，连接替打与桩锤，将两者协同起吊；打桩船后退，移动至运桩方驳，继续取桩、施打，按照前述提及的方法循环作业，最终保质保量完成所有钢管桩的打设作业。

4.结语

综上所述，钢管桩因兼具承载力强、耐久性好等优势而在码头工程中取得广泛的应用，沉桩是其施工全流程中的重要环节，经过本文的分析，提出钢管桩锤击沉桩的基本流程及各环节的作业要点，希望能够为同仁提供参考。同时，在后续的码头工程中，工程技术人员仍需加强技术探索，结合现场条件深度优化钢管桩且尤其是超长钢管桩的沉桩施工技术，夯实理论基础，丰富施工经验，促进该项施工技术的持续进步。