超长预应力组合大管桩沉桩施工关键技术

◎胡文栋 中交四航局第五工程有限公司

1.工程概况

温州港乐清湾港区通用作业区（C区）一期工程新建1个10万吨级2#泊位（水工结构按靠泊15万吨级散货船设计和建设）及1#栈桥，2#泊位建设长365m、宽30.5m，1#栈桥建设长542m、宽15.55m，且2#泊位与1#栈桥组合管桩桩径均为1200mm，属于高桩梁板式结构，主要用于煤炭及铁矿石卸船，预计每年来往总量为800万吨（卸载的矿石和煤炭分别为530万吨和270万吨）。2#泊位桩基采用φ1200mm后张法预应力组合大管桩（混凝土大管桩64 m+钢桩靴20 m～23 m组合而成），桩长84～87m，共416根；1#栈桥1#～20#排架桩基采用φ1200mm先张法预应力PHC组合大管桩（混凝土PHC大管桩62m+钢桩靴9m～10m组合而成），桩长71～72m，共81根。

2.工程施工难点及解决措施

2.1 施工难点

参考项目地形地质勘探数据，可观测到沉桩场域内地质条件复杂，该施工场域表层土壤多为软弱土，中部以黏性土为主，下部分布为碎石土和黏性土层，局部桩身需穿越含黏性土砾砂层，沉桩控制难度大。

沉桩施工海域内受风浪影响大且具有明显的季风特征，同时受潮汐影响，水位波动较大，沉桩海域南侧分布有较多养殖网箱，打桩船沉桩定位困难。

超长预应力组合大管桩管径大、数量多、扭角与斜度大、斜桩占比99%、最大重量95t，开展吊桩和沉桩作业难度极大。

2.2 施工难点解决措施

根据以上施工困难点，本项目超长预应力组合大管桩沉桩过程中采取以下措施：

1）在开展沉桩作业之前，应合理安排沉桩次序，并根据沉桩次序设计落驳图，并核实沉桩和落驳次序的可行性。

2）在开展打桩作业之前，要仔细调查实际的地质数据，对有无滑桩体的情况进行分析，并制定预防措施。在施工前开展施工现场技术交流，并采集现场沉桩实测数据，为下一阶段开展沉桩施工提供数据分析。

3）打桩时选用D-138型柴油锤开二档，重锤轻击，管桩桩顶与替打之间垫麻绳或纸垫厚155mm，桩锤锤击力作用在替打的钢丝绳上，目的以缓冲桩顶受力，避免桩头被打碎，长管节大管桩沉桩替打应设置排气孔。

3.沉桩施工关键技术

3.1 施工工艺流程及质量评定标准

沉桩整体的施工流程如下：制桩→运桩→桩船定位→桩船移位吊桩→移船立桩→测量定位→立桩稳桩→锤击沉桩→水上夹桩（检桩）。

根据标高控制沉桩施工，并进行贯入度检查；桩顶标高需符合预设高度，且最后阶段10次冲击的平均贯入度需＜20mm；待观测到最后10次打桩的平均贯入度＜3mm/次，桩顶标高未超过3m时，连续敲打桩身100mm或30～50次，如贯入度没有增加，则可以终止沉桩作业；当标准高度满足预设高度3m，但其贯入度不能满足所需的预设要求时，应立即通知设计师。在开展沉桩作业时，要注意严格掌控打桩速度，以避免水下岸坡稳定性出现异常，同时要注意对其进行监测。当沉桩发生异常现象时，需由设计员、业主、监管单位和施工部门四方共同商讨解决。

沉桩后，按现行规范要求，通过高、低应变动力检测桩基承载力及完整性，作为桩基质量评定依据。

3.2 超长预应力组合大管桩制作及运输

为确保超长预应力组合大管桩施工质量、施工进度和施工效率，专业制桩单位需参照施工的先后次序来制作桩体，管节采用离心成型技术，钢筋混凝土桩靴则以螺旋焊缝钢管来建造，将两者连接成为整体。在桩顶部进行特殊的防锈处理，将涂料涂抹在钢筋混凝土表层以预防腐蚀。当大型超长预应力大管桩施工完毕，并通过相关部门的校验后，采用专业的船坞起重机开展装置作业。由制桩厂将桩体以2500t驳船运送至施工场域。该2500t驳船仓宽度为25m，两边每间距10m以工字钢钢架构建一道封仓架，该仓架高度为1.5m。超长预应力组合大管桩由150mm×200mm×800mm的木块在桩与桩间发挥支垫作用，底部桩与桩之间则以200mm×200mm×2000mm的木质块发挥支垫作用，且底部大管桩采用木头楔块加固。

3.3 定位、吊桩及沉桩

3.3.1 运桩船定位

因该项目所处的海潮落差较大，施工作业开展期间季风较强，且其施工指定位置与涨潮、落潮方位呈现出垂直摆向趋势。为了提高驳船的定位准确性，将船尾定位锚的重量由1.0t调整为1.5t，锚索长度则从100m延长到300m。该调整措施可使驳船在不使用其他辅助设备的情况下，实现卸桩施工作业的要求。在打桩设备安装完毕后，将左前方和右前方的锚具放置在原地，待船体定位准确后，将两个锚具向外抛掷压紧运桩船的锚索，然后开展下一阶段的吊桩施工。

3.3.2 移船吊桩及就位

桩船与运输船保持紧密的距离，桩架向前方倾斜，让吊索与管桩相垂直。下吊索长度（包括捆绑长度）通常控制在0.5～0.6倍桩长，吊桩高度则要在0.8倍桩长以上；在桩没有被吊出船仓前，由起重工进行统筹安排，在吊装时，应留意管桩的两端有无触动仓壁，打桩船将桩身吊到合适的高度（如超过驳船上所有锚机、封舱架等障碍物）后，打桩船往后退，横向移动到预设桩位；根据设计要求合理调整桩架倾斜角度，使桩进入龙口，关上、下背板、解副钩吊索，移船吊桩施工图如图1所示。

图1 移船吊装示意图

超长预应力组合大管桩采用四点吊立施工工艺，四点吊示意图及吊点布置如图2所示。

图2 四点吊示意图

3.3.3 桩身定位

测量沉桩及其定位采取GPS定位、全站仪校验的“双控”方法。该打桩船装配置3处GPS（RTK）接收设备（流动站）、1个倾斜仪和1个桩架角度板来测定船体方位和状态，以此判断出船体上桩的所在位置，从而完成对桩体的定向、定位，在左侧屏幕上，可以及时显示出桩体的倾斜角度和沉桩锤击次数（通过语音传感器来读出锤击次数，有效代替以前的人工读数方式）。采用在岸边安装的全站仪器测量和控制高程，并及时测量和控制超长预应力组合大管桩的定位和倾斜度。当船上与岸上的双控制定位信息相符后，才能开展下桩作业。如果发生定位信息不一致的情况，则要对误差原因进行分析，并在此基础上处理好误差问题再开展下桩作业。在进行斜桩沉桩定位时，应注意提前量和落后量，一般将其掌控在10～15cm范围内。

3.3.4 替打设置

由于1#栈桥与2#泊位超长预应力组合大管桩直径均为φ1200mm，采用φ1200mm替打装置可通用，不用互相切换而影响施工进度。在替打装置顶端提前铺设锤垫，该锤垫以废弃钢丝绳构成，拥有满足施工要求的强度及刚度。锤垫麻绳或纸垫厚155mm，管桩桩顶与替打装置之间垫麻绳或纸垫，替打装置的长度一般预设为1.3m，锤击力则主要作用在替打设备的钢丝绳上。该装置可有效减震和缓冲压力，更好地减小桩头所产生的压力，预防锤击时桩头受到损伤。

3.3.5 锤击沉桩

在下桩时，应留意桩锤、替打设备及桩体保持在同一条轴线上，可使用带紧锚缆调整桩锤中心线，并带紧桩船锚缆以避免发生偏锤现象。在开展锤击作业时，不可采用移船法调整桩体倾斜的问题，尤其是斜桩，以免导致桩体发生断裂。在开展锤打沉桩作业时，应注意观察和记载贯入度，待桩体越过黏性土壤和淤泥土壤之后，再增加锤击力度，并及时记载沉桩状况和偏桩现象。栈桥三个桩基位于岸边淤泥土壤处，其浅层存有大小各异的碎石块。根据地质调查材料显示，这些碎石块大约有5～10m厚。在开展沉桩作业时，使用锤子敲击150～250次后将由抛石层到达淤泥土壤层，此时大管桩会以较快的速度迅速下沉。在锤击过程中，应以重锤轻击的方式开展锤击，以避免出现滑桩现象。

3.4 截桩及桩顶处理

对于需截桩的桩头，在上部现浇施工平台搭设后采用绳锯截桩施工工艺，与传统的人工环切+风镐凿除工艺相比，有以下特点：1)绳锯截桩设备动力强劲、功效高，有效降低作业人员投入及施工成本；2)绳锯截桩设备具有无线遥控、过载保护功能，操作安全可靠；3）绳锯截桩属于线性施工，截面平整美观，解决了传统人工环切+风镐凿除工艺中桩顶破损、截桩面平整度差等质量缺陷，尤其有效解决了不同斜率管桩截成水平面的问题。绳锯截桩具有功效高、安全可靠、质量好等推广价值。

3.5 水上临时夹桩

在沉桩作业完毕后，为预防桩体出现移动或者偏斜，应及时对施工完毕的桩身开展夹桩作业，在分析本工程特征后，采用[16槽钢开展夹桩。槽钢吊挂在桩顶下方，槽钢间纵横2个方向相互牢固焊接，以联系整个桩群。夹桩作业需在沉桩作业完毕后及时开展，以避免因桩体长时间处于自由状态造成桩体出现偏斜现象。同时需在桩体周边配置显著标识，在夜间配置红灯显示，预防来往船舶发生碰撞。

-1#、0#、40#、41#排架的26根桩基沉桩完成后应及时进行围囹加固（2个排架之间也应进行联系加固），施工加固措施应与业主、设计、监理等单位进行协商确认。

3.6 清理桩芯淤泥

沉桩后，检查桩内是否有升高泥芯，若有且泥芯顶标高超过桩芯混凝土底标高，须立即用水枪冲后抽出，处理至桩芯混凝土底标高以下，桩顶排气孔立即封堵。

3.7 沉桩质量控制

水上沉桩允许偏差见表1。

表1 水上沉桩桩顶允许偏差表

4.施工注意事项

（1）码头区域原泥面标高-7m，由于2#泊位为10万吨级兼靠15万吨码头，前沿停泊水域疏浚设计底标高-19.3m，存在泥面标高高差较大，所以沉桩前需对码头区域进行疏浚削坡挖泥，防止后期疏浚导致码头滑移、跑桩的情况。

（2）由于预应力组合大管桩长度较大，所以在进行桩身设计时，要充分考虑到桩身的制作、运输和吊桩的实际施工的可行性，同时还要考虑到桩身整体设置需求、场地状况以及打桩船运行要求，在设计图纸上及时推演施工状况，设计出最优的沉桩次序和施工方案。比如，在2#码头交汇点安装的C1桩体，在施工初期调整倾斜角度后，因受2#码头交汇处施工影响，难以准确定位，给后续工程施工造成了影响。经与设计人员商讨研究后，最终将该桩调整为直桩。施工作业期间，应与监管、设计单位保持良好的交流，对任何不正常的现象都要及时进行报告，以缩短船舶窝工时长。

（3）在工程建设期间，因工程场域地质条件复杂，存在大量超过预设高度、影响下一桩工程施工的问题，因此必须及时与监管、设计单位商讨研究，及时采取截桩措施。由于其他施工船只无法在最短的时间内抵达施工场域，而使用施工船则会耽误其它工程施工的效率，而且打桩船的工作人员也更专业、熟练。因此，大多数影响到工程进度的施工作业均安排给打桩船工作人员，由工作人员及时开展切割、转运及其处理作业，在恶劣的施工条件下，施工速度得到了极大的提升。

（4）出现类似因异常超高桩而进行补勘作业的，则需要大规模范围内调整沉桩次序，也需要调整原有的超长预应力组合大管桩制作和沉桩的次序。且必须及时与制桩单位进行交流，在商讨研究后，及时调整制作桩体和运送桩体的次序。对于已生产和装驳的桩，应及时采取“以长替短”的办法，同时积极与业主、设计单位沟通，争取早日完成补勘作业，减少因异常状况造成的损失。

5.结语

综上所述，超长预应力组合管桩兼具结构完整、强度高、耐久性好等多重应用优势，沉桩是重点施工环节，其技术要求较高，本文通过对管桩沉桩施工技术的分析，提出一些关键的作业要点以及注意事项，希望可作为类似工程的参考。