中長周期波作用下樁頂移動平臺打樁技術

鞠鵬，王翔，馮甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山東　青島　266071）

中長周期波作用下樁頂移動平臺打樁技術

鞠鵬，王翔，馮甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山東青島266071）

在中長周期波海域的海上作業是國際上公認的難題，目前對中長周期波工況下的施工，尚無成熟的方法和工藝。在智利圣文森特港國際碼頭承建的樁基施工項目即屬于中長周期波海域的施工作業，為解決質量和工期的雙重困難，研發了一整套海上移動平臺打樁設備及配套工藝，通過現場施工檢驗，該設備及工藝在保證施工質量及施工效率方面具有明顯的優勢。

中長周期波；樁頂移動平臺；打樁

0　引言

中長周期波不同于一般風浪及短周期涌浪，它的典型特點為波高較小，但波長及波速均較大，具有極強的穿透性和能量[1]，對系泊船舶的穩性具有很大的影響，可導致施工船舶的劇烈晃動，因此國內常見的打樁船作業方式對中長周期波海域并不適用。通過對毛里塔尼亞友誼港、印度尼西亞Adipala斜坡式防波堤等工程施工的結果分析發現，目前針對中長周期波工況條件下施工都沒有成熟的方法和裝備預控，很多工程都受到一定程度的損失才勉強完成，施工方式大大影響了施工的質量及進度。在智利圣文森特港承建的碼頭修復與擴建工程即屬于在中長周期波海域的施工，由于受中長周期波的影響，打樁船的施工作業方式已不能滿足設計文件要求的精度，同時受作業窗口的影響，工期已嚴重滯后，為此研發了一整套適應于中長周期波作用下的沉樁工藝及裝備。

1　工程概況

智利圣文森特國際碼頭位于智利Bío-Bío區Talcahuano城西側，距離Concepcion城西北側13 km，最大吃水10.97 m，潮差1.6 m。圣文森特國際碼頭擴建和修復項目由我公司承建，碼頭長264 m，寬38 m，橫向44個排架，縱向6排鋼管樁，直樁198根，斜樁132根，樁徑為1 m、1.2 m。典型斷面由4根直樁、4根斜樁組成（見圖1、圖2），其中直樁位于斷面的中間及兩端，斜樁的傾斜度為1∶5，分為2個方向。地區波浪周期為16～26 s，碼頭前沿波高0.8 m，屬于涌浪、中長周期波[2]。

圖1　碼頭斷面示意圖Fig.1　Schematic cross-sectional view of wharf

圖2　樁基平面布置圖Fig.2　Plan layout of piled foundation

2　平臺設計

2.1工作原理

利用中間兩排直樁，作為支撐，搭設可供履帶吊行走作業、可循環使用、便于拆裝的工作平臺（圖3、圖4）；平臺兩側為定位梁，作為外端部直樁與斜樁定位架；中間兩排直樁和外端部直樁均采用吊打工藝，斜樁采用在定位梁上固定導向架履帶吊吊打工藝。

圖3　打樁平臺示意圖Fig.3　Schematic diagram of pile driving platform

圖4　打樁平臺現場圖Fig.4　Site photo of pile driving platform

2.2平臺組成

整個打樁平臺是由總梁、行車道及斜樁定位架組成，總梁的主要作用通過其上設置的定位銷插入已打設好的直樁形成支撐結構支撐行車道供履帶吊行走，并在兩頭端部設有直樁定位梁用來打設兩端的直樁[3]。

同時為了打設斜樁，設計了設有雙層液壓抱樁器的斜樁定位架，斜樁定位架后端設置可適應不同樁位的升降端方便作業。

2.3履帶吊選擇

本工程所有鋼管樁中，最大重量為34.1 t，整個打樁平臺的最大單件重量為37.8 t，最大要求吊裝半徑為21 m，因此選用徐工集團的QUY250履帶吊，可滿足施工要求。

2.4打樁錘選擇

根據地勘資料（見表1），采用GRLWEAP軟件對沉樁進行可打性分析[4]，模擬結果顯示：采用無錫信仁廠商D125的柴油沖擊錘最終沉樁錘擊數為743錘，沉樁時間為18 min，最終1 m的平均貫入度為7.3 mm，可以順利實現沉樁，可打性分析結果見圖5。

表1　典型斷面持力層端承力和穿越層摩阻力參數Table 1　End bearing resistance in bearing stratum and parameters of friction resistance in penetrating stratum

圖5　可打性分析結果Fig.5　Results of pile drivability analysis

3　打樁工藝及方法

施工工藝流程見圖6。

圖6　施工工藝流程圖Fig.6　Flow chart of pile-drivring process

3.1打樁順序

由于打樁平臺的工作原理是通過履帶吊不斷倒運平臺向前推進，因此當一次倒運平臺完成后在進入正式的打樁施工階段前應細致安排打樁的順序，打樁順序的確定原則主要有兩個方面：

1）履帶吊最小吊距限制，因履帶吊有最小吊距的限制，因此造成了在打設某些位置的斜樁時，履帶吊的站位唯一，因此這些位置應著重關注，防止出現漏打的情況；

2）打樁平臺工作特點，為保證平臺的順利推進以及應對出現復打等情況，當平臺就位后，應先借助總梁端部的直樁定位梁打設兩端部的直樁，再根據履帶吊站位限制安裝斜樁定位架打設相應的斜樁。

3.2導向架的固定

作業時根據斜樁樁位將斜樁定位架放置在適當位置，通過專用的鎖定裝置與定位梁固定，以確保定位架與總梁的相對位置不發生錯動，從而保證定位精度。鎖定裝置由精軋螺紋鋼、固定螺母、橫梁組成，該裝置適用于惡劣工況，且拆裝快速。

3.3總梁的倒運

打樁平臺的倒運過程即為總梁和行車道拆卸和安裝過程，由于樁基平面布置的左右非對稱，因此總梁也為非對稱結構，因此倒運安裝總梁時需要將總梁旋轉180°后方能對齊樁位，由于總梁為長34.9 m、重37.8 t的桁架式結構，受履帶吊吊裝半徑的影響，吊裝時接近滿負荷吊裝，因此吊裝過程必須嚴格控制吊距，不得超距吊裝，在旋轉過程中，讓較短一側從履帶吊前轉過，此時總梁端頭距離履帶吊的最小距離為0.5 m。圖7即為一次總梁從后方倒運到前方的全過程。

圖7　吊裝旋轉平面示意圖Fig.7　Schematic plan diagram of rotation for installation

4　施工質量分析

平臺搭建完成后，利用打樁平臺進行了沉樁作業，并隨后進行了樁基檢測，檢測結果表明最終沉樁質量均滿足平面樁位偏差≤10 cm，傾斜度偏差≤1%的設計要求，同時大大提高了打樁效率，由原來的月完成沉樁15根變為單日沉設直樁3根或斜樁2根，滿足了工期要求。

5　創新點

1）整個打樁平臺為公司自主設計、制造，平臺的組件少，可以實現海上作業迅速拆裝，提高了工效，且無需打設輔助樁。

2）實現了打樁平臺不需要夾樁，借助4組總梁將整個平臺連成整體，依靠平臺自身即可滿足施工作業時的穩定性要求，平臺安裝完成后即可進行施工作業，平臺1次倒運最多可連續打設12根鋼管樁。

3）平臺適應性強，稍加改造即可適用于其他工程，具有較強的通用性。

6　結語

通過采用樁頂移動平臺打樁系統及其配套打樁工藝，順利實現了中長周期波下的海上施工，且施工質量完全滿足設計要求，也保證了工期。該系統、工藝的成功應用為中長周期波海域下的施工研究提供了新的模式和探索，為海上施工開創了高質量、高效率的新方法。

[1]楊憲章.長周期波的特性及對系泊船舶動態特性的影響[J].港口工程，1989（6）：37-43. YANG Xian-zhang.The characteristics of long period wave and the influence of the dynamic characteristics of mooring ships[J].Port Engineering,1989(6):37-43.

[2]中交一航局第二工程有限公司.智利圣文森特施工組織設計[R].2014. No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd.Construction organization design of San Vicente project in Chile[R].2014.

[3]GB 50017—2003，鋼結構設計規范[S]. GB 50017—2003,Code for design of steel structure[S].

[4]劉永鋒.用波動方程法選擇樁錘和打樁系統[J].中國港灣建設，2002（3）：33-36. LIU Yong-feng.Selection of pile driver hammer and pile driving system with wave equation method[J].China Harbour Engineering, 2002(3):33-36.

Offshore mobile driving system to drive piles under waves of middle and long periods

JU Peng,WANG Xiang,FENG Jia-xin
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）

Offshore construction in middle and long period waves is an internationally recognized problem.At present,there is no mature method and process for the construction under this condition.The pile foundation for San Vincent International Wharf in Chile is a job executed in medium and long period waves.In order to solve the double difficulties of quality and time limit for the project,a whole set of offshore mobile platform with pile driving equipment and related technology is developed, which,through the field tests in the construction site,has obvious advantages to ensure the quality and efficiency of the construction.

middle and long period wave;offshore mobile driving system;pile driving

U656.113；TU753.3

B

2095-7874（2016）09-0042-04

10.7640/zggwjs201609010

2016-05-06

鞠鵬（1983—），男，山東威海市人，碩士，工程師，工程力學專業。E-mail：yingrengyitan@163.com