庫區內使用振動錘沉設鋼管樁施工關鍵技術

王曉良 中交二航局第一工程有限公司

對于在三峽庫區的兩壩之間施工鋼管樁，因工程建設地點黃柏河大橋通航凈空的限制，打樁船等大型施工船舶進場施工困難且成本很高，采用浮吊配合振動錘沉設鋼管樁施工定位困難，同時庫區內水位變化較快，導致船舶隨水位升降變化較快，增大了鋼管樁定位難度。

表1 鋼管樁相關參數

1.工程概況

宜昌三峽國際游輪中心碼頭工程位于三峽大壩與葛洲壩之間，靠近黃柏河大橋，距離約500m，黃柏河大橋最低水位凈空12.1m。本工程主要由3個直立式碼頭結構形式的1#～6#突堤碼頭、2個高樁排架式結構的7#、8#順岸碼頭、高樁排架式結構的架空平臺以及現澆承臺結構的9#、10#泊位組成。鋼管樁總計316根，具體情況見表1。

2.施工難點

（1）黃柏河大橋最低水位凈空12.1m，打樁船因樁架高度限制無法進場。

（2）庫區內水位變化較快，導致船舶隨水位升降變化較快，增大了鋼管樁定位難度。

3.施工工藝

3.1 設備選型

3.1.1 振動錘選型

鋼護向型號為：Ф1550δ16mm鋼護筒共82根，Ф1350δ14mm鋼護筒共167根，Ф1000δ8mm 鋼護筒共34根，單長10～27m。

（1）振幅（A）。根據經驗公式振沉到所要求深度所需最小振幅A，可按照如下公式計算：

A為振沉樁到要求深度所需最小振幅，mm；N為樁沉入深度土層的最大標準貫入擊數,取37.4，其取值為地勘設計標準貫入試驗錘擊數。

A=37.4/12.5+3=5.992mm

（2）激振力P的確定。美國ICE公司通過大量工程測試后的結論：在高速振動時，樁的周圍土壤產生液化效果，使樁側極限靜摩擦阻力減低率μ=0.1～0.4，即起振力

P為振動錘激振力，KN；T為下沉至要求深度時，各土層的極限動側摩擦阻力之和，KN；U為樁橫斷面周長，m；i表示厚度為H的土層順序；n為下沉至要求深度時土壤總層數；Ti為第i土層的極限動摩阻力，KPa/m2；Hi為第i層土層厚度，m。

選取入土深度最大的鉆探孔位ZK8作最不利計算，本孔位穿透淤泥質粉質粘土②層7.3m，卵石④層5.4m，強風化粉砂巖⑤1層1.5m，其樁側摩阻力特征值分別為9kPa、55kPa、40kPa。

T=0.4＊3.14＊1.4＊(9＊7.3+55＊5.4+40＊1.5)=743.3KN

根據以上計算，擬選擇DZJ180電動型振動錘。

3.1.2 浮吊選型

本工程鋼護筒最重為15.6t，振動錘與夾具（包括鋼絲繩）重量為13t，沉樁時作業半徑小于20m,吊高小于36m，即沉樁施工時吊重為28.6t，施工半徑小于20m,吊高小于36m；根據“龍翔起1號”的性能參數表可知，用主鉤作業半徑為22m時，吊重為40t，吊高為36m；滿足現場施工要求。

本項目擬選用“龍翔起1號”吊DZJ180電動型振動錘進行沉樁施工，嵌巖樁起重設備亦選用“龍翔起1號”。

3.1.3 吊索具選擇

根據規范，鋼絲繩允許拉力按下式計算：

式中：F0—鋼絲繩最小破斷拉力，單位為kN；

D—鋼絲繩公稱直徑，單位為mm；

R0—鋼絲繩公稱抗拉強度，取1870MPa；

K'—鋼絲繩的最小破斷拉力系數，6×19S+FC鋼絲繩取0.33。

DZJ-180振動錘重量13t,碼頭鋼管樁最大重量15.6t,碼頭鋼管樁采用起重船吊裝時最大吊重為30t，考慮采用2根2m長的鋼絲繩受力，鋼絲繩安全系數取6，鋼絲繩破斷拉力為300×6÷2=900kN。

則鋼絲繩最小公稱直徑

實際采用Φ40mm鋼絲繩，滿足要求。

3.2 沉樁施工

3.2.1 鋼管樁吊裝

運輸船運至現場后與起重船并排停放，以利吊裝施工。吊樁采用捆吊，為保證吊樁安全，在樁頂兩端0.2L處設置一個吊耳，防止鋼絲繩滑落出鋼管樁。在起重船靠岸側船舷中部焊接一個導向架，鋼管樁吊出運輸船后移至導向架里，利用鋼管樁的自重，使樁尖插入覆蓋層中一定深度，確保穩樁安全。導向架見圖1。

3.2.2 鋼管樁定位

鋼管樁在導向架穩樁后，浮吊起吊振動錘，夾緊鋼管樁，起吊鋼管樁到樁位附近粗定位。根據岸上經緯儀及全站儀信息，對鋼管樁進行精確定位達到設計樁位，然后緩慢下放鋼護筒，通過鋼管樁及振動錘的自重，完成壓樁工序。

3.2.3 測量定位復核

鋼管樁在壓樁過程中可能會有偏移，需對鋼管樁樁位進行復核，若鋼管樁在壓樁過程中有偏移，則應把鋼管樁拔出土層進行適當調整，再進行壓樁，直至精確定位。

3.2.4 振動沉樁

沉樁初時，起錘激振力應較小，通過觀察樁身、振動錘等中心軸線一致后，方可轉入正常施打，以避免偏心振動導致樁身傾斜。振動沉樁過程中，起先宜采用小激振力低振，隨著入土深度加深，逐步提高激振力，直至達到設計標高，振動時要保持連續。若在沉樁過程中樁偏位過大，則要拔出鋼護筒重新定位沉樁。沉樁完畢后及時用聯撐連接。

3.2.5 沉樁注意要點

①鋼護筒沉放前，對到場鋼護筒的制作、防護等質量進行逐根檢查，對在裝運過程中碰損的涂層應修補。

② 沉放之前必須先在鋼護筒面上，從鋼護筒頂部起每0.1米劃一橫線，劃1米，供全站儀測量樁頂標高時讀數之用，以便于控制樁頂標高。

③停泊及錨纜布置，以便于起重船正常作業，避免各船錨纜互相干擾，并應與已沉好的護筒保持一定距離，不得碰撞。

④ 船吊取鋼護筒采用捆吊，捆吊須捆牢，要注意保持鋼護筒相對平穩。

⑤ 沉放全過程測量監控，保證鋼護筒的垂直度，出現偏位即時停止振動，調整樁位，若不能調整到位，則應拔出鋼護筒或鋼管樁重新定位沉樁。

圖1 導向架示意圖

⑥ 沉樁時，根據如現場的水下地形有斜坡段，則需預留出打樁偏位的提前量，確保最終的沉樁偏位滿足規范要求。

⑦對已沉到位的護筒，做上醒目標志，提醒過往船只。

⑧運樁和沉樁過程中，嚴禁碰撞鋼護筒或鋼管樁、破壞防護涂層。

4.水上使用振動錘沉樁優點

（1）振動錘沉樁時可根據沉樁情況，能對樁位、樁身垂直度等進行及時糾偏。

（2）樁位可靈活選擇，受到的施工條件限制較小。

（3）振動錘沉樁施工時噪聲較小，對附近居民生活影響小。

（4）振動錘沉樁施工時，造成的土體破壞較小，對周邊建筑物影響小。

5.結語

本工程因施工環境條件的限制，采用浮吊配合振動錘施工的工藝進行鋼管樁沉設施工，有效的解決了本工程打樁船無法進場施工、沉樁定位等相關技術難題，為類似工程施工提供參考。