鋼板樁雙錘送樁工藝在南太平洋地區(qū)的應(yīng)用和前景

孫士奎 中交煙臺環(huán)保疏浚有限公司

1.工程概況

1.1 工程簡介

斐濟(jì)鐵礦砂碼頭項目位于斐濟(jì)共和國維提島西部首府勞托卡港口。擬建鐵礦砂運(yùn)輸碼頭及集裝箱裝卸碼頭，可靠泊6萬噸級運(yùn)輸船。設(shè)計碼頭總長度320m，碼頭前沿為鋼板樁連續(xù)墻和現(xiàn)澆混凝土胸墻結(jié)構(gòu)，后方錨錠結(jié)構(gòu)為長度22.5m鋼管樁，管樁澆筑混凝土作為鋼拉桿錨錠。

1.2 鋼板樁主要設(shè)計參數(shù)

鋼板樁連續(xù)墻采用歐洲阿賽洛米塔爾集團(tuán)的HZM 1080MB-4工字型主樁與AZ 18/700雙拼Z型板樁連接而成，間距1.927m。

2.設(shè)備選型

2.1 地質(zhì)參數(shù)

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，該區(qū)域表層為回填塊石土，+2.5～-17m之間為砂性回填土和部分中粗砂，0～-3m存在淤泥夾層，標(biāo)慣擊數(shù)較小，-17～-33m之間的土體標(biāo)慣擊數(shù)N=45～50+（澳洲標(biāo)準(zhǔn)），土體樣品表觀為類似泥巖，膠結(jié)碎石散布，孔隙較大，較易碎。

2.2 設(shè)備選型

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，土體上下層間標(biāo)貫擊數(shù)相差較大，且多數(shù)泥巖，單純利用振動錘無法達(dá)到設(shè)計效果。采用沖擊錘，由于表層回填塊石較多，不利于鋼板樁定位、平面位置、垂直度的質(zhì)量控制；同時，本工程涉及到了鋼管樁、鋼板樁等多種類型，多種直徑、多種長度的沉樁施工，最終選擇了雙錘施工方法。

2.2.1 振動錘的選擇

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，+2.5～-17m之間為砂性回填土和部分中粗砂，標(biāo)慣擊數(shù)較小。根據(jù)振動錘施工原理，振動錘在松散至中等密實(shí)的無粘性土中，打樁速度最快也最有效，特別適合與拔樁及對已打入樁的回?fù)芗m正。所以入巖前的立樁采用振動錘施工。本項目采用ICE-66C振動錘，最大激振力為2490kN，允許抗拔力為1423kN，根據(jù)后續(xù)施工實(shí)踐，振動錘的選擇滿足現(xiàn)場沉樁要求。

2.2.2 柴油沖擊錘的選擇

柴油沖擊錘進(jìn)行樁體二次入巖施工，屬于雙作用沖擊錘，這種錘由封閉的錘芯組成，錘芯由液壓提升，向下?lián)翦N時，外部的能量傳遞到錘芯上，產(chǎn)生的加速度大于重力加速度，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力作用在樁帽上。即樁頭峰值強(qiáng)度（δp），平均應(yīng)力值（δm）為打樁阻力（土阻力+摩阻力）除以樁的橫截面積，計算公式見式（1）：

式（1）中，ε—錘擊效率，%。柴油錘的錘擊效率約在30%～40%。根據(jù)上述公式，計算出需要滿足6550kN的沖擊力，并根據(jù)《建筑施工手冊》中柴油錘型號的參數(shù)進(jìn)行對比，錘芯重需要達(dá)到7.2t以上，故初步擬定為HD80柴油沖擊錘，但考慮到柴油錘能量損失，地質(zhì)情況復(fù)雜，國外施工資源有限的特點(diǎn)，最終選定HD125型柴油錘用于施工。

3.施工工藝及方法

3.1 沉樁工藝流程

施工準(zhǔn)備→基槽開挖→測量放線→安裝導(dǎo)向架→插打鋼板樁→拆除導(dǎo)向架→復(fù)打鋼板樁→結(jié)束。

3.2 工前準(zhǔn)備

3.1.1 導(dǎo)向架制作

導(dǎo)架的結(jié)構(gòu)布置采用雙層桁架形式，構(gòu)件主要受力桿件材料使用上下兩層四條寬度為400mm，長度為12m的H型鋼。雙層雙向?qū)虿蹆?nèi)布置卡槽，以控制鋼管樁的導(dǎo)向限位。液壓振動錘插一次沉樁完畢時，即將卡槽寬度增大鋼管樁與導(dǎo)架之間的間隙量，使得導(dǎo)架能夠順利的從已插打完的鋼管樁中拆分抽出。根據(jù)施工進(jìn)度要求導(dǎo)向架長度每次駐位可完成6組組合樁沉樁。

3.1.2 導(dǎo)樁安裝

導(dǎo)架的固定依靠布置在導(dǎo)架兩側(cè)的4根寬度為400mm，長度為12m的工字鋼插入地下8m左右作為基礎(chǔ)，導(dǎo)向架與導(dǎo)樁的焊接固定形成一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體，從而保證導(dǎo)架在沉樁過程中起到鋼管樁的限位作用。

3.1.3 停錘標(biāo)準(zhǔn)

沉樁停錘以樁頂標(biāo)高控制為主，貫入度作為校核。符合下列條件之一可以停錘：（1）當(dāng)樁頂已達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，可以停錘；（2）當(dāng)柴油錘滿負(fù)荷運(yùn)行時，貫入度小于連續(xù)250擊每錘2mm或連續(xù)50擊每一擊小于1mm，可以停錘，并通知設(shè)計協(xié)商；（3）均不符合以上情況時，應(yīng)及時停錘并報設(shè)計單位決定。

3.3 施工方法

每次導(dǎo)向架駐位可完成6組鋼板樁沉樁工作。施工順序?yàn)橄仍嚧蛑鳂吨猎O(shè)計標(biāo)高，中間安插Z型板樁，移除導(dǎo)向架至下一個工作面。

3.3.1 導(dǎo)向架安裝

（1）施打定位導(dǎo)樁。計算定位導(dǎo)樁與鋼板樁軸線的距離，經(jīng)測量放樣后，起吊ICE-66C振動錘，將定位導(dǎo)樁沉入地下，將定位錨樁施打至設(shè)計導(dǎo)向架標(biāo)高后，進(jìn)行導(dǎo)向架安裝。導(dǎo)樁沉樁過程測量全程觀測垂直度，并在沉樁完成后進(jìn)行復(fù)核。

（2）導(dǎo)向架固定及測量精細(xì)定位。打好定位錨樁后，用吊機(jī)將已拼裝好的導(dǎo)向架吊起，其開口的一頭用鋼板臨時固定在定位樁上，另一頭對準(zhǔn)軸線位置后焊接固定。在導(dǎo)向架上下層H梁上設(shè)置定位板，配合定位螺栓作為調(diào)節(jié)裝置，精確放樣定位板位置。

（3）鋼板樁定位。用130t履帶吊起吊鋼板樁，將鋼板樁豎直立起，并越過導(dǎo)向架頂部，在指定的定位板卡槽內(nèi)下放鋼板樁，就位后測量復(fù)測位置，確保無誤后擰緊定位螺栓，收緊上下層導(dǎo)向架的定位板，通過導(dǎo)向架臨時固定住鋼板樁。

（4）振動錘初打鋼板樁。用130t履帶吊起吊ICE-66C液壓振動錘，再由振動錘夾住鋼板樁頂部，將鋼板樁沉至樁體無明顯下沉?xí)r停止，沉樁過程中采用2臺經(jīng)緯前方交匯的方法進(jìn)行沉樁過程中的垂直度控制。

導(dǎo)向架每安裝一次可以沉樁6組，根據(jù)導(dǎo)向架的尺寸，每6組樁為一個批次，按批次進(jìn)行沉樁，每完成一個批次，就進(jìn)行一次導(dǎo)向架的裝拆作業(yè)。

（5）拆除導(dǎo)向架。每一導(dǎo)向架定位范圍內(nèi)，可施打6根鋼板樁，待6根鋼板樁均沉樁至樁體無明顯下沉后，開始拆除導(dǎo)向架。切割使定位導(dǎo)樁與導(dǎo)向架分離，導(dǎo)向架整體起吊移走，采用130t履帶式起重機(jī)起吊ICE-66C振動錘起拔錨樁，錨樁只拔除一側(cè)即可，剩余一側(cè)在安裝下一批次導(dǎo)向架時，可以重復(fù)使用。

（6）復(fù)打鋼板樁。拆除導(dǎo)向架后，用130t履帶式起重機(jī)起吊HD125型筒式柴油錘對鋼板樁進(jìn)行復(fù)打，并根據(jù)設(shè)計沉樁要求將鋼板樁沉樁到終錘標(biāo)準(zhǔn)。

（7）插打AZ樁。130t履帶式起重機(jī)吊起AZ樁轉(zhuǎn)移到AZ樁樁位，通過人工、鐵錘、張緊法蘭等工具，進(jìn)行C9鎖扣的對接，對接完成后起吊ICE-66C液壓振動錘并夾住AZ樁，沉樁至設(shè)計標(biāo)高或因鎖扣阻力大等因素而不能繼續(xù)下沉?xí)r停止。

（8）復(fù)打AZ樁。AZ樁插打完成后，用130t履帶式起重機(jī)起吊HD125型筒式柴油錘對AZ樁復(fù)打至設(shè)計標(biāo)高。該段連續(xù)墻施工完畢。

4.質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)

（1）錘擊沉樁時，樁錘、替打樁宜保持再同一軸線上。替打應(yīng)保持平整，避免產(chǎn)生偏心錘擊。

（2）如出現(xiàn)貫入度反常、樁身突然下降、過大傾斜、移位、樁身損壞等情況，均應(yīng)立即停止錘擊，及時查明原因。

（3）鋼板樁沉樁施工設(shè)置導(dǎo)向架等導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。導(dǎo)向架上的限位使用強(qiáng)度高、剛度好的鋼板，防止變形對樁體垂直度的產(chǎn)生影響。

（4）鋼板樁在施打前必須嚴(yán)格檢查，以保證鋼板樁平直，鎖口完好可靠；鋼板樁的規(guī)格和性能必須滿足設(shè)計要求。

（5）錘擊沉樁時，應(yīng)密切關(guān)注錘擊振動和擠土等對碼頭周邊混凝土基礎(chǔ)的影響，及時記錄，如有異常變化，應(yīng)停止沉樁。

（6）沉樁施工期間，尤其是低潮位沉樁時應(yīng)加強(qiáng)對岸坡變形的觀測，水平位移控制標(biāo)準(zhǔn)為每晝夜≤3mm，每100m應(yīng)設(shè)置1個位移觀測點(diǎn)。當(dāng)岸坡變形出現(xiàn)異常情況時，應(yīng)立即停止沉樁作業(yè)，查明原因，上報設(shè)計單位，并制定相應(yīng)對策。

5.結(jié)束語

隨著南太平洋國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，制約經(jīng)濟(jì)的港口設(shè)施勢必迎來建設(shè)的高峰期。而組合鋼板樁結(jié)構(gòu)的碼頭，占用資源少，施工簡單方便，施工速度快，造價低，特別適合資源緊張的南太平洋島國地區(qū)。上述施工工藝可為類似地區(qū)類似工程的結(jié)構(gòu)選擇、施工安排提供了可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)。