海上鋼板樁施工技術(shù)研究

中國葛洲壩集團(tuán)建設(shè)工程有限公司 云南 昆明 650000

1 工程概況

某港口防波堤工程主體結(jié)構(gòu)采用鋼板樁型式,鋼板樁通道內(nèi)部回填海沙,鋼板樁上部采用現(xiàn)澆帽梁混凝土結(jié)構(gòu),鋼板樁型式為HZ型和AZ型雙排組合鋼板樁。鋼板樁沉樁由陸域向海上推進(jìn),利用打樁平臺(tái),采用岸上向海上推進(jìn)的端進(jìn)施打方法。

本工程采用的HZ型鋼板樁為HZ 880M,AZ型鋼板樁位AZ18-800。HZ型鋼板樁剛度較高,且單根截面對(duì)稱,AZ型鋼板樁壁厚較薄。

2 沉樁前的準(zhǔn)備工作

2.1 AZ型樁采用和鋼板樁同等級(jí)強(qiáng)度鋼材C9連接件連接,在出廠前完成了拼接。HZ型樁和AZ型樁的連接采用同等級(jí)強(qiáng)度鋼材RZU16和RZD16連接件,需在打樁前將連接件與HZ型樁焊接連接,并在焊接位置進(jìn)行防腐防銹處理。

2.2 導(dǎo)向架 導(dǎo)向架是保證樁位平面位置精度和垂直度的關(guān)鍵。導(dǎo)向架委托專業(yè)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行定制,長度為14m,高度為6m,導(dǎo)向架只作為輔助HZ型樁打樁裝置,導(dǎo)向架主要用于控制HZ型樁的沉樁,并作為HZ型樁垂直度的關(guān)鍵控制要點(diǎn),導(dǎo)向架有7個(gè)HZ型樁孔位,每安放一次導(dǎo)向架,可以施打5根HZ型樁,作為一個(gè)作業(yè)組。

2.3 定位樁 定位樁用于輔助安放導(dǎo)向架,通過控制定位樁樁頂在同一高程,從而保證導(dǎo)向架的穩(wěn)定性和垂直度。

3 鋼板樁沉樁流程

打入定位樁→安放導(dǎo)向架→放置HZ型鋼板樁并初步沉樁→移除導(dǎo)向架并將HZ型鋼板樁沉樁至設(shè)計(jì)高程→AZ型樁沉樁→前移吊車及導(dǎo)向架→重復(fù)上述步驟

(1)打入定位樁:定位樁采用HZ型樁,測(cè)量員使用全站儀對(duì)輔助定位樁的平面位置和高程進(jìn)行控制,定位樁入土深度大于9m。

(2)安放導(dǎo)向架:輔助定位樁沉樁完成后,利用吊車將導(dǎo)向架安放至輔助定位樁上。測(cè)量員對(duì)導(dǎo)向架坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)測(cè),并利用手動(dòng)葫蘆進(jìn)行微調(diào),然后把導(dǎo)向架和輔助樁固定牢固,避免在打樁過程中產(chǎn)生位移。

(3)放置HZ型鋼板樁并初步沉樁:鋼板樁水平起吊采用專用卸扣進(jìn)行起吊,在將HZ型樁吊放至導(dǎo)向架的定位孔后,用ICE振動(dòng)錘初步沉樁至導(dǎo)向架頂端高度時(shí),暫時(shí)停止沉樁。在HZ樁沉樁過程中采用跳打方式,必須間隔一個(gè)樁施工。

圖1 HZ型樁初步沉樁

HZ樁初步沉樁完成后,在現(xiàn)有輔助定位樁前方用同樣的方式安裝兩根HZ型鋼板樁作為下一階段的輔助定位樁。新安裝輔助樁和現(xiàn)有輔助樁控制在同一高程。

(4)移除導(dǎo)向架并將HZ型樁沉樁至設(shè)計(jì)高程:移除導(dǎo)向架后,拔出定位樁,使用打樁錘對(duì)HZ型樁進(jìn)行復(fù)打,復(fù)打同樣采用跳打方式,并使用測(cè)量儀器實(shí)時(shí)觀測(cè)鋼板樁的垂直度情況,若出現(xiàn)較大傾斜時(shí),需拔出部分鋼板樁,在調(diào)整垂直度后再重新打入。當(dāng)鋼板樁頂部接近設(shè)計(jì)高程時(shí),放緩打入速度,并由測(cè)量員用全站儀實(shí)時(shí)觀測(cè)樁頂標(biāo)高,直至設(shè)計(jì)高程。

(5)AZ型樁沉樁:海上施工時(shí),利用在完成的HZ型鋼板樁上懸掛掛籃式結(jié)構(gòu)作為施工平臺(tái)。由于AZ樁在存放和運(yùn)輸時(shí)存在微小變形,HZ樁在的沉樁也存在精度偏差,可能造成AZ樁和HZ鋼板樁連接件無法連接的情況。出現(xiàn)該狀況時(shí),使用手動(dòng)葫蘆對(duì)AZ鋼板樁寬度進(jìn)行微調(diào)。將AZ樁和HZ樁連接件連接成功后,用振動(dòng)錘緩慢沉樁。

(6)前移吊車及導(dǎo)向架:在鋼板樁起始端打樁完成約30m時(shí),在已完成的鋼板樁上放置3個(gè)組合式打樁平臺(tái),用于吊車行走。并通過吊車把最后1個(gè)平臺(tái)吊放至最前,以此使吊車前行。

在進(jìn)行首個(gè)打樁循環(huán)時(shí),預(yù)留末端2個(gè)AZ樁不打入,在安放下一循環(huán)導(dǎo)向架時(shí),將導(dǎo)向架尾部相對(duì)應(yīng)的孔位放置在已完成的最末端兩個(gè)HZ型樁上,以此定位導(dǎo)向架。在完成導(dǎo)向架安放后,仍需對(duì)孔位進(jìn)行復(fù)測(cè),合格后進(jìn)行固定連接。

重復(fù)進(jìn)行以上步驟,以使鋼板樁打樁工作循環(huán)前進(jìn)。

4 遭遇砂盤或巖層時(shí)的沉樁措施

本工程地勘資料顯示沉樁區(qū)域存在部分砂盤和巖層,使用振動(dòng)錘可能無法正常沉樁,可針對(duì)HZ型樁和AZ型樁采取不同的措施輔助沉樁。

(1)HZ樁輔助沉樁措施。在使用振動(dòng)錘無法貫入的情況,需要采用沖擊錘,采用的主要設(shè)備依然是動(dòng)力中心提供動(dòng)能,沖擊錘采用滑軌式打樁錘,典型設(shè)備有PVE 7NL型沖擊錘。在采用沖擊錘的同時(shí),需要針對(duì)HZ型鋼板樁做加固樁靴,主要為在翼緣板作臺(tái)階狀切割,腹板作圓弧狀切割并加焊鋼板。

(2)AZ樁輔助沉樁措施:AZ型鋼板樁剛性較弱,使用沖擊錘會(huì)將AZ樁破壞,因此AZ型鋼板樁在遭遇難以貫入的情況時(shí)需要采用其他方式。AZ樁主要作為帷幕結(jié)構(gòu),特性是比同位置的HZ樁短,可以在AZ樁腹板轉(zhuǎn)角位置焊接鋼管,利用加壓泵在振動(dòng)貫入時(shí)加壓輔助沉樁,既能快速貫入鋼板樁,又不會(huì)破壞打入HZ樁樁底結(jié)構(gòu),如果遭遇在加壓水輔助下仍無法貫入的情況,可咨詢?cè)O(shè)計(jì)在滿足帷幕功能的作用下,適當(dāng)切割A(yù)Z型鋼板樁。

5 打樁平臺(tái)選擇

本工程通道寬度主要為12m和40m,在沉樁過程中選用了兩種打樁平臺(tái),兩種平臺(tái)分別適用于兩種類型的通道寬度,兩種打樁平臺(tái)如圖:2所示。

圖2 兩種打樁平臺(tái)示意

第一種是適用于較窄寬度的組合式鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái),可直接放置在完成鋼板樁上,適用于10-15m通道寬度的打樁工作,且由于打樁起重設(shè)備及打樁設(shè)備的荷載都作用在鋼板樁上,適用條件比較嚴(yán)格,適合于在打樁完成后鋼板樁懸空高度不宜過高的情況。在這種條件下聯(lián)排組合樁整體性高,受壓不宜變形,在適宜的條件下,這種平臺(tái)在沉樁過程中的平穩(wěn)性好。

第二種是與鋼管樁進(jìn)行連接固定的打樁平臺(tái),需先打入4根輔助鋼管樁,適用于20m以上通道寬度的打樁工作,每組平臺(tái)長度約10m,每個(gè)打樁平臺(tái)四角的鋼管樁與先打入的輔助鋼管樁采用插銷固定,平臺(tái)同時(shí)作用在回填土和鋼管樁上,利用三組平臺(tái)完成打樁循環(huán)回轉(zhuǎn)。這種平臺(tái)需要對(duì)通道先進(jìn)行部分回填,回填高程需達(dá)到高潮位以上,平臺(tái)的穩(wěn)定性主要依靠輔助鋼管樁,部分荷載作用在回填土上。

6 沉樁精度控制

沉樁精度控制包括垂直度和平面位置精度。樁身垂直度的精度偏差是控制樁身傾斜度不大于±1%,平面位置精度偏差是控制在設(shè)計(jì)位置的±75mm范圍之內(nèi)。

本工程精度控制的重點(diǎn)為導(dǎo)向架定位輔助樁的精度控制,HZ樁的垂直度主要依靠導(dǎo)向架的垂直度來控制。因此,在打入導(dǎo)向架定位輔助樁后,需嚴(yán)格復(fù)測(cè)輔助定位樁樁頂標(biāo)高及平面位置坐標(biāo),保證安放后的導(dǎo)向架平面位置精度及高程精度。

7 結(jié)語

國內(nèi)鋼板樁施工一般在臨時(shí)護(hù)岸、圍堰工程等臨時(shí)性構(gòu)筑物等中應(yīng)用較多,施工工藝較為成熟,但海上鋼板樁施工實(shí)例較少。本文介紹了兩種打樁平臺(tái)的適用條件,在沉樁過程中遭遇砂盤或巖層沉樁采取的沉樁措施,海上鋼板樁的沉樁工藝,為類似海上鋼板樁的施工提供參考。