潮間帶傾斜鋼管樁吊打沉樁施工技術及質量控制

中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524005

1 工程概況

越南朔莊一期海上風電項目位于越南南端的朔莊省沿海地區，擬建10臺單機3.3MW的風電機組，裝機規模為30MW。場址離岸距離為1～3km，按越南國家高程平面計算場區泥面高程約為-2.8～-0.8m，當地潮位區間約為-2.12～+2.18m。每臺風機基礎設計采用6根外徑1.4m、壁厚25mm、長62～71m的傾斜鋼管樁，按傾斜度1∶6沿圓周均勻布置。由于水深較淺，常用的打樁船無法滿足吃水要求，經研究討論采用“平板駁”坐灘后作為工作平臺，采用吊機+定位架進行傾斜鋼管樁吊打的沉樁工藝。

2 定位架設計

為了滿足斜樁吊打工藝的實施，項目部采用輔助沉樁定位架。定位架由三大部分組成，即定位錨樁基礎、定位架和限位架，在工廠按設計圖紙加工成型，運輸到現場組拼。沉樁定位架的設計需考慮以下六個主要參數的要求：（1）沉樁定位架的整體強度和穩定性滿足吊打施工要求，并根據吊打施工過程的主要工序和工況進行分步驟、分階段受力分析，確保施工安全。（2）沉樁定位架每次安裝后可同時實現6根工程樁的定位，沉樁定位架上、下導向輪相對位置與工程樁按1∶6斜率要求相匹配，且沉樁后樁位偏差滿足設計要求。（3）上、下導向輪樁架設置微調裝置，其中頂層內側導向輪調節行程為180mm，其他導向輪調整行程約為140mm。（4）為了沉樁后定位架可拆除，在頂層限位架位置采用伸縮調節裝置，每個樁位沉樁至定位架頂部時通過收起上層限位架后繼續將樁施打至設計標高。（5）上層限位通過滑輪裝置，使6個樁位共用1個上層限位架。通過上、下層限位架微調裝置可防止樁架蹩樁現象，便于樁架拆除。（6）考慮導向輪與鋼管樁間摩擦可能造成鋼管樁防護涂層的損壞，定位架與工程樁接觸處的活動限位支架用尼龍滾輪滾動接觸。定位架現場安裝效果圖見圖1。

圖1 定位架現場安裝效果圖

3 定位架安裝

（1）船舶定位。高潮位時平板駁拋錨定位，采用GPS定位將施工船舶移至沉樁位置。（2）錨樁插打。施工前測量放樣錨樁位置并用木樁做標記(木樁高潮位露出水面)，同時在機位附近搭設臨時測量平臺，使用全站儀監測沉樁樁位。錨樁采用駁船上吊機和振動錘進行插打，插打前先利用安裝在船舷的吊機進行立樁，立樁后夾振動錘并將鋼管樁起吊至定好的位置插打，錨樁插打深度應按計算要求的深度進行，如果插打深度不足應進行校核并采取措施，如采用雙錨樁的方法確保錨樁的承載力滿足要求。（3）錨樁插打完成后，按設計標高割平錨樁樁頭。（4）定位架安裝。為保證定位架安裝位置正確，安裝前在錨樁頂上測量放樣出定位架的安裝位置，并在錨樁頂上與定位架接觸部位焊接限位卡槽。然后測量人員對定位架進行方位校正，將坐灘后的平板駁作為測量平臺，架設全站儀進行觀測，對比鋼管樁設計坐標和架子底層限位架中心坐標偏差，利用吊機進行微調，直至定位架定位滿足要求。（5）定位架加固。定位架安裝完成后，為了保證定位架安裝后的整體穩定性，在穩樁架精定位完成后在錨樁頂部與穩樁架接觸部位焊接型鋼門字架固定。（6）限位滾輪安裝與調整。定位架平臺按設計標高安裝完成后，調整上、下層限位滾輪位置，為工程樁施工做好準備。

4 鋼管樁吊打施工工藝

（1）鋼管樁立樁。平板駁和運樁駁趁高潮位在穩樁架旁駐位，利用平板駁上的800t吊機和320t吊機進行抬吊取樁、立樁。立樁時采用800t吊機掛鉤帶力起吊，同時采用320t吊機掛鉤慢慢下放，最終使鋼管樁豎立。（2）鋼管樁定位。鋼管樁定位前，首先調節頂層和底層的限位架導向輪至6∶1的傾斜度，為確保打樁錘順利通過穩樁架及考慮斜樁變俯趨勢，在調節頂層限位架導向輪時向外預留15cm偏位。完成后800t吊機將鋼管樁吊至穩樁架平臺設計樁位定位，當樁底穿過穩樁架底層平臺限位口后，再控制吊機擺位旋轉使鋼管樁傾斜套入穩樁架頂層平臺限位口，吊機慢松鋼絲繩下樁，樁身沿著上下限位平臺導向輪緩慢下沉，樁底入土前進行樁身傾斜度調整和坐標測量，確認無誤后鋼管樁在自重作用下下沉至穩定狀態，復測鋼管樁偏位無誤后解除連接樁身吊索，完成鋼管樁定位。（3）振動錘初打。為了增加鋼管樁入土深度和穩定性，先采用ICE44B振動錘進行初打。振動錘初打過程中應監測鋼管樁偏位和傾斜度，如有較大偏差，應及時調整。振動錘初打過程鋼管樁偏位可以通過架子頂部千斤頂和吊機配合微調，調節至滿足設計要求后繼續施打直至鋼管樁無明顯下沉。（4）液壓沖擊錘沉樁。振動錘初打結束后換用YC40液壓沖擊錘沉樁，沉樁分為兩個步驟，第一步是將鋼管樁沉樁至錘帽距離穩樁架頂層平臺約1m處，第二步是將頂層限位架旋轉180°至下一樁位，再將鋼管樁施打至設標標高。YC40液壓沖擊錘打樁過程前期采用小能量施打，后續根據貫入度實際情況逐漸加大能量施打。

5 沉樁質量控制

鋼管樁沉樁后樁頂平面位置偏差應小于±150mm，樁身傾斜度偏差不超過1%，標高允許偏差為0～50mm，且鋼管樁采用聚氨酯玻璃鱗片漆防腐涂層，對防腐要求較高。為保證鋼管樁沉樁質量滿足要求，該項目采取以下措施。

（1）定位架穩定性驗算。如定位架剛度和強度不足，可能會使樁位產生過大偏位，甚至可能導致定位架失穩和鋼管樁傾覆。為保證定位架剛度和強度符合要求，項目部委托具有相應資質的單位對定位樁架在不同工況條件下的受力、變形進行驗算，并對定位錨樁單樁豎向、水平承載力進行驗算，提供單樁豎向、水平向受力結果，以確保定位架穩定性滿足施工要求。（2）定位架偏位控制。沉樁施工前趁潮將定位架錨樁按照設計孔位放樣標記，定位架錨樁的直徑采用1m直徑鋼管樁，錨樁插打到位后，按定位架安裝標高對錨樁頂進行修整，當錨樁存在一定偏差時，可通過調整定位架與錨樁的相對位置提高定位架安裝精度。為確保工程樁精度滿足要求，結合工程樁允許偏差要求，錨樁和定位架安裝偏差控制如表1所示。錨樁與定位架連接固定后對定位架安裝位置進行放樣，可通過安裝在定位架底座六角位置的桿件，采用全站儀選擇其中3個點作為基準點進行觀測。（3）工程樁沉樁平面位置及傾斜度控制。為保證工程樁沉樁偏位滿足設計要求，定位架安裝完畢后，對定位架上下層平臺每個樁位樁心坐標進行放樣，并計算出設計樁外邊緣位置與限位孔4個邊的距離，鋼管樁進入樁架后，通過樁架上下限位架導輪微調裝置調整樁邊緣至限位空邊緣距離與計算值一致。考慮到定位架移除后傾斜鋼管樁會在自重作用下產生一定下撓，因此對上定位架內側導輪要比設計位置預留一定偏位，根據現場施工驗證，預留偏位按向外側偏移150mm設置可以滿足平面位置及傾斜度的要求。（4）定位架和鋼管樁偏位監測。沉樁過程巨大的沖擊力會對定位架平面位置及高程產生影響，進而影響沉樁精度。因此沉樁過程需要對定位架與鋼管樁進行監測，監測方法如下：①定位架位移監測。沉樁過程中對定位架底座六角位置的桿件，選擇其中3個點作為基準點進行觀測，觀測基準點在沉樁過程中是否發生沉降和偏位，發生較大位移時應當立即停止作業查明原因。②鋼管樁位置監測。沉樁入土過程，每5m深度對鋼管樁的偏差進行復核。如果偏差超出規范允許要求應及時停止沉樁進行調整。同時，為了減少沉樁過程因定位架受力產生位移和變形產生的累計偏差，鋼管樁沉樁按照對稱分布的順序進行。（5）沉樁停錘標準。沉樁過程要做好樁頂標高的控制和沉樁記錄表的記錄，主要記錄錘擊數、落錘高度、入土深度、貫入度等信息。（6）鋼管樁防腐油漆保護。沉樁過程要特別注意鋼管樁防腐涂層的保護，由于海上修補鋼管樁防腐涂層受天氣和潮水影響比較困難，必須在定位架限位裝置與鋼管樁接觸位置采取保護措施，目前采用導向輪與樁身間支墊膠合板的方式，可以有效保護防腐涂層。

表1 定位樁安裝偏差控制表 單位：mm

6 結束語

通過以上施工工藝和質量控制方法已完成20根鋼管樁沉樁，沉樁質量都能滿足技術規范和設計要求。該項目傾斜鋼管樁定位架輔助吊打施工工藝可以為其他類似項目提供借鑒。