南通港呂四作業區碼頭工程 水上鋼管樁施工技術研究

周盼 黃海林

摘 要：呂四港作為江蘇省出海口的起步港區，建設目標為打造世界一流港口，堅持高起點設計，采用高標準建設。本項目為高樁碼頭結構，碼頭區樁基為Φ1200mm的鋼管樁，同時存在直樁、斜樁及叉樁，由于鋼管樁的抗沖擊性能好，可以增加高樁碼頭結構的受力性能，但存在施工難度大，打樁定位精度要求高。本文對南通港呂四作業區西港池8#-11#碼頭工程水上鋼管樁施工技術進行探討研究，為類似工程的施工提供參考。

關鍵詞：碼頭工程;鋼管樁;測量定位;樁芯施工

1 工程概況

南通港位于江蘇省南通市東部，地處長江三角洲和東部沿海海上交通要沖，是上海國際航運體系的一個重要組成部分，呂四港作業區處于大唐電廠和大洋港之間，靠近上海市區，濱江臨海，海上交通便利。南通港呂四作業區西港池8#-11#碼頭工程（見圖1）在呂四作業區環抱式港池內建設4個10萬噸級泊位，其中A標為2個10萬噸級集裝箱泊位，碼頭長度為812m，寬度為42m，碼頭結構形式為高樁梁板結構，碼頭排架間距12m，下部基樁設置直徑1200mm 的鋼管樁，每榀排架布置10根鋼管樁，鋼管樁內部灌注混凝土，上部現澆鋼筋混凝土樁帽，樁帽上安裝預制預應力縱橫梁，平臺面板結構形式為預制板加現澆疊合面板。碼頭樁基采用的結構形式為前樁帽布置3根品字形斜樁，后樁帽布置3根成品字形的鋼管樁（1根為斜樁，2根為直樁），中間兩個樁帽為兩對叉樁。

2 工程地質及水文情況

南通港呂四作業區西港池8#-11#碼頭工程地質土層自上而下分為7個主要地基土層及分屬不同地基土層的亞層，分別為灰色沖填土、灰色粉土、灰色粉質黏土、灰色粉砂、灰色粉砂夾黏質土、灰色粉細砂、灰色黏質粉土。其中Ⅵ1灰色粉砂，密實，標準灌入基數49擊，Ⅶ1灰色粉細砂，密實，標準灌入擊數67擊，該兩層土分布穩定，厚度大，工程性質好，是水工結構的良好的樁基持力層或下臥土層[1]。本工程地處臨海，港池內平均高潮位為5.24m，平均低潮位為1.51m，港池地質環境類別為Ⅱ類，滲透性為A類，對碼頭結構具有弱腐蝕性。

擬建場地原為海域灘地，現已吹填成陸，陸域與海域由已建海堤隔開，海堤外側地勢由岸側向海側逐漸傾斜，靠近大堤處為灘地，漲潮時淹沒，落潮時出露。施工前，需要將樁位位置的石塊清除以便沉樁施工。

3施工工藝及方法

3.1? 施工總體流程

本工程鋼管樁的施工，根據樁位布置及樁的斜度、扭角，綜合考慮樁船的尺寸以及運轉的有效性與合理性，沉樁施工順序按照從岸側向海側方向推進，從西向東逐步沉樁。具體打樁順序為：從第一分段開始，從西向東，逐步向第十分段施工。每一分段先打JK兩排PHC樁，然后鋼管樁沉樁順序按照階梯型逐步施工，當PHC樁打完，進行鋼管樁施工時，需要更換替打。

水上沉樁施工總體流程為：鋼管樁生產及運輸→安全生產條件核查→挖泥→船機就位→吊裝→移船定位→下樁解扣→錘擊沉樁→起錘復核→標高貫入度雙控→準備下根施工。

3.2 船舶選擇

打樁船舶選擇“海力801”打樁船，“海力801”打樁船長80m、寬30m，總重量達到8000t[2]。獨有的7個10t重海軍錨及4根液壓錨錠樁，在寒潮及大風天氣下也可正常作業。船舶樁架向上提升可達95m，可起吊100t的鋼管樁，吊杠能夠360度回旋，船固定在一個位置就可以把相近幾個位置的樁打下去，不需要頻繁挪動船體。同時裝有最先進的GPS定位系統，提供三維坐標，打樁定位可精確到6cm以下。

施工前根據勘察設計單位出具的碼頭平斷面圖，確定泥面及水位標高，與寧波“海力801”打樁船的吃水要求進行對比，對不滿足吃水深度的區域進行挖泥處理，降低泥面標高，使得打樁船順利進入打樁區域。寧波“海力801”船體滿載吃水3.2m，正常施工至少滿足吃水深度為3.2m，天然泥面標高為1.7m，設計低水位標高為0.72m，因此進行試樁之前，采用絞吸船通過連接排泥管線，將淤泥采用管線連接的方式吹填至港池北岸的圍堤后方，進行初步開挖即可滿足施工要求。

3.3 鋼管樁的制作及出運

樁基工程是碼頭施工建設的重點，鋼管樁的施工質量直接影響碼頭結構的耐久性和安全性。碼頭前平臺共有直徑為1200mm鋼管樁730根，樁長有四種規格，分別為63m，65m，67m，69m。由于工程處于海邊，海水對鋼結構具有弱腐蝕性，必須對鋼管樁的制作進行嚴格控制，確保符合設計及規范要求。鋼管樁的保護采用防腐涂層和犧牲陽極陰極保護結合的防腐措施，鋼管樁防腐蝕泥面以上段采用海工高耐磨重防腐涂料，干膜厚度1200μm，鋼管樁通過噴砂除銹至Sa2.5級，表面處理完成后立即進行涂裝，避免發生銹蝕或者劣變。涂裝完成后進行檢查，確保涂層均勻，無裂縫及氣泡，對制作完成的鋼管樁進行探測檢測和防腐檢測，合格后出具檢測報告，由運輸船運至施工現場。

3.4 測量控制

本工程沉樁主要采用打樁船自帶的GPS進行沉樁的平面定位和高程控制，前期通過岸上測量儀器對GPS進行復核，在復核定位精度滿足要求后可不再使用岸上測量儀器。根據測量復核成果，打樁船的定位平面偏位誤差滿足設計規范要求。沉樁前對鋼管樁進行定位，在系統電腦上輸入定位樁中心坐標、傾斜度、標高等參數，根據GPS定位數據移動船舶、調整樁架及穩定船體，同時，實時樁位數據和埋樁位置、偏差可在系統電腦上同步顯示。打樁船正確就位后，使用全站儀進行交會測量，并檢查打樁定位系統，以確保打樁的準確性，監理工程師現場進行復核，確認無誤后方可打樁施工。

3.5 吊樁及下樁

鋼管樁運輸到現場后根據吊耳的設置起吊，采用兩點吊裝，通過主、副鉤吊起鋼管樁，雙主鉤用于立樁，將樁頂下方的吊耳綁在另一個主鉤上扣緊。打樁船就位后鋼管樁緩慢進行下樁，嚴禁急剎，并檢查背板是否蹩樁，以免在下樁時因船上浮而使樁或背板損壞，要及時微調樁架，使架、樁始終保持平衡（見圖2）。進行吊裝作業時，設置專職指揮人員指揮作業，特種作業人員持證上崗，吊裝區域設置標識及警戒線，在起吊作業中，指揮人員應注意起吊物品，嚴禁施工人員站在起吊物下方。起吊時應當合理控制鋼管樁的重心，防止鋼管樁擺動和跌落而對人員造成傷害或損壞機械設備。

3.6 沉樁

沉樁施工前，按沉樁順序根據樁位圖，結合船機性能及地形、地貌、潮汐等自然條件，逐根檢查船體及錨纜是否碰樁，以及相鄰樁是否相碰，如果有碰撞現象及時跟設計院溝通。移船時，密切注意錨纜防止絆樁，在樁體上劃上標高控制標志。

鋼管樁開始施工時，啟動打樁船主機，將鋼管樁水平起吊至沉樁區域，再緩慢將鋼管樁起吊至垂直位置，測量人員進行測量控制，對鋼管樁進行初步定位，在達到設計位置后操作人員打開抱樁器，并進行精確定位及下樁，樁尖進入土層2～3m后暫停施工，對鋼管樁的傾斜度及位置進行校正，然后繼續沉樁，直至樁體不再下沉為止。當鋼管樁穩樁后壓錘并繼續下沉，直到鋼管樁在重力作用下不再下沉，同時要確保樁錘、替打和鋼管樁的軸心在同一條直線上，避免偏心錘擊。經檢查核對后，啟動樁錘開始打樁，并逐步增加錘擊能量，直到鋼管樁到達設計標高或者控制貫入度時停錘（見圖3）。沉樁時若出現突然下降、傾斜過大或者貫入度異常，立即停止施工并查明原因，必要時拔樁重新定位施打。

本工程管樁沉樁以標高控制為主，貫入度校核，停錘標準如下：①當樁頂標高超過1m以內貫入度達到10mm時可以停錘;②當樁頂標高超高大于2m，貫入度小于5mm時，繼續錘擊50擊，如無明顯增大可以停錘;③沉樁停錘標準將根據打樁情況調整，超過上述規定需報設計、監理單位研究解決，沉樁控制標準將可能根據試樁結果由設計代表和監理工程師進行調整[3]。

3.7 試打樁

在正式開始沉樁施工前，先進行試打樁，試樁樁基安排在設計樁位上，減少資源浪費，試打樁定為8根直樁。試打樁期間，根據現場情況選擇兩根樁進行高應變動力檢測實驗，沉樁前在鋼管樁軸向布置傳感器，檢測沉樁過程及后期休止期的樁身完整相、壓縮量、內力分布、樁身動態應力應變、側向土壓力等指標，初打及復打過程進行高應變動力檢測實驗。初打最后5m每隔1m提供初打靜土阻力值，初打與復打之間的時間間隔不少于3天。

3.8 保護

鋼管樁沉樁后進行夾樁施工，減小水流、風浪、潮流對樁的影響。用制作好的鋼抱箍套入已沉鋼管樁上，抱箍內裹以6mm厚膠皮，固定在標高處后用型鋼、對拉螺桿把群樁和抱箍相互聯成整體。由于呂四港在冬季受寒潮影響，附近船舶在不利天氣條件下都進入呂四港躲避寒潮及風雨，因此打樁過程中以及施工完成后，在周邊設置浮標，保證一定安全距離。浮標頂部安裝警示燈，燈光強度大，蓄電持久，做成多種顏色，浮標之間連接警示三角旗，起到警示作用，避免船舶在施工區域停泊及拋錨，對鋼管樁造成破壞。

4 樁芯施工

樁芯施工前先對鋼管樁孔內淤泥進行清除，在低潮位時作業，用潛水泵抽干樁內海水，用淡水沖洗管壁及孔底，并清干管內積水[4]。樁芯鋼筋籠在預制場內綁扎完畢，運至碼頭平臺，用100t履帶吊安裝入管樁內，鋼筋籠上端0.8m處焊接6個反向彎折180度的圓鋼彎鉤，吊裝時采用反向彎鉤和封頭板進行定位，上端彎鉤與鋼管樁樁頂相連，與樁頂電焊引至現澆面層形成接地網絡，鋼筋籠下端用圓鋼穿過封頭板進行焊接固定[5]。

打入樁基上部的樁芯混凝土采用C40微膨脹混凝土，樁芯混凝土宜在澆筑樁帽、橫梁混凝土之前灌注完成，樁芯混凝土不得采用水下混凝土。混凝土由攪拌站運至現場，用汽車泵直接注入樁孔導管內，澆筑開始時導管離樁芯底不得大于200cm，隨著混凝土澆筑高度的上升，逐層振搗密實，樁頂進行二次振搗壓實處理，初凝前刮去樁頂浮漿。混凝土澆筑前，監理工程師對樁芯鋼筋籠及焊接質量等隱蔽工程進行驗收，樁芯混凝土澆筑時，現場監理進行旁站并做好記錄[6]。

5結語

鋼管樁在水上施工難度大，施工過程中要對原材料進場、施工技術、測量定位以及樁芯隱蔽工程加強監管。水上沉樁屬于超過一定規模的危險性較大部分項工程，施工前進行安全技術交底和安全生產條件核查，過程中加強安全控制。本項目工期緊，樁能否按期完工，牽涉到后續工序的施工進度，在各參建單位的努力下，樁基工程在年前按期完工，為后續工序的開展打下堅實的基礎。本文對南通港呂四作業區西港池8#-11#碼頭工程進行了介紹，對鋼管樁施工工藝及方法進行了探討研究，為其他類似工程的施工提供了借鑒和參考。

參考文獻：

[1]王勝利，王輝，崔景川，木向成.嵌巖斜樁施工難點及處理措施[J].水運工程，2015（08）：161-164.

[2]王永東，楊勝龍.全旋轉打樁船“海力801”超長超重鋼管樁沉樁技術[J].中國港灣建設，2011（02）：42-46+75.

[3]蔣凱.高樁碼頭鋼管樁樁位的測量控制方案[A]. 全國城市公路學會.全國城市公路學會第二十二次學術年會論文集[C].全國城市公路學會：交通科技雜志社，2013：3.

[4]王青海.鋼管混凝土斜樁施工技術探討研究[J].廣東土木與建筑，2019，26（04）：65-67.

[5]施斌.鋼管混凝土樁樁芯混凝土施工方法的探討[J].水運工程，2004（10）：108-110.

[6] JTS 252-2015， 水運工程施工監理規范[S].