海上超大直徑鋼管樁施工技術在沙特國王港項目中的應用

葛 朋 釗, 范 瑀

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

國王港項目位于沙特東部阿拉伯灣沿岸朱拜勒以北約80 km處，總面積約1 120萬m2。項目建成后主要從事船舶、鉆井平臺制造、維護、修理及大修作業(yè)，包括超級油輪(VLCC)的檢修制造，將成為世界上規(guī)模最大的“超級船廠”，每年能建造4艘海上鉆井平臺和超過40艘船舶，包括3艘VLCC，從而使沙特由“國油國運”進一步升級為“國船國造”。沙特國王港項目是沙特“2030愿景”國家改革計劃的重要組成部分，也是中國電建集團深入踐行“一帶一路”倡議取得的又一重大成果。項目建成后，預計將帶動沙特GDP增長170億美元，替代進口120億美元，創(chuàng)造80 000個就業(yè)機會，將成為沙特經濟社會發(fā)展強有力的新引擎。國王港項目中的P4包鋼管樁主要分布在干船塢泵房入口、1號指碼頭、2號指碼頭、1號碼頭、裝載駁船沉坑和系纜柱、升船機碼頭、SEAPA泊位、海岸警衛(wèi)隊泊位等部位。P4包鋼管樁數(shù)量統(tǒng)計情況見表1。

闡述了沙特國王港項目在超大直徑鋼管樁的布置、生產、運輸、定位、打樁、停樁等方面采用的施工技術。

2 1號指碼頭海上鋼管樁施工技術

2.1 1號指碼頭鋼管樁的布置

1號(A104)指碼頭全長404+57.5=461.5(m)，寬25 m，其下部均為鋼管樁,主要分為以下兩部分：1號指碼頭緊鄰鉆機碼頭，鋼管樁橫向間距為5 m,每排5根；縱向(遠離陸地的方向)間距為9.5 m，共45排，指碼頭下部為Φ1 168 mm垂直樁鋼管，壁厚21 mm，材質等級為S355JR,截樁高程為+1.675 m，樁底高程為-35 m，全長36.675 m，共計225根；1號指碼頭系船墩位于1號指碼頭的入海口端部，共布置了10根鋼管樁。系船墩(Mooring Dophlin)下面為Φ1 168 mm垂直樁鋼管壁厚21 mm，材質等級為S355JR,截樁高程為+2.325 m，樁底高程為-34 m，全長36.325 m，9根；Φ1 168 mm垂直樁鋼管，壁厚21 mm，材質等級為S355JR,截樁高程為+4.315 m，樁底高程為-34 m，全長38.315 m，1根。

表 1 P4包鋼管樁數(shù)量統(tǒng)計表

2.2 確定指示樁、分區(qū)及打樁順序

按照鋼管樁規(guī)范[1]要求，1號指碼頭(除系船柱外)鋼管樁施工前，首先選取5%的鋼管工作樁(即11根)作為指示樁。指示樁的選取以代表周邊工作樁相似施工狀況、施工方便為原則，所代表的區(qū)域：縱向長度以18～40 m為宜。每個區(qū)域的打樁順序以移動打樁船施工方便、對周邊已施工的鋼管樁影響程度小為原則，按照連續(xù)正反“U”型打樁順序往復施工。

首先進行區(qū)域1指示樁FP1-IP-01(A-1)施工并進行PDA試驗，取得試驗報告并提交設計審核后用以指導其非指示樁的打樁工作。

2.3 鋼管樁的生產

首先，根據(jù)設計圖紙確定的樁底高程進行鋼管加工圖設計，生產廠家根據(jù)鋼管加工圖進行生產、制作并將鋼管運輸?shù)浆F(xiàn)場。1號指碼頭鋼管樁加工參數(shù)見表2。

鋼管樁生產時，其表面涂層是不可缺少的一部分，需噴漆或粉末涂裝的構件表面粗糙度以及已鍍鋅制品噴漆或粉末涂裝前的光滑度由鍍鋅廠家和買方共同確定。鍍鋅層后續(xù)為噴漆或粉末涂裝而進行的準備工藝包括清洗、仿形切削及釋氣等；對于需進行噴洗的構件應執(zhí)行ASTMD6386-2010涂漆用鍍鋅(熱浸鍍鋅)鋼鐵產品及金屬構件表面的制備規(guī)程，需進行粉末涂裝的構件應執(zhí)行ASTMD7803-2012用于粉末涂料的鐵、鋼產品和五金制品表面鋅(熱浸鍍鋅)涂覆的制備規(guī)程，具體工藝由噴漆廠家或粉末涂裝廠家負責[2]。

表2 1號指碼頭鋼管樁加工參數(shù)表

2.4 鋼管樁的運輸

陸地上，采用履帶吊將鋼管從儲存場轉運至岸邊，由浮吊船將岸邊的鋼管裝載到方駁上，拖輪牽引方駁將鋼管樁運至海上工作區(qū)并停泊在打樁船Huta312附近，打樁船取樁后進行打樁。浮吊船轉運鋼管樁的運輸過程見圖1。

2.5 鋼管樁的放線與定位

利用打樁船自備的GPS全球定位系統(tǒng)控制樁位。為提高打樁精度，在工作區(qū)域建立了永久控制點；根據(jù)鋼管樁的設計位置準備臨時控制點并計算水平角和距離；鋼管樁就位前，用浮標(指示性)標出確切的位置。當鋼管樁進入打樁位置時，由兩名測量員從兩個不同的位置同時對鋼管樁位置進行校驗，將鋼管樁調整到設計位置以保證打樁位置正確。打樁過程中，兩個位置的測量員應連續(xù)不斷地進行監(jiān)測。

2.6 打樁

使用方駁將鋼管樁拖運到打樁船Huta312附近，鋼管樁由打樁船Huta312吊起，將鋼管樁安裝在先導鉆機內部，采用吊繩(亦稱牽引繩)將鋼管樁調整到設計要求的位置，然后開始打樁。打樁過程中，樁身的位置由管理員監(jiān)控，記錄所擊打的次數(shù)。在錘頭布置了兩個傳感器塊，以確保樁身在錘頭套管內時能處于正確的位置，避免損壞樁身。帶鋼管樁的Huta312打樁船見圖2。

圖1 浮吊船轉運鋼管樁示意圖

圖2 帶鋼管樁的Huta312打樁船示意圖

2.7 鋼管樁的打樁標準

采用所選定的錘擊樁以符合要求的錘擊速率實施打樁。鋼管樁的打樁檢測以符合質量控制的格式進行記錄，打樁活動連續(xù)進行直至達到所要求的樁尖高程，應在正確位置的75 mm范圍內打樁，垂直方向上每m的偏差不得超過10 mm。必須將任何稍微偏離軸線的樁小心地矯正到設計軸線上[3]。

當打樁深度大大超過預期時，其原因可能是因打樁時的土阻力低于預期。在這種情況下，可在一段適當?shù)牡却龝r間后再進行錘擊試驗以評估土壤強度的變化。

花萼濕地公園景觀建設項目位于四川省內江市，位于新壩大橋與花園灘大橋之間，占地面積約350畝（2.33×105m2），距內江老城區(qū)4.5km，距新城行政中心2km，交通便利，區(qū)位優(yōu)勢得天獨厚。設計基地順應沱江沿岸，南北長2057m，東西寬79～229m不等，是都市綠地系統(tǒng)和公共開敞空間的有機組成部分。

具體的要求：垂直樁的傾斜偏差不超過2%，斜樁的傾斜偏差不超過4%，樁頭的水平位置偏差應在設計位置75 mm內。

2.8 鋼管樁的停樁標準

1號指碼頭總共布置有11根指示樁，鋼管樁的指示樁為鋼管樁的生產性試驗樁，是主體工作樁的一部分，在一個區(qū)域打樁施工前必須優(yōu)先完成指示樁。通過對其進行PDA(Pile Driving Analyzer)打樁動態(tài)分析試驗和CAPWA波動方程分析得出貫入度與錘擊力的關系，確定滿足樁底高程和軸向承載力的最終打樁停錘標準，其打樁參數(shù)將作為該區(qū)域其他樁施工的指導性文件。最終確定的停樁標準是選定的錘(Hydro Hammer IHC S-280 & S-200)在130 kJ錘擊能的作用下連續(xù)錘擊250次、沉降量小于25 cm，.最終利用指示樁PDA試驗進行復核，確定鋼管樁打樁合格。

工作樁打樁完成并經驗收合格后，應根據(jù)設計圖紙中規(guī)定的鋼管樁頂部高程進行截樁。

3 鋼管樁施工的質量要求

(1)鋼管樁的最低等級為S355 JR，滿足BS EN 10025-1-2004[4]的要求。

(2)鋼管樁的制造應符合表3中的標準要求。鋼管樁制作偏差參數(shù)見表3。

表3 鋼管樁制作偏差參數(shù)表

(3)在指示樁施工前，應根據(jù)試驗樁PDA的試驗成果和CAPWAP分析確定停錘標準，以驗證所使用的打樁標準。

(5)鋼管樁的施工必須遵循以下公差：垂直樁的傾斜偏差不超過2%，斜樁的傾斜偏差不超過4%，樁頭的水平位置偏差應在設計位置75 mm內。

4 鋼管樁施工的安全要求

(1)鋼管樁打樁施工過程中，必須嚴格按照項目安全生產保證體系執(zhí)行，所有安全管理人員必須符合安全管理工作經驗條款并通過沙特阿美公司考核認證后持證上崗。

(2)鋼管樁打樁施工過程中，嚴格遵循阿美公司的所有安全環(huán)保要求：嚴格遵守合同中的相關安全健康環(huán)境(SHE)要求，遵守沙特阿美公司的一般說明(GI)、沙特阿美公司的施工安全手冊(CSM)、沙特阿美公司的環(huán)境健康規(guī)范守則(SAEHC)、沙特阿美公司的安全手冊等安全健康環(huán)境(SHE)要求中的安全程序或指示[5]。

所有操作員和設備均應通過沙特阿美公司的認證。

開始作業(yè)前，應根據(jù)阿美公司的施工許可制度和阿美公司的施工安全手冊(CSM)的規(guī)定獲得施工許可證。

所有員工在限制區(qū)和限定項目施工場所均應正確穿戴個人防護設備(PPE)，還應遵守沙特阿美設施或公司代表規(guī)定的所有PPE要求。

開始作業(yè)前，應根據(jù)作業(yè)內容的不同開展班前教育活動。

在進行水上或鄰近水域作業(yè)時，應配備足夠數(shù)量、獲批的救生和救援設備。在分配此類工作之前，存在溺水危險的作業(yè)人員應獲得并持有有效的水中生存能力證明，穿戴好個人漂浮設備。

(3)打樁前，在1號碼頭墻和鉆機碼頭的現(xiàn)有結構頂面設置觀測點并做好原始記錄，以便檢查打樁后是否影響其周邊結構。鋼管樁打樁過程中，安排專人對P3包碼頭墻進行觀測。必須對周圍建筑造成的影響進行控制：水平位移控制在75 mm內，豎直位移控制在+100 mm，-50 mm(具體以圖紙上的規(guī)定為準)。

(4)鋼管樁施工期間，監(jiān)測每天的實際潮汐時間，及時收集數(shù)據(jù)，建立潮汐表，以利準確指導施工。

5 鋼管樁的施工進度與結語

2020年9月29日，1號指碼頭開始打樁，于2021年10月24日完成鋼管樁打樁施工。剔除鋼管到貨影響的天數(shù)，正常有效的打樁天數(shù)為60 d，平均每天打樁4根，高峰期達到每天7根，按時圓滿地完成了打樁任務。

通過沙特國王港海上超大直徑鋼管樁施工技術的介紹，使讀者對沙特國王港海上鋼管樁施工技術程序及過程有所了解，所取得的經驗可為海外同行進行相關施工時提供借鑒。