可重復利用樁靴在排水板施工中的應用

◎ 鄧集波 中交四航局第三工程有限公司

1.前言

在排水板施工過程中，因為插板工程量大，工期緊張，對樁靴強度及質量要求極高，樁靴在插板機施工過程中是非常重要的一個環節，當在進行插板施工時，一次性樁靴在實際施工中發現有較多不利因素：一次性樁靴在插板機施工過程中對地質要求較苛刻，本項目水上PVD施打厚度最厚處為26m，水上插板機樁錘激振力為20t，但水下地質情況復雜，施工中遇到砂層或硬夾層后一次性樁靴很容易被破壞，導致插管堵管且留不住帶，極大地影響水上插板施工質量及功效；樁靴需要按照插管芯軸尺寸定制，芯軸不能隨意更換，如一次性樁靴尺寸與芯軸尺寸偏差較大，那么樁靴很難在施打過程中保護插管不堵管，將極大地影響施工功效；插板機施工平臺空間有限，一次性樁靴需要從海上轉運至插板機平臺上，但平臺無法存放足夠多的一次性樁靴，需要來回轉運，海上運輸時間長，運輸成本大，將極大地影響施工進度與成本控制；一次性樁靴為方形結構，厚0.35mm的柔性鐵片，在本項目地質情況復雜的情況下，非常難以協助插管擊穿中間硬質夾層，且極容易被破壞使得插管堵管斷帶，極大增加施工成本及降低了施工功效；本項目排水板合計約3萬根，如使用一次性樁靴需要3萬個且需要進口，相比可重復利用樁靴而言數量極多，增大了施工成本。所以本文用另一種思路改進它，來保證施工的安全、質量、功效和成本。

2.工程概況

科托努5號碼頭工程位于非洲西部，貝寧國境東南部，幾內亞灣北岸。防波堤總長350m，東護岸總長891m，2個10萬噸級通用泊位，碼頭岸線550m，碼頭后方陸域約21.0萬m2，陸域回填251萬m3砂（含堆載用砂）以及舊堤拆除和北護岸，合同總造價約12,202.5萬歐元，總工期38個月（含8個月準備期）。

科托努5號碼頭工程排水板總工程量約3萬根，排水板需插入海床以下的深度8.6m-26m，排水板施打深度較大，最大排水板需插入海床以下的深度26m，最小排水板需插入海床以下的深度8.6m。

3.基本原理

該可重復利用樁靴在使用時會通過樁靴上的U型卡拉住排水板，在排水板施打至設計深度后上提插管時，通過與孔壁之間的摩擦力使樁靴與插管分離，樁靴與排水板端頭暫時留在原地；隨著插管上提，周邊的泥土涌至原來插管所在處蓋住樁靴與排水板端頭；插管上提超過鐵鏈長度后，樁靴被一同提起上拉，排水板在經過反復試驗確定的70cm厚泥土掩蓋所產生的摩擦力與土壓力作用下留在指定深度。樁靴隨插管一同提至平臺上清洗后即可開始下一個點位施工。

整體改進想法來源于項目團隊在水上插板機初期試機過程中發現一次性樁靴易損壞、插管容易堵管、插板機打不到設計深度和留不住帶等問題，通過對樁靴接觸泥面的一面和包裹芯軸的一面進行改良，將樁靴與插管通過鐵鏈連接實現了樁靴的優化。經過多次優化設計，從“鐵鏈+角鋼+鋼板+底部鋸齒狀鋼板+U型卡”到“鐵鏈+角鋼+鋼板+底部尖底鋼板+U型卡”，逐步減少樁靴鋼材用量，測試其可操作性、穿透能力、施工工效及阻擋泥沙堵管效果；調整鐵鏈長度，得到了最佳的鏈條長度為70cm，最后確定“鐵鏈+角鋼+鋼板+U型卡”的形式［1］，經過試驗，滿足本項目使用要求。

圖1 可重復利用樁靴正視示意圖

圖2 可重復利用樁靴側視示意圖

圖3 樁靴三維示意圖

圖4 現場安裝圖

4.材料與設備

采用鋼板、角鋼、鏈條、U型卡等組成整套可重復利用樁靴。

5.施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝特點及施工準備工作

第一，施工工藝特點。本工藝改進后，施工速度快、便捷，脫帶容易，基本不會造成回帶現象，樁靴能夠重復利用，不需重復更換，簡單高效。施工過程中，工程部驗證各工序的效率和預設參數的準確性[2]，確保施工精度和質量。同時分析環境對施工的影響，包括長周期波、海流和風等因素。確定工效，并記錄插板機在不同土層交接面和PVD末端位置的壓力變化。工程部收集參數和數據，并進行整理和分析。質檢部按照驗收標準進行驗收，并將施工參數的收集分析總結逐步推廣至涌浪較大環境中施工。根據現場條件，與船機部聯合改進可能出現的操作問題[3]。完成施工后，進行總結并再次進行技術交底，確保下一步工作的順利實施。第二，施工準備工作。技術人員、船員和操作手需熟悉PVD技術規格書、施工圖紙等技術文件，勘測現場并了解施工環境和水文天氣條件，如地質、浪高、波周期、流速、風力等。技術主管和測量班按設計要求布置塑料排水板，整理各點位坐標，準備施工安全技術交底，記錄施工情況。C型塑料排水板需經第三方檢測合格后方可進場，確認廠家證書及質檢報告符合要求，訂貨并運至現場。施工區附近搭建臨時倉庫存放排水板等材料，整齊防雨曬。插板機平臺為坐床式門架，重約75.5噸，安裝橫移、縱移系統、振動錘、卷揚機、樁架等。重心在底座以上11.5m，駁船吊裝協助移動。排水板鋼管、振動錘卡槽安裝在樁架上，卷揚機吊裝振動錘，樁架側上下插板；樁架、卷揚機等裝在縱移小車上，油缸移動縱向1.7m，橫移大車齒輪條驅動橫向移動。插板機樁架高43m，最厚處施打26m，滿足設計需求。支腿液壓升降調整水平和垂直度。

5.2 操作要點

可重復利用樁靴使用角鋼作為樁靴的底部，再在角鋼上焊接一塊足夠封堵插管芯軸的鋼板，在鋼板上焊接一個U型卡，用以固定排水板，再把鋼板的一端與插管用鐵鏈焊接，鏈條長度為70cm，當排水板施打至設計標高，插管上提時，樁靴的一端（U型卡封口端）會被插管周邊的土體掛住，而另一端（U型卡開口端）將被連接在插管上的鐵鏈上提，上提到一定高度時，樁靴將松開排水板，此時排水板將被插管端頭的周邊土體壓住，隨即排水板端頭將保持在該設計標高。需要注意的是，塑料排水板在進場前需要經過第三方檢測單位的合格檢測。確認其廠家產品合格證和質量檢測報告已獲得批準，并符合技術規格書和ITP要求。然后進行批量訂貨，并組織運送至施工現場。通過GPS對駁船進行定位并固定錨纜，平臺緩慢下放至觸底，利用平臺上的GPS和液壓支腿調整樁架垂直度。施打平臺標記入水深度刻度。操作人員在作業平臺上操作橫移大車和縱移小車，將插板機準確移動至設計樁位，復核垂直度和平面精度，并記錄。在作業平臺上，將塑料排水板插入套管，用鐵絲固定，再折回20cm插回套管，確保排水板完好無損。樁靴尺寸與排水管接近，長度不小于排水管最大長度。操作人員控制振動錘進行插板，防止淤泥堵塞通道，確保排水板通暢。在插板過程中，輔助工人整理和檢查排水板，清理插板機帶出的淤泥。打入地基的排水板需整板，若需要接長，滿足搭接要求。接長板要分散使用，相鄰板無接頭，搭接長度≥30cm，記錄在表中。拔起樁管，觀察回帶現象并記錄，若回帶長度超過500mm，補打一根。同時啟動震動和提錘，禁止單純使用卷揚機硬拔。根據定位移動插板機至下一樁位，進行下一根排水板施工，安排專人記錄。當船位所有樁位完成后，將作業平臺吊起，移船至下一船位。

表1 一次性樁靴制作成本

表2 可重復利用樁靴制作成本

5.3 技術組織措施

進行水上塑料排水板典型施工時，首先分發和學習專項施工方案與典型施工方案。然后進行二、三級施工安全技術交底，確保施工安全。在施工過程中進行詳細記錄，并進行典型施工總結。最后進行二次交底，以確保施工順利進行。

6.優勢分析和推廣價值

1）改良后的樁靴通過鐵鏈與插管連接，通過反復試驗，得到了最佳的鏈條長度在70cm（太短容易回帶，太長容易斷，不經濟），在插管上提時，鐵鏈能及時提拉樁靴并帶動樁靴拉鉤解開排水板，方便快捷，可重復使用，節約成本。

2）使用鋼板替換鐵片，提高了樁靴強度，使其能夠承受較大壓力，有效避免樁靴破損，并且增強了對硬質層的穿透能力。

3）使用“鐵鏈+角鋼+鋼板+U型卡”樁靴，能夠使得插管在施打過程中少進泥沙，減少堵管現象發生。

4）可重復利用樁靴相比一次性樁靴在水上PVD施打施工中，提升了使用性，利于向市場推廣，可進一步用于本項目陸上插板以及其他項目類似場景。

施工現場經過大量實踐表明：可重復利用樁靴在施工過程中，施工速度快，施工方便，減少資源浪費，節省了施工成本，也保障了施工質量；經過改造，更加實用，利于向市場推廣。

本項目所用的樁靴改造材料基本為廢料，不需要單獨購買。經過詢價與比較，可重復利用樁靴的制作成本（含損耗）相對本項目的一次性樁靴費用減少97%，極大地節省了材料費和較多的加工成本及陸上和水上運輸成本，施工質量效果好，水上插板的施工效率提升明顯。

7.結論

采用可重復利用樁靴替代原來的一次性樁靴，通過鐵鏈與插管連接在插管到達設計深度上提時，鐵鏈能及時提拉樁靴并帶動樁靴拉鉤解開排水板，方便快捷，可重復使用，節約項目成本，使用鋼板替換鐵片，提高了樁靴強度，使其能夠承受較大壓力，有效避免樁靴破損，并且增強了對硬質層的穿透能力，使用“鐵鏈+角鋼+鋼板+U型卡”樁靴，能夠使得插管在施打過程中少進泥沙，減少堵管現象發生，可重復利用樁靴相比一次性樁靴在水上PVD施打施工中，提升了使用性，利于向市場推廣，可進一步用于本項目陸上插板以及其他項目類似場景。