大丰港石化码头振动锤沉桩综合项目施工关键技术.doc

大丰港石化码头振动锤沉桩施工技术
——三航江苏分公司大丰港石化码头工程项目部 高自兵
1 引言
桩基本在港口、桥梁、工业民用建筑及海洋工程中占有非常重要位置，在不同地质构造、施工条件、自然条件下选取与其相适应桩基，并依照所选用桩基采用适当沉桩工艺进行施工显得尤为重要，下面以盐城大丰港石化码头工程为例，初步探讨如何在浅滩进行振动锤沉桩施工。
2 工程概况
2.1 工程简介
大丰港石化码头工程位于大丰港二期工程以南600米，本工程分为引桥工程及码头工程，码头工程为5000吨级化工泊位两个（兼顾50000吨级），50000吨级植物油泊位一种，引桥工程长2895m，宽10m，为高桩梁板构造。引桥共有101个排架，涉及84榀横梁及17个墩台，间距均为24米。
大丰二期码头
振动锤沉桩
大丰石化码头

2.2工程地质
工程所在区域各层岩性及特性概述如下：
Ⅰ1层-砂质粉土夹粉砂(Q4m)：灰黄、青灰色，湿，松散-稍密。切面无光泽，干强度韧性低，含少量云母碎片，粉砂为松散-稍密状，局部夹少量粉质粘土薄层，具微层理。
Ⅰ2层-砂质粉土夹粉砂(Q4m)：灰黄、青灰色，湿，稍密-中密。切面无光泽，干强度韧性低，含少量云母碎片。
Ⅱ层-粉质粘土、粘土(Q4m+al)：灰黄、灰青色，可塑，稍有光滑，干强度韧性中档，具铁锰质浸染，局部夹少量粉砂及粉土薄层。
Ⅲ1层-粉质粘土夹粉砂(Q4m)：灰青色，软塑为主，稍有光滑，干强度及韧性中档偏低，夹粉砂薄层，局部呈互层状，含少量腐殖物，局部夹淤泥质粉质粘土，土质不均。
Ⅲ2层-砂质粉土(Q4m)：青灰、灰色，湿，稍密-中密，无光泽，干强度及韧性低，摇振反映迅速，性质趋近于粉砂。局部夹粉质粘土薄层。
Ⅲ3层-粉砂(Q4m)：青灰色，饱和，稍密-中密，级配差，矿物成分石英、长石、云母等，局部性质趋近于砂质粉土，见少量贝壳碎片。
Ⅲ4层-粉质粘土夹粉砂(Q4m)：青灰、灰色，可塑，局部软塑，稍有光滑，干强度及韧性中档偏低，含少量腐殖物。夹较多粉砂薄层，局部与粉砂呈互层状。土质均匀性较差。
Ⅲ5层-砂质粉土(Q4m)：青灰、灰色，湿，中密，无光泽，干强度及韧性低，摇振反映迅速，性质趋近于粉砂。局部夹粉质粘土薄层。
Ⅲ6层-粉砂(Q4m)：青灰色，饱和，中密，级配差，矿物成分石英、长石、云母等，局部性质趋近于砂质粉土，见少量贝壳碎片。
Ⅲ7层-粉质粘土(Q4m)：青灰色，软塑，稍有光滑，干强度及韧性中档，局部夹粉砂薄层，含少量腐殖物，局部为淤泥质粉质粘土，土质不均。
土层重要物理及压缩性指标表（表一）
层号
岩土名称
含水率
Ｗ(％)
天然密度
γ(g/cm3)
孔隙比e
液性
指数IL
压缩系数及模量
渗入系数
a1-2
(MPa-1)
ES1-2
(MPa)
垂直Kv
(10-7cm/s)
水平Kh
(10-7cm/s)
Ⅰ1
砂质粉土
夹粉砂
25.8
1.96
0.720
/
0.12
15.18
13662
Ⅰ
砂质粉土
夹粉砂
25.6
1.96
0.733
/
0.12
15.78
18325
Ⅱ
粘土、粉质粘土
29.0
1.97
0.790
0.69
0.29
6.44
6.21
52.66
Ⅲ1
粉质粘土
夹粉砂
33.0
1.90
0.900
1.19
0.38
5.28
52.08
175.4
Ⅲ2
砂质粉土
29.8
1.92
0.829
/
0.21
9.70
6396
Ⅲ3
粉砂
24.3
1.97
0.696
/
0.13
14.75
31100
Ⅲ4
粉质粘土
夹粉砂
32.7
1.90
0.897
1.06
0.35
5.59
80.46
90.76
Ⅲ5
砂质粉土
26.9
1.94
0.765
/
0.25
9.25
27.2
97.7
Ⅲ6
粉砂
25.0
1.97
0.707
/
0.12
15.04
18558
Ⅲ7
粉质粘土
局部夹粉砂
34.8
1.88
0.954
1.15
0.38
5.19
26.32
82.50

2.3地形水深
大丰港一带海岸平直，走向NNW-SSW，属堆积型粉砂淤泥质海岸，地表岩性以粉砂及粉土为主。拟建引桥区某些位于潮间带内，潮间带长约7km，地势较平坦、宽阔，由西向东自然坡降约4‰。某些已人工围田或吹填，浅海区海底地势较为平坦，自然坡度约为7‰，局部受海潮冲刷作用下略有起伏。施工区域泥面标高(本地理论最低潮位基准面)为+1m～-2m，水深为0.5m～4.5m。

3 施工工艺选取
引桥91#～101#排架桩基原设计为某些打桩船施打PHC桩施工，某些灌注桩施工，由于该施工区域为浅滩，打桩船沉桩施工效率较低，同步后方引堤未开始施工，灌注桩施工砼供应较为困难，依照工程实际状况，对比分析各种桩基施工优缺陷（见表二），最后设计批准变更为采用振动锤沉桩方案。桩径为1000mm，壁厚16mm～18mm，桩长分为41m、43m、45m、47m四种，共计78根桩。
桩基施工工艺对比 表二
施工
工艺
长处
缺陷
打桩船沉桩施工
施工技术成熟，沉桩速度快，效率高，质量易控制，
对水深规定较高，在浅滩处沉桩须赶潮水作业，会导致施工效率减少，
振动锤沉桩施工
基本不受潮水限制，可全天候作业，施工速度快，施工使用暂时平台，可移动施工，施工成本较低。
但桩对接时对船体稳定规定较高，即受风浪影响较大；对电焊工操作水平规定较高，必要及时进行探伤检测，质量控制是核心
灌注桩施工
施工技术成熟完善，质量易保证
对后方道路规定较高，必要能保证混凝土持续供应。
4 施工工艺流程及控制要点
4.1 施工流程
测量粗定位
依照设计桩长，将每根桩分为三节焊接沉桩，详细振动锤沉桩施工流程如图1所示：
安装定位架

测量精准定位
焊接井字梁

吊放第一节桩

振动沉桩第一节

吊放第二节桩

对接、焊接接桩

探伤检测

振动沉桩第二节

吊放第三节桩

对接、焊接接桩
探伤检测

振动沉桩第三节

测标高、复测桩位

施打下一根桩

移船施打下一排架
排架沉桩结束

图1 振动锤沉桩施工工艺流程图
4.2 测量定位、安放定位架、加固井字梁
打桩前由测量粗定位，移船并吊放提前制作好定位架，如图2所示。
再由测量精准放线定位桩位，相应桩位施工人员在定位架上加固井字梁。吊放定位架，测量放线定位，加固定位井字梁。测量采用GPS测量仪器，测量水平误差≤5cm，符合设计和规范规定（≤30cm）。
（ 图 2）
4.3 振动锤选取
依照振动锤激振力不不大于土摩阻力来选取，振动锤克服土摩阻力后，才干将桩沉入土中，既FV＞FR
FV—振动锤激振力（KN）
FR—土摩阻力（KN）
土摩阻力按下式计算FR=fUL
L—桩入土深度（m）
U—桩周边长度（m）
f—土层单位面积动摩擦力（KN/m2），可按下表估算（表三）
砂性土
黏性土
原则贯入击数
f（KN/m2）
原则贯入击数
f（KN/m2）
0～4
10
0～2
10
4～10
15
2～4
15
10～30
20
4～8
20
30～50
25
8～15
25
＞50
40
15～30
40

＞30
50

求到土摩阻力后，可依照下表选用适当振动锤。（表四）

4.4 吊桩并沉桩第一节桩
依照水深规定，沉桩选用吊重为50t小型起重船（可搁浅作业），起重船吊起第一节钢管桩，放置到加固好井字梁中，振动锤沉第一节钢管桩到适当高度。第一节钢管桩桩身垂直度要严格控制，保证桩身垂直度≤1%。依照工程地质条件及设计承载力规定，沉桩设备采用DZ-90型振动锤。（见图5）
DZ-90型振动锤性能参数表 （表五）
性能
参数
电动机功率
90千瓦
偏心力矩
500Nm
激振力
677KN
空载振幅
9.0mm
容许拔桩力
300KN
桩锤质量
5864Kg

4.5 焊接接桩、沉桩第二节桩
吊起第二节钢管桩，与第一节钢管桩对接，焊接第一节与第二节钢管桩，钢管桩焊接节头部位按照桩基规范进行坡口焊接，焊接须专业焊工进行操作，焊接完毕后，接桩焊接完毕后要及时进行探伤检测，经探伤检测（见图3）合格后，吊振动锤沉桩到适当位置。

4.6 焊接接桩、沉桩第三节桩 （图 3）
吊起第三节桩，焊接与检测环节
与第二节施工相似，检测完毕，依照测量标高和设计标高，吊振动锤沉桩至设计标高。
4.7 移船沉桩下一种排架
一种排架沉桩完毕后，移船位，并用起重船起吊定位架放入下一沉桩位置。施工顺序为从东向西依次沉桩，最后两个排架待吹填完毕后再进行施打，防止由于积极土压力致使已沉桩发成平面位移。

5 实验及检测
5.1 探伤检测
桩节焊接完毕后，要及时进行探伤检测，确认焊接效果。对已完毕沉桩进行探伤检测，探伤检测比例不不大于焊缝总长度10%，现检测级别均为Ⅰ级。
5.2 静荷载实验
依照设计规定对Y15#墩台试桩1进行了静荷载实验（迅速法），由上海港湾工程质量检测有限公司负责静荷载实验，见图4。
（图 4）
详细检测成果如下：

检测构造为极限承载力不不大于5775KN，不不大于试桩抗压设计承载力3571KN，也不不大于设计抗压初估值5250KN。满足设计规定。

6 其他施工注意事项
6.1 钢管桩制作
由于本工程每根钢桩分为三节，采用人工焊接，为保证工程质量，对制桩规定较高，桩直径容许偏差≤2mm。
6.2 焊接接桩
本工程重要施工某些均为人工焊接接桩，这对电焊工焊接水平规定较高，所有电焊工均需通过严格培训。
6.3 防腐
钢管桩自桩顶向下0～20m采用重防腐涂层，涂层厚度为1100µm（防腐涂料为725L-H53-9环氧重防腐涂料），桩顶向下20～35m采用轻防腐涂层，涂层厚度为600µm，在吊装、焊接、沉桩过程中易受损，在施工过程中要注意保护防腐涂层不被破坏，如有破害处，需及时补涂防腐涂层。

7 结束语
在近几年大型桥梁工程上普遍选用振动锤沉桩，所沉钢管桩已从φ1500mm发展到φ2850mm、φ3000mm、φ3600mm到φ5800mm，桩长已从55m发展到85m，单桩重量已从60t发展到120t；振动锤沉桩具备施工办法简朴，成本低，施工速度快，能适应较厚中密和密实粉细砂土层等长处，特别是水上打桩船在受到吊重、桩长、桩断面、水文地质条件限制时，振动锤沉桩无疑是首选方案。

（图 5）