黄骅港综合港区多用途码头工程大直径管桩施工工艺.pdf

2012 年 1 月第 1 期 总第 462 期水运工程Port&Waterway EngineeringJan.2012No.1 Serial No.4621 工程概况1.1 气象条件 黄骅港属河北省范围内大风较多的地区之一。在1956 1991年36年中记录到的10 min最大风速为22 m/s，瞬时极大风速大于40 m/s。年内出现6级以上大风日数为31 d，多集中在35月，79月较少。按影响本区大风的天气系统分析，有寒潮、台风、龙卷风、气旋雷暴等，以寒潮大风为主。黄骅港气候条件历年极端最高、低、平均气温分别为37.7，-19.5，12.2，年均降水量501 mm。年均相对湿度64%。本区域属不规则半日潮型。平均最高潮位3.58 m，平均最低潮位1.28 m，平均潮差2.30 m。1.2 波浪波浪情况见表1。黄骅港综合港区多用途码头工程大直径管桩施工工艺李书华（河北省水运工程质量安全监督局，天津 300132）摘要：总结在黄骅港特殊气象、水文及工程地质条件下，大直径1 200混凝土管桩在预制、养护、拼接、运输、吊装、沉桩等全过程中的施工工艺。由于黄骅港不仅是首次应用大直径混凝土管桩，而且也是应用大直径混凝土管桩纬度最高的地区，故在类似工程施工中极具借鉴意义。关键词：混凝土大直径管桩；施打；施工工艺中图分类号：U 655.55+1 文献标志码：B 文章编号：1002-4972(2012)01-0183-04Construction technology of large-diameter pipe pile for multi-function port project of Huanghua general port districtLI Shu-hua(Hebei Water Transportation Projects Quality and Safe Management Bureau,Tianjin 300132,China)Abstract:This paper summarizes the construction technology of large-diameter concrete pipe piles including the prefabrication,maintenance,splicing,transportation,hoisting,and sinking under the special meteorological,hydrologic and geologic conditions of Huanghua port.Because of the fist usage of large-diameter concrete pipe pile in Huanghua port with the highest latitude,more experience can be obtained for similar constructions.Key words:large-diameter concrete pipe pile；driving;construction technology收稿日期：2011-06-01作者简介：李书华（1963），男，高级工程师，从事水运工程质量和施工安全管理工作。1.3 地质状况 勘察结果表明：在钻探深度内土层分布较有规律，图1为码头区域的地质剖面。由图1中可以看出，在-17-25 m处存在8 m厚粉细沙层，平均标准贯入击数N=42.3击；表1 波浪情况水位NNEWNWH1%/mH13%/mT/sH1%/mH13%/mT/s极端高水位1.61.14.01.81.34.3设计高水位1.41.03.81.61.14.0设计低水位0.60.42.40.70.52.8 184 水 运 工 程2012 年2 大管桩应用情况1）黄骅港综合港区多用途码头工程使用大管桩的数量及桩型。整个工程共计使用大管桩1 378 根。管桩采用4 m长的预应力管节进行拼接，采用钢桩尖连接而成，管桩壁厚14.5 cm，管桩依管节拼接节数分为3大类，即11节、12节、13节，长度及数量分别为：管节长44 m的123根，管节长48 m的611根，管节长52 m的644根。2）沉桩情况。沉桩共计1 378根，沉桩过程中桩顶破碎的桩5 根，占总量的0.36%。3 沉桩施工特点由于桩型种类多，打桩计划的紧密性存在困难。大直径管桩在黄骅港首次尝试，不可预见的影响较多，对施工进度及顺序影响较大，作为安全重点、难点控制。本工程相邻斜桩净距离仅为35 cm，在沉桩过程中需保证良好的正位率，否则极易发生碰桩现象。前承台桩顶设计高程较低，不能只在低潮时作业，本工程工期紧，因此在高潮时也必须作业，只有采用加长替打才能沉桩。由于管桩直径及质量较大，索桩所用的钢丝绳直径较大，操作困难。4 沉桩工艺4.1 吊点设置本工程大管桩总长在55 m左右，由于其刚度较好，均采用四点吊的方式进行施工（图2）。图1 码头区域地质剖面33-16.54?h?h?h?h?h?h?h?h?h?h?53 7?6 5?6 1?6 16 3-15.63-17.23-25.43-31.63-34.13?h?h?h?h?h?-45.43-48.33-49.43-51.33-52.13?h?h?h?h?N?在-45-52 m处存在7 m厚的粉土和粉细沙层，平均标准贯入击数N=48击。大管桩在沉桩过程中须穿透2个硬层，必须选择合适的锤型进行施打，达到最佳的穿透能力，同时也是对大管桩的桩头耐打性和适应性的考验。图2 吊点?0.05L0.29L0.33L0.21L0.12L图3 吊装索?选择最长最重的桩作为计算依据配置吊装钢丝绳。其中捆桩扣通过计算需要56 mm，实际操作时由于其刚度较大而造成捆桩难以操作，且单根索桩起吊时索桩扣容易滑移，存在安全隐患。经研究由单根改为2根，绳索直径变为42 mm，避免了因单根捆桩扣直径过大造成缠绕桩身困难和滑移的问题（图3）。在索桩前，由技术人员检查吊点位置，吊点远离管缝拼接处50 cm以上，严禁吊点位置与管节拼缝处重合。4.2 打桩船及锤型选择打桩投入中交一航局五公司2艘打桩船（打桩15#和打桩16#）进行打桩作业。打桩船配D125-3型柴油打桩锤施打管桩，开二档作业。技术参数见表2，3。185 第 1 期李书华：黄骅港综合港区多用途码头工程大直径管桩施工工艺定，并据此调整桩架倾角以满足设计要求。打桩记录由测量人员进行，准确记录打桩过程、锤击数、终锤贯入度以及掌握停锤标准。4.3.2 校核采用以下3种方法之一对桩位进行校核：1）全站仪辅助定位；2）改换使用另一个基准站的信号；3）在船上布设校核点，用另一套GPS背包测取该点的三维坐标，再根据校核点与桩身的几何关系推算出桩身偏位。4.4 打桩施工流程打桩施工流程如下：4.3 测量定位打桩船沉桩定位采用“海上远距离GPS打桩定位系统”。4.3.1 操作要点电脑启动正常后，再接通、开启GPS电源，保证系统的正常运行。注意操作界面上的“LRK”字母的大小写、间距差和指针的倾斜角，以识别GPS的锁定情况。选择“精确模式”时一定要注意测距仪是否正常工作。如果测距仪不能正常工作时才能选择“标准模式”。界面上的“均高”数据是指测距仪红点的高程，可作为高程控制的依据。当第1根桩无法用岸上全站仪校核时，应采取二次开GPS进行校核，或者事先在打桩船上测放2个点，并计算出船正位下桩状态下这2点的理论坐标值，实际打第1根桩时用GPS测出这2点的坐标，据以推算出桩位坐标。当离岸较远无法用岸上全站仪校核时，可在打桩船上用免棱镜测距仪对拟沉桩和已沉桩间的距离进行测量，与计算值比较无误后可以下桩。桩身的倾斜坡度由固定在桩架上的传感器测表3 D125-3柴油打桩锤技术参数形式单作用外型尺寸/mm6 663/7 783 锤总质量/kg23 500/24 320 锤芯质量/kg12 500打击频率/（次 min-1）3645行程/m3.4每次打击最大能量/kJ417桩上最大冲击力/kN3 600打斜桩最大倾斜度1 5/1 2最大混凝土桩质量/kg50 000极限贯入度/mm2 打击能量/kJ档 250.200档 304.410档 371.130档 417.000表2 打桩船技术参数桩号总长/m型宽/m型深/m桩架高/m桩长/m15#64.1426.04.590.881+水深16#60.0024.04.568.760+水深?4.5 沉桩4.5.1 吊桩就位打桩船驻位时严格按事先设计的锚位进行抛锚,并用起锚艇拖带打桩船驻位。然后运桩方驳驻位，打桩船移船至运桩方驳前，起吊桩后再移船就位，并将桩竖立进入桩架龙口内，桩顶戴上替打及桩锤后，收紧锚缆，在测量定位的控制下移船至桩位允许偏差的范围内开始压锤沉桩，压锤时应仔细观测桩身变化，确保下桩正位率。4.5.2 锤击沉桩锤击时应确保桩锤替打和桩处于同一直线，替打应保持平整，避免产生偏心锤击。锤芯冲程控制在2.42.5 m范围内连续锤击。沉桩过程应加强观察,桩尖进入软弱土层时应减小油门,防止发生溜桩引起桩身过大的拉应力及发生意外。桩尖进入持力层后,每下沉10 cm记录一次锤击数和锤的落距，并严格按技术规范要求控制停锤标准。4.5.3 操作要点1）打桩前的准备工作。沉桩前测量沉桩区的泥面高程，探摸并清除水下障碍物，编制打桩顺序图。186 水 运 工 程2012 年调查沉桩区附近的建筑物和地下障碍物情况，分析沉桩施工是否受影响。结合沉桩允许偏差，校核相邻基桩是否相碰。在地质剖面图上标出桩位，施打时对照地质剖面图，确认桩尖已进入持力层后，根据持力层的性质，按技术规格书的沉桩要求，严格控制停锤标准。2）技术措施。在打桩过程中须加强沉降、位移观测，保证工程的安全。吊桩前对桩身仔细检查。沉桩吊立过程中，控制吊立速度，保证平稳吊立。沉桩初期，间断轻打，避免溜桩。沉桩过程中随时注意观察桩身变化，出现异常情况应立即停锤，经分析研究采取有效措施后，方可继续施打。在自沉、压锤过程中，要观察桩位的变化情况，当变化较大时，应及时进行调整，必要时应拔出重新下桩。根据当时的水流、潮汐情况，准确判断沉桩过程中桩位可能产生的偏移，确定下桩的提前量，以保证最终桩位的正位。沉桩过程要随时观察桩身变化及锚缆情况，根据水流及潮位及时调整锚缆，勿使桩身在锤击过程中受扭，如果出现异常情况要立即停锤，采取有效措施后方可继续施工。吊点位置按设计要求控制，压锤时应仔细观测桩身变化，及时调整，确保下桩正位率。沉桩过程应加强观察，并严格按技术规范要求控制停锤标准。对未达到设计要求的桩基，经现场监理工程师确认后进行动测确定桩基的承载力情况，报请设计单位审定处理意见。成排桩基施打完成后，及时进行夹桩保护。5 桩顶破损问题及处理措施2009年12月沉设管桩时，发生5根管桩桩顶破损，且均为直桩，锤击数为7461 079，桩顶完好的直桩锤击数也保持在1 000左右。5.1 桩顶破损原因地质资料显示，此处桩尖高程处土层分布为5粉细沙，厚度为0.53.9 m，地质较硬，贯入度7 mm左右，而直桩比斜桩所承受锤击应力较大，从而导致桩顶破损较多。但造成桩顶破损原因不是唯一的，经现场分析，初期沉桩还存在以下原因：1）按照设计桩顶首节应为钢纤维混凝土，经查，破损的5根桩中有2根因厂家拼接粗心，首节未放置钢纤维混凝土管节。2）桩顶不平，导致锤击偏心，造成桩顶一侧受损较严重。3）桩垫厚度不够，虽然每根桩均放置两层纸垫，但经压缩后，厚度不足5 cm。4）替打长度不够，尤其在高潮作业时，替打行至龙口末端时，易发生晃动，导致锤击偏心。5.2 措施针对沉桩初期出现桩顶破碎的现象，首先及时调整打桩船的锤击档位，进行低档作业，减小锤击能量，但效果不明显，在穿透硬层时，由于锤击数较高，从而导致桩顶混凝土疲劳而破损，恢复二档作业，将2层纸垫改为1纸2木，保证压缩厚度在12 cm以上。通过与厂家沟通，严把质量关，消除人为因素导致管桩桩顶破损现象。更换加长替打，确保高潮作业能够正常进行。针对黄骅港地质条件，与设计人员协商，在桩顶首节处增加400 mm高的环形钢抱箍，提高桩顶的抗锤击能力。经过一系列的措施采取，桩顶破损在日后沉桩过程中未再发生过，保证了沉桩的质量。该码头目前已通过交工验收。6 结语总结大直径混凝土管桩在吊装、沉桩等全过程中的施工工艺，采取有效措施解决锤击过程中桩顶破损问题，保证了工程质量，对类似工程施工具有借鉴作用。（本文编辑 郭雪珍)