張利軍 王振江

中交一航局第二工程有限公司 山東青島 266071

隨著世界水運物流的發(fā)展，運輸船舶的大型化趨勢明顯，船舶對港口泊位的靠泊能力、技術(shù)要求越來越高。特別是南美智利區(qū)域國家，同時受近年地震影響，許多原有碼頭泊位在地震中受損，無法?？看?。選址新建港區(qū)，是不經(jīng)濟(jì)的，需要在對已建港區(qū)泊位進(jìn)行升級改造。

圣安東尼奧港是智利目前最大的港口，碼頭現(xiàn)有3個泊位，為順岸式高樁梁板碼頭。業(yè)主考慮為增加靠泊和貨物吞吐能力，計劃將碼頭港池深度開挖至-15米，并對碼頭泊位長度進(jìn)行延長。北側(cè)為防波堤口門位置，只能將3號泊位向南側(cè)向陸側(cè)擴(kuò)建。

3#泊位南側(cè)擴(kuò)建工程向陸側(cè)方向擴(kuò)建130.6米，φ1.2米鋼管樁82根。

碼頭平面位置示意圖

該工程擴(kuò)建泊位區(qū)域，受地質(zhì)地形影響，無法使用水上沉樁設(shè)備進(jìn)行施工；本文將對該區(qū)域陸上鋼管樁沉設(shè)施工工藝，重點介紹不同地質(zhì)情況預(yù)成孔和鋼管樁免共振振動錘結(jié)合柴油錘施工方法。并對施工過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)行了原因分析及方案的優(yōu)化調(diào)整。

1 工程概況

圣安東尼奧港STI三號泊位南側(cè)擴(kuò)建泊位長度130.6m，鋼管樁共計82根，直徑為1.2m，分為4排樁，樁頂標(biāo)高3.5m，現(xiàn)有地面標(biāo)高2m。鋼管樁防腐措施僅使用防腐漆，施工時要求保護(hù)防腐漆不被破壞。

鋼管樁施工區(qū)域地下土層為，粉細(xì)砂（+2m至-11m）、灰色粘土層（-11m至-18m）。另有一舊防波堤穿過碼頭和港池區(qū)域，地下存在大量大塊石，最深位置可達(dá)-12m。

2 設(shè)備選型

2.1 成孔（清孔）設(shè)備

對上部砂土部分使用氣舉反循環(huán)進(jìn)行、粘土層使用沖擊鉆進(jìn)行成孔，見表1。

2.2 沉樁設(shè)備選型

本沉樁區(qū)打樁采用180t履帶吊吊振動錘振沉輔助樁，起吊柴油錘最終沉樁工藝，技術(shù)規(guī)格書要求選用D80型柴油錘，180t履帶吊主臂完全滿足沉樁要求。

序號 設(shè)備名稱 數(shù)量 備注1 180t履帶式吊機(jī) 1 鉆機(jī)安裝就位2 雙電機(jī)耐振振動錘DZ-150KSA中孔 1 3 筒式柴油錘D80-32 1

3 施工方法

3.1 施工總流程圖

表1

總流程圖見下圖。

3.2 護(hù)筒沉設(shè)

護(hù)筒立設(shè)穩(wěn)定后，180t吊機(jī)吊起振動錘夾住護(hù)筒，當(dāng)夾板全部深入護(hù)筒時，啟動液壓裝置，夾緊護(hù)筒。護(hù)筒吊運至護(hù)筒定位架中，開啟振動錘振沉護(hù)筒。打設(shè)護(hù)筒采用全站儀與經(jīng)緯儀十字交叉觀測定位，技術(shù)質(zhì)量要求：鋼護(hù)筒平面位置偏差小于7.5cm，鋼護(hù)筒垂直度小于0.5%。

鋼護(hù)筒沉設(shè)過程中隨時檢查、復(fù)測樁位，觀察設(shè)置點位置變化情況。振動過程應(yīng)分階段進(jìn)行，同時注意下沉速度，若發(fā)生異常情況應(yīng)立即停錘，分析原因。護(hù)筒長度不滿足施工要求時，利用卷板機(jī)現(xiàn)場制作鋼護(hù)筒，上下兩節(jié)鋼護(hù)筒接頭處采用坡口焊接，焊縫厚度不小于8mm。

3.3 氣舉法進(jìn)行清孔

氣舉反循設(shè)計計算：

氣舉反循環(huán)裝置主要為空氣壓縮機(jī)、供氣管、125cm泵管和簡易氣土水混合器。

（1）沉沒比?；旌掀鞅仨毬袢肟變?nèi)水位以下足夠深度時，才能正常工作，混合器埋入深度與到排水渣口的距離比為沉設(shè)比，其計算公式如下：

式中：a---沉沒比；

H---混合器埋入孔內(nèi)液面以下深度（m），最小高度2m；

h---孔內(nèi)液面至水龍頭出口高度（m），泵管長度3.5m。

通常情況下，沉沒比應(yīng)大于0.4，

（2）空壓機(jī)風(fēng)壓。空壓機(jī)風(fēng)壓按下式計算：

式中：P---氣舉反循環(huán)風(fēng)壓（MPa）；

H---混合器埋入水中的深度（m）最大深度20m；

施工流程圖：

?----循環(huán)液的密度，本工程施工1025kg/m3；

ΔP---管路摩擦損失，與孔深、循環(huán)液密度、管壁摩擦程度有關(guān)，取0.05MPa。

循環(huán)流量要求：

F---泵管的斷面面積，液面上升速度取1.5m/min

壓縮空氣消耗量

壓縮空氣消耗量按下公式計算：

C1---溫度校正系數(shù)，20℃取0.983；

C2---氣壓校正系數(shù)，0海拔高度；

r---循環(huán)液密度與水之比1.025；

h---孔口液面至排渣口的高度（m）；

Q---循環(huán)液流量（m3/min）；

C---系數(shù)，取8.4。

空壓機(jī)應(yīng)使用10m3/min，設(shè)計壓力為0.8MPa空壓機(jī)方能滿足施工需求。

3.4 沖擊成孔

沖擊鉆機(jī)在沖擊鉆孔的同時，利用泥漿泵向孔底輸送泥漿，沖刷孔底。攜帶巖屑向上流動，最終流向泥漿池，在泥漿池中，沙石顆粒因重力沉積，泥漿清液再次利用泵送至孔底，形成循環(huán)。該施工工藝適合在回填塊石層地質(zhì)區(qū)成孔，利用鋼護(hù)筒護(hù)壁和泥漿護(hù)壁可防止漏漿和塌孔情況出現(xiàn)。

塊石區(qū)域鋼管樁打設(shè)分兩種情況，C、D軸當(dāng)沖擊鉆成孔穿過石層后即可直接打樁，A、B軸沖擊鉆穿過石層后仍需進(jìn)行成孔至設(shè)計坡面標(biāo)高。因此C、D軸成孔計劃使用現(xiàn)有直徑1.5m的護(hù)筒，錘頭需要進(jìn)行改造，使錘徑增加到1420mm；A、B軸成孔直徑為1.5m的護(hù)筒，外加現(xiàn)場焊接完成的外徑1.24m的錘頭。塊石底部粘土層成孔方式有兩種，一是沖擊鉆一直成孔至設(shè)計坡面位置，成孔完成后需盡快進(jìn)行鋼管樁沉樁施工，防止塌孔。

循環(huán)方案：1、泥漿泵正循環(huán)；2、氣舉反循環(huán)。

鉆進(jìn)過程中，錘繩應(yīng)保持在護(hù)筒中心位置，偏位小于3cm。沖擊鉆開孔時應(yīng)采用低錘密擊，鉆孔達(dá)30cm后且無偏孔現(xiàn)象時，方可正常沖擊；成孔過程中根據(jù)情況調(diào)整沖程，最大沖程不宜超過4m；避免出現(xiàn)空錘或鋼絲繩過長，防止錘傾倒卡住壁孔。應(yīng)定時檢查錘頭情況，避免出現(xiàn)因過度磨損導(dǎo)致成孔孔徑縮小。

沖擊過程中遇探頭石或孤石后，回填片石，使用沖擊錘高程沖擊，將探頭石斬斷。沖擊塊石表面傾斜時或孔身發(fā)生偏斜、彎曲時，應(yīng)填入小塊石（片石），將底部巖面填平，再進(jìn)行正常沖擊，塊石面平整后可持續(xù)循環(huán)或使用撈渣孔進(jìn)行清孔。發(fā)生卡鉆或埋鉆時，應(yīng)將鉆頭周圍的土松動后提鉆；鉆頭應(yīng)采取保險措施防止掉鉆。塊石層沖孔，應(yīng)保持泥漿循環(huán)的連續(xù)性。及時排渣，減少鉆頭的磨損，循環(huán)排渣速度較慢，存在大塊碎石（4-6cm）或碎石渣較多時，可采用撈渣筒。

3.5 振動沉樁

制作一個放在1500mm護(hù)筒頂部安裝帶膠輪的限位器，以此來在打樁過程中確保樁位。具體圖形如下圖所示：

在鋼管樁樁頂對稱鉆兩個距樁頭100mm，直徑為50mm的孔，以便安裝卡環(huán)，確保鋼管樁準(zhǔn)確的垂直起吊。180t吊機(jī)把樁吊起后，將鋼管樁起吊放入限位器中，完成立樁。

鋼管樁立設(shè)穩(wěn)定后，180t吊機(jī)吊起振動錘夾住護(hù)筒，當(dāng)夾板全部深入鋼管樁時，啟動液壓裝置，夾緊護(hù)筒。開啟振動錘振設(shè)鋼管樁。使用振動錘可對樁位偏差和垂直度進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)出現(xiàn)偏差較大時，可向上拔樁，重新振設(shè)。

3.6 錘擊沉樁

樁振設(shè)完畢后，起吊柴油錘進(jìn)行壓錘，并觀察樁的偏位，若發(fā)現(xiàn)樁位偏差過大，則應(yīng)起錘并根據(jù)偏位情況適當(dāng)調(diào)整履帶吊，然后重新壓錘。

錘擊原則：打樁初時，起錘應(yīng)輕壓或輕擊數(shù)錘，落距應(yīng)較小，觀察樁身、樁架、樁錘等中心軸線一致，以避免偏心錘擊。將要至設(shè)計樁頂標(biāo)高時，應(yīng)按經(jīng)高應(yīng)變檢測確定的檔位錘擊，以確保樁的承載力在設(shè)計要求的停錘貫入度下達(dá)到設(shè)計承載力。錘擊過程中，隨著鋼管樁的沉入，應(yīng)不斷的往下放鋼絲繩，保證有足夠的安全行程。

4 施工遇到的問題及優(yōu)化措施

4.1 成孔過程出現(xiàn)塌孔、漏漿

原因分析：本工程施工區(qū)域地質(zhì)揭示上層土層主要為粉細(xì)砂，在水下粘結(jié)性能極差，是造成塌孔的主要原因；泥漿比重偏小，無法形成有效護(hù)壁效果；護(hù)筒長度不夠，沖擊錘已出護(hù)筒距離較長，孔壁破壞較大；底部存在塊石，塊石間隙較大，與外側(cè)海水貫通，導(dǎo)致泥漿、砂土帶走。

改進(jìn)措施：及時觀察泥漿情況，對出現(xiàn)漏漿情況，使用投放水泥；增加泥漿比重；加長護(hù)筒長度。

4.2 成孔出現(xiàn)偏孔

原因分析：成孔過程中出現(xiàn)偏孔，主要原因是大塊石引起的；成孔過程中鉆機(jī)發(fā)生偏移，未及時調(diào)整。

處理措施：回填投入小塊石、碎石，重新反復(fù)成孔；成孔過程中，對鉆機(jī)位置、鋼絲繩位置進(jìn)行調(diào)整控制，保證鋼絲繩始終在護(hù)筒中心。

4.3 氣舉出現(xiàn)堵管

原因分析：氣舉過程中，管底存在較厚的沙水混合物，在氣泵突然停止工作時，管內(nèi)的泥沙沉降下來，并形成逆向壓力，將一部分沙壓入氣管中；遇大量碎石層，大量碎石在管底。

改進(jìn)措施：在氣舉停止時，需先將泵管提出，直至循環(huán)出清水停止；在管底使用隔離網(wǎng)，防止小塊石堵住管底。

4.4 樁頂變形

沉設(shè)完成后，發(fā)現(xiàn)部分鋼管樁樁頂變形、起鼓，導(dǎo)致柴油錘替打卡住。分析原因：由于鋼管樁富余長度較小，地面以上留置長度僅1.5m，失去錘籠的導(dǎo)向作用，柴油錘左右晃動幅度大，極易發(fā)生偏心錘擊。

優(yōu)化措施：對現(xiàn)有施工地面進(jìn)行開挖，增加錘籠導(dǎo)向長度；使用備用樁進(jìn)行接樁；最后沉設(shè)過程中，使用低檔進(jìn)行錘擊，僅PDA實驗時使用高檔少量錘擊。

5 結(jié)語

本工程根據(jù)工程現(xiàn)場工程情況，針對不同的地質(zhì)情況，采取了不同的施工方法，有效解決了鋼管樁施工遇到的難題。振動錘結(jié)合柴油錘組合沉樁的施工方案，在施工效率和質(zhì)量控制方面取得較好的效果。樁平面位置偏差控制在3-4cm以內(nèi)，垂直度均小于0.5%，防腐涂層保護(hù)較好，修復(fù)面積小于1%。本工程施工技術(shù)可在同類地質(zhì)、陸上施工提供技術(shù)參考。