朱文功 徐為

(中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司第二工程分公司 浙江寧波 315000)

1 引言

隨著我國(guó)航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，沿海碼頭選址越來越向離岸化、深水化、開敞化發(fā)展，高樁碼頭主要采用受力性能較優(yōu)的鋼管樁。由于地質(zhì)勘查孔無法全覆蓋各排架樁位處，在樁基設(shè)計(jì)時(shí)，出于安全性的考慮，部分樁基持力層標(biāo)高選定會(huì)偏低，導(dǎo)致鋼管樁在沉樁過程中容易出現(xiàn)提前到達(dá)持力層的情況，從而使鋼管樁樁頂標(biāo)高的實(shí)際值會(huì)比設(shè)計(jì)值偏大較多。高樁碼頭絕大多數(shù)鋼管樁為斜樁，直樁占比很少，當(dāng)斜樁樁頂超出設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，會(huì)大大增加沉樁交叉施工影響，很容易阻礙打樁船進(jìn)行后續(xù)鋼管樁沉樁[1]。為避免單根樁受外力作用時(shí)發(fā)生傾斜，水上沉樁后需及時(shí)進(jìn)行夾樁[2]。但在工程施工中，施工單位很少主動(dòng)、及時(shí)地采取專用的夾樁措施，基本上是以下橫梁施工底模的支撐加上必要的縱向連接來作為夾樁措施[3]。這樣會(huì)造成鋼管樁在沉樁與夾樁這兩道工序之間存在較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，樁頂超高較多會(huì)增加單樁的自由擾度，大大降低其穩(wěn)定性，單根鋼管樁在沒有依靠的情況下容易受強(qiáng)風(fēng)、大浪和急流影響而發(fā)生偏位。因此，在沉樁完成后需要及時(shí)對(duì)鋼管樁超高部分進(jìn)行割除，才能有效降低對(duì)沉樁施工進(jìn)度和樁位偏差的影響。

本文依托舟山市某高樁碼頭工程，設(shè)計(jì)了一款割樁鋼平臺(tái)，使鋼管樁樁頭割除方案施工效率高、安全性高。

2 工程背景

舟山市某高樁碼頭工程由西向東布置6個(gè)5萬噸級(jí)和1個(gè)10萬噸級(jí)泊位。碼頭總長(zhǎng)2 175 m，共分為三段，其中東段為1 190 m連片式碼頭，寬度24 m；西段為620 m連片式碼頭，寬度29 m；外加365 m蝶形碼頭一座，由工作平臺(tái)、系纜墩、支引橋等組成。該工程鋼管樁共有1 925根，直徑有1.1 m、1.2 m和1.4 m三種。

該工程體量屬國(guó)內(nèi)單項(xiàng)高樁碼頭之最，施工工期僅為9個(gè)月，施工進(jìn)度壓力大，進(jìn)度管控的關(guān)鍵在于1 925根鋼管樁的沉樁施工。為此項(xiàng)目部擬投入4艘打樁船，安排4個(gè)沉樁作業(yè)區(qū)域同時(shí)施工，待樁基施工到一定程度后有序開展下橫梁現(xiàn)澆、梁板安裝等后續(xù)分項(xiàng)工程，形成多條流水作業(yè)線。

該工程所處地質(zhì)條件較為復(fù)雜，水下岸坡坡度大部分達(dá)到20°以上，局部區(qū)域海床面高差起伏大，覆蓋層不均[4]。在施工技術(shù)方案策劃階段，項(xiàng)目部預(yù)測(cè)在鋼管樁沉樁過程中會(huì)出現(xiàn)部分鋼管樁超高的情況。該工程鋼管樁共1 925根，若出現(xiàn)超高情況而不能及時(shí)處理的話，將大大影響碼頭整體施工進(jìn)度。該工程所在水域海況較為惡劣，海上割樁頭易受急流和風(fēng)浪影響，在此種環(huán)境下，需要制定施工效率高、安全性高的鋼管樁樁頭割除方案，才能有效保證施工進(jìn)度達(dá)到預(yù)期要求。

3 割樁鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

海上鋼管樁樁頭割除需要操作平臺(tái)，常規(guī)的操作平臺(tái)主要有以下3種形式：(1)直接以施工船舶作為操作平臺(tái)，需要候高潮，受潮汐、風(fēng)浪和急流影響較大；(2)以橫梁施工底模作為操作平臺(tái)，需要等待時(shí)間較長(zhǎng)，受橫梁施工進(jìn)度影響較大；(3)以普通吊籃作為操作平臺(tái)，作業(yè)時(shí)起重船將吊籃懸吊在空中，當(dāng)起重船受風(fēng)浪和急流影響發(fā)生晃動(dòng)時(shí)，操作平臺(tái)也會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，受風(fēng)浪和急流影響較大，作業(yè)安全性較差。

以上三種形式的操作平臺(tái)都存在作業(yè)效率不夠高的問題，不適用于工期緊張的工程項(xiàng)目。針對(duì)該工程工期要求緊和海況惡劣的條件，鋼管樁樁頭割除方案需要滿足以下兩點(diǎn)要求：(1)割樁作業(yè)能夠在沉樁完成后及時(shí)開展；(2)割樁作業(yè)能夠盡可能克服潮汐、強(qiáng)風(fēng)、大浪和急流的影響，可作業(yè)時(shí)間需盡可能長(zhǎng)。

針對(duì)以上兩點(diǎn)要求，最合理的解決方法就是能夠?qū)⒉僮髌脚_(tái)快速地搭建在待割除的鋼管樁上。在高空作業(yè)中，安全性和經(jīng)濟(jì)性最好的方法是借助于技術(shù)成熟的工作吊籃[5]。由于大多數(shù)鋼管樁為斜樁，因此設(shè)計(jì)時(shí)以單樁為研究對(duì)象，在充分參考吊籃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理后，設(shè)計(jì)了一種鋼管樁樁頭割除鋼平臺(tái)。一方面依托鋼管樁彈性嵌固作用，鋼平臺(tái)可以有穩(wěn)定的依靠，不受潮汐影響，受強(qiáng)風(fēng)、大浪和急流的影響較小；另一方面，鋼平臺(tái)還可以像吊籃一樣能夠快速周轉(zhuǎn)使用。

為提高施工流水作業(yè)效率，在鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)還充分考慮了割樁如何與鋼管樁樁芯和現(xiàn)澆橫梁施工快速對(duì)接。

3.2 結(jié)構(gòu)形式

割樁鋼平臺(tái)主要由兩套吊裝鋼絲繩、懸吊平臺(tái)和安全鎖等部分組成[6]，該鋼平臺(tái)已獲中國(guó)實(shí)用新型專利授權(quán)，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示[7]。

圖1 鋼平臺(tái)仰視圖

3.3 結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

鋼平臺(tái)主要特點(diǎn)是：(1)具有兩套吊繩系統(tǒng)，第一套吊繩系統(tǒng)為臨時(shí)承重系統(tǒng)，主要目的是將鋼平臺(tái)安裝在鋼管樁樁頂，待第二套吊繩系統(tǒng)安裝至鋼管樁切割線處后，第一套吊繩系統(tǒng)即可拆除；(2)鋼平臺(tái)底板孔洞設(shè)計(jì)為正方形，其對(duì)角線長(zhǎng)度大于橫梁反吊系統(tǒng)鋼扁擔(dān)梁的長(zhǎng)度，使鋼管樁完成樁頭切除和樁芯施工后可以立即在樁頂安裝鋼扁擔(dān)梁，鋼扁擔(dān)梁安裝后不影響鋼平臺(tái)吊離；(3)設(shè)置有安全鎖，可以使鋼平臺(tái)與鋼管樁之間連接牢固，不易發(fā)生晃動(dòng)。

3.3.1 吊繩系統(tǒng)

第一吊繩系統(tǒng)的鋼絲繩可以調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，第一吊繩分別與鋼平臺(tái)四角的圍欄上端連接，每根鋼絲繩在遠(yuǎn)離圍欄的一端均設(shè)有用于與吊鉤配合的起吊部和用于鉤掛鋼管樁頂端的掛鉤，四個(gè)掛鉤之間通過彈性繩連接。在彈性繩的拉力作用下，掛鉤方向保持恒定，確保了在鋼平臺(tái)下放穿過鋼管樁樁頂時(shí)，掛鉤能夠順利鉤掛在鋼管樁頂部，彈性繩呈十字交叉狀態(tài)。第一吊繩系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 第一吊繩系統(tǒng)

第二吊繩系統(tǒng)的鋼絲繩也可以調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，鋼絲繩分別與鋼平臺(tái)四角的圍欄底端連接，每根鋼絲繩在遠(yuǎn)離工作臺(tái)的一端均設(shè)有掛鉤，該掛鉤鉤掛在鋼管樁割除線上方的開孔中。

3.3.2 讓位口

將鋼平臺(tái)底板孔洞設(shè)計(jì)為正方形，使該鋼平臺(tái)除了可用于割除多余樁頭外，還能用于現(xiàn)澆橫梁底模板反吊系統(tǒng)安裝。

鋼平臺(tái)的中部具有給鋼扁擔(dān)梁讓位的讓位口，在鋼管樁樁頭割除和樁芯施工完成后，可以直接完成現(xiàn)澆橫梁底模板反吊系統(tǒng)，鋼平臺(tái)吊離時(shí)可不受扁擔(dān)梁的阻礙，可提高前后工序之間的對(duì)接，大大提高了流水作業(yè)工作效率。讓位口形式如圖3所示。

圖3 讓位口平面示意

3.3.3 安全鎖

鋼平臺(tái)底板的孔洞周邊設(shè)有4個(gè)與管樁表面抵緊以防止工作臺(tái)晃動(dòng)的安全鎖，其結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。安全鎖的設(shè)置可以使鋼平臺(tái)穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)槿说淖邉?dòng)或大風(fēng)而晃動(dòng)，保證操作工人的安全，并且可以為操作工人提供一個(gè)良好的作業(yè)環(huán)境。

圖4 安全鎖結(jié)構(gòu)示意

安全鎖包括固定座、螺紋孔座、螺桿以及抵接座，固定座焊接在鋼平臺(tái)底板上，螺紋孔座固定在固定座上，螺桿與螺紋孔座螺紋連接，抵接座與螺桿的端部活動(dòng)連接，抵接座上設(shè)有抵緊塊，抵緊塊與管樁表面抵緊，螺桿遠(yuǎn)離管樁的一端設(shè)有手柄，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄后就可以使螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，在螺紋孔座的作用下，螺桿來回移動(dòng)，帶動(dòng)抵接座運(yùn)動(dòng)，使抵緊塊與管樁表面抵緊或松開，方便操作。抵接座與螺桿的端部活動(dòng)連接是為了在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，抵接座不跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，保證抵緊塊在抵緊時(shí)與沿鋼管樁的表面貼合緊密。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程(見圖5)

圖5 割樁施工工藝流程

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 鋼平臺(tái)加工制作

鋼平臺(tái)可委托外部廠家制作，也可以自行制作，制作完成后，對(duì)鋼平臺(tái)每個(gè)結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢查。檢查各部件材料型號(hào)、材料尺寸、焊縫尺寸、焊縫質(zhì)量、鋼絲繩錨接牢固度等，并指定專人簽字驗(yàn)收。

4.2.2 鋼平臺(tái)首次安裝

吊裝鋼平臺(tái)割樁作業(yè)設(shè)專人指揮，并設(shè)專職安全和質(zhì)量監(jiān)督員[8]。起重船吊鉤與管樁切割鋼平臺(tái)的起吊部連接，將管樁切割鋼平臺(tái)吊起。人工通過牽引繩控制鋼平臺(tái)使管樁的頂部對(duì)準(zhǔn)讓位孔，吊機(jī)由上至下緩慢放下鋼平臺(tái)，使管樁的頂部穿過讓位孔。

繼續(xù)下放鋼平臺(tái)，鋼平臺(tái)的第一吊繩系統(tǒng)頂部的4個(gè)掛鉤在彈性繩張力的作用下與管樁的需割除段的頂部鉤接；這樣，鋼平臺(tái)就可以依靠第一吊繩系統(tǒng)懸掛在鋼管樁上，隨后吊機(jī)鋼絲繩可以處于完全松弛狀態(tài)，起重船隨風(fēng)浪搖晃對(duì)鋼平臺(tái)無影響。若未設(shè)置彈性繩，吊機(jī)由上至下放下管樁切割鋼平臺(tái)時(shí)，第一掛鉤容易產(chǎn)生歪斜而在下放時(shí)不易勾住管樁頂端。

4.2.3 平臺(tái)承重系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

起重船停靠在待割除樁基旁，作業(yè)人員佩戴雙繩安全帶[9]，從起重船通過爬梯登上操作臺(tái)，卸掉起重船吊扣，使用起重船將待安裝的鋼扁擔(dān)梁吊至平臺(tái)上。此時(shí)，吊機(jī)上的吊鉤與起吊部已經(jīng)脫離，起重船可以暫時(shí)離開，去執(zhí)行其他任務(wù)。由此，不需起重船在樁頭切割工作時(shí)原地待命，提高了起重船時(shí)間利用率。施工所用電焊機(jī)及氧氣乙炔均放置在起重船，氧氣瓶與乙炔瓶之間保持5 m以上的安全距離[10]。

在管樁的保留段與需割除段的交接處畫切割線，在管樁切割線處沿周向切割出4個(gè)對(duì)稱分布的開口。將管樁切割鋼平臺(tái)的第二掛鉤分別穿過開口掛接在保留段的頂部上，調(diào)節(jié)第二吊繩的長(zhǎng)度，使第二吊繩處于緊繃狀態(tài)，將管樁切割鋼平臺(tái)的重量切換至由第二吊繩系統(tǒng)來支撐。

第一吊繩與需割除段的頂部連接需解除，保證需割除段移除時(shí)不受影響，因此不能使管樁切割鋼平臺(tái)的重量一直由第一吊繩系統(tǒng)來支撐。

將第一掛鉤系統(tǒng)與管樁的需割除段的頂部脫離，具體的方法是：先調(diào)節(jié)第一吊繩的長(zhǎng)度，使第一吊繩處于松動(dòng)的狀態(tài)，之后就可以將第一掛鉤與管樁的需割除段的頂部脫離。若需割除段的高度不高，可采用人工直接脫離第一掛鉤；若需割除段的高度較高，可以使用桿子輔助第一掛鉤脫離。

旋轉(zhuǎn)抵緊裝置的手柄，使抵緊塊與保留段的表面抵緊，使鋼平臺(tái)穩(wěn)定，保證操作工人的安全，為操作工人提供一個(gè)良好的作業(yè)環(huán)境。

4.2.4 樁頭割除吊離

在管樁的需割除段的頂部側(cè)壁上切割出吊孔，吊孔與保留段的水平距離盡可能保證最大值。將鋼絲繩穿過吊孔并將吊具與需割除段綁緊，為后面將需割除段移除做準(zhǔn)備。

工人在鋼平臺(tái)上對(duì)管樁進(jìn)行環(huán)形切割，割除時(shí)要確保樁基割樁位置準(zhǔn)確，高程偏差不大于50 mm。在保留段與需割除段之間保留有連接部不予割除，大約1～2 cm，具體長(zhǎng)度通過計(jì)算獲得，保留段與需割除段通過連接部暫時(shí)連接。這樣，連接部起到暫時(shí)連接保留段與需割除段的作用，避免需割除段傾倒。對(duì)于直樁，保留段可更加薄弱；對(duì)于斜樁，保留段需設(shè)置在樁基仰面。

起重船回到待吊離割除段附近，在鋼管樁仰面停靠，鋼管樁和起重船的相對(duì)位置如圖6所示。將樁頂?shù)匿摻z繩與起重船吊具連接后，操作工人通過爬梯離開鋼平臺(tái)。

圖6 吊離操作圖示

在起重船的起吊力下，連接部受彎斷裂，保留段與需割除段分離。吊機(jī)將需割除段吊離至材料運(yùn)輸船上。

若鋼管樁樁頂超高較多，可重復(fù)“平臺(tái)承重體系轉(zhuǎn)換”和“樁頭割除吊離”步驟，分2次或多次對(duì)樁頭進(jìn)行切割，直至完全割除多余樁頭。

4.2.5 樁芯鋼筋籠安裝

樁頭處理完成后，將加工好的樁芯鋼筋籠使用小型起重船起吊至鋼筋籠底部距離樁頂約0.5 m高，工人站立在鋼平臺(tái)上，通過牽引繩配合小型起重船吊機(jī)將鋼筋籠移至樁頂正上方，穩(wěn)定后緩慢下放至鋼管樁中，鋼筋籠通過HPBφ28圓鋼與鋼管樁內(nèi)壁之間焊接牢固。

4.2.6 樁芯混凝土澆筑

當(dāng)一個(gè)排架的樁芯鋼筋籠均完成安裝后，將抽水泵和混凝土振搗器具起吊放置在鋼平臺(tái)上，對(duì)樁內(nèi)有水的使用水泵排水至混凝土澆筑面以下，確保樁內(nèi)積水不漫過封底板。移動(dòng)水上混凝土攪拌船至排架附近，進(jìn)行混凝土澆筑。樁頂以下10 m范圍內(nèi)的混凝土，采用振搗棒振搗到位，澆筑完成后，對(duì)樁芯混凝土表面進(jìn)行收面，在初凝前進(jìn)行表面掃毛。

4.2.7 反吊系統(tǒng)扁擔(dān)梁安裝

在鋼管樁頂端側(cè)壁上放樣扁擔(dān)梁中軸線與管樁樁頂交接處。用材料船將岸上事先加工好的鋼扁擔(dān)及相應(yīng)的配件機(jī)具轉(zhuǎn)運(yùn)到已經(jīng)施工完的樁基附近。采用小型起重船將扁擔(dān)梁起吊至樁芯外露鋼筋頂部以上1 m高度，人員在鋼平臺(tái)上通過牽引繩調(diào)整扁擔(dān)鋼梁的方位，調(diào)整完成后，緩慢下放扁擔(dān)鋼梁輕輕擱置在樁頂，微調(diào)方位后完全下放到位，采用鋼板或圓鋼幫焊，使扁擔(dān)鋼梁與鋼管樁樁頂或樁芯外露鋼筋連接牢固[11]。扁擔(dān)鋼梁安裝完成后，在其兩端吊筋待安裝處旁各安裝一個(gè)手拉葫蘆，用于后續(xù)底模主梁安裝。反吊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 反吊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

4.2.8 鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)轉(zhuǎn)移

將小型起重船吊機(jī)上的吊鉤與鋼平臺(tái)第一吊繩系統(tǒng)頂部的起吊部連接，將管樁切割鋼平臺(tái)緩慢吊起，工人將第二掛鉤從保留段的頂部脫離，然后通過爬梯離開鋼平臺(tái)，起重船將管樁切割鋼平臺(tái)吊離，繼續(xù)下一個(gè)鋼管樁樁頭割除和底模板反吊系統(tǒng)鋼扁擔(dān)安裝。

5 結(jié)束語(yǔ)

該鋼平臺(tái)，雖然結(jié)構(gòu)部件較多，但制作較為簡(jiǎn)單，耗材少，成本低，安全性高[12]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該工程樁頂超高達(dá)到了3 m以上的鋼管樁共有307根，最高達(dá)13 m。其中有76根超高鋼管樁由于傾斜方向和扭角為靠向打樁船這一側(cè)，在其沉樁完成后，打樁船受其影響無法進(jìn)行后續(xù)鋼管樁沉樁施工。經(jīng)測(cè)算，采用該鋼平臺(tái)，每根鋼管樁割除樁頭可節(jié)省1 h，整個(gè)工程共計(jì)縮短割樁工期38 d(＝307×1÷8)，共計(jì)減少對(duì)打樁船影響的時(shí)間9.5 d(＝76×1÷8)。由此可知，該鋼平臺(tái)具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

該鋼平臺(tái)既可以用來割除超高鋼管樁，又可以作為樁芯混凝土澆筑、橫梁底模板反吊系統(tǒng)安裝的施工平臺(tái)，極大提高了施工作業(yè)效率。同時(shí)，還減少了高樁碼頭施工中船機(jī)設(shè)備的投入費(fèi)用，對(duì)于降本增效有較為突出的貢獻(xiàn)，可以在水工項(xiàng)目中推廣使用。