鄒偉 ，嚴小衛(wèi) ，吳中正 ，2，3*

（1.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040；2.長大橋梁建設施工技術(shù)交通行業(yè)重點試驗室，湖北 武漢 430040；3.交通運輸行業(yè)交通基礎設施智能建造技術(shù)研發(fā)中心，湖北 武漢 430040）

0 引言

早在20世紀60年代，CT鎖口鋼管樁廣泛應用于日本工程中[1]，在國內(nèi)主要應用于橋墩基礎圍堰、船塢、港池接岸施工等[2-4]。在板樁碼頭中，我國已建的深水板樁碼頭多采用鋼管板樁結(jié)合作為前墻，且已取得相關(guān)施工經(jīng)驗[5]。大直徑CT鎖口鋼管樁作為前墻在板樁碼頭進行施工，無先例可循，其海上施工精度控制技術(shù)是前墻成功施工的關(guān)鍵。

在深水碼頭結(jié)構(gòu)設計中，會采用大直徑CT鎖口鋼管樁作為結(jié)合墻。這類鎖口鋼管樁直徑大，使板樁前墻可承受更大彎矩，對深水碼頭結(jié)構(gòu)強度是有利的。但是該鋼管樁直徑大，長度長，施工誤差要求小，海上施工精度控制難度大。常用的施工方法是安裝各種導向架輔助控制施工精度[6-7]，確保沉樁質(zhì)量。該施工方法技術(shù)可靠，但施工便利性差，工程造價高，施工效率低。

本文結(jié)合菲律賓八打雁港板樁碼頭工程實例，采用打樁船進行大直徑CT鎖口鋼管樁施工，總結(jié)了技術(shù)可靠且高效的海上沉樁施工精度控制方法，為類似工程結(jié)構(gòu)的施工提供借鑒。

1 工程概況

菲律賓八打雁港板樁碼頭項目位于菲律賓八打雁市，為新建75 000噸級集裝箱裝卸碼頭，碼頭前墻樁基采用φ1 500 CT鎖口鋼管樁形成岸墻。

大直徑CT鎖口鋼管樁長33.5 m，重28.6 t，壁厚24 mm，樁底標高-32 m。設計碼頭前沿泥面標高-10 m，相鄰樁中心間距1.68 m，前墻基礎由鋼管樁利用兩側(cè)的CT鎖口連接。CT鎖口長27 m，“C”與“T”鎖口連接后需灌入碎石填充，其截面形式如圖1所示。

圖1 大直徑鋼管樁CT鎖口截面圖（mm）Fig.1 The CT lock section of large diameter steel pipe piles(mm)

2 大直徑CT鎖口鋼管樁沉樁施工方案

2.1 打樁船與樁錘選型

該工程位于海灣內(nèi)，樁在原碼頭主體拆除后施工，樁位離岸邊約20 m。本工程樁施工具有樁直徑大、沉樁海床存在塊石與碎石層、海上施工、施工工效要求高等特點。采用打樁船“航工樁七”作為錘擊樁的施工設備，可較好地滿足施工特點要求：

1）“樁七”最大施打樁長為70 m+水深，最大起重100 t，可打最大直徑2 m的樁，滿足本工程樁直徑、長度、重量的要求。

2）樁船船體較大，長55 m，寬22 m，具有較好的抗風浪施工能力，可在本工程海上施工。

3）海床表層塊石與碎石層厚度為2 m左右，打樁船配備足夠能量的錘即可輕易穿透。

4）打樁船可連續(xù)完成單根樁起吊、移樁、立樁與沉樁等工作，且本工程海況較好，對施工影響小，打樁船沉樁工效高。

樁船配置D138柴油樁錘，最大錘擊能量295～461 kJ，沖程3.41 m，為驗證該錘是否滿足要求，采用GALWEAP2010進行可打性分析。對沉樁進行預可打性分析，主要根據(jù)擬選樁錘和地質(zhì)勘察資料，計算沉樁拉、壓應力分布，貫入度變化情況，估算總錘擊數(shù)和打樁時間[8]。根據(jù)可打性分析結(jié)果表明，沉樁貫入度、總錘擊數(shù)、壓應力很好地滿足可打性要求，D138柴油樁錘可滿足施工要求。

2.2 施工流程

打樁船以單方向按照施工順序沉樁，打完樁留C鎖口與下一根樁的T鎖口連接，采用以數(shù)根樁為一組按照階梯形初打、留高交替復打樁到位，全過程進行精度控制，具體施工工藝見圖2。

圖2 鎖口鋼管樁沉樁工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of lock steel pipe piles construction

3 沉樁精度控制難點

工程施工難點為樁在各種情況下的精度控制：

1）大波浪有可能會產(chǎn)生溜樁偏位；

2）地質(zhì)條件差異可產(chǎn)生不同方向的樁偏位；

3）每根樁中心誤差應在75 mm內(nèi)，樁中心位置偏差控制難度大；

4）鋼管樁C鎖口位置有較大的轉(zhuǎn)動位移，影響下一根樁的起始定位；

5）鋼管樁沿樁墻軸線方向的位置偏差會累積，影響碼頭前樁墻整體線性與偏差，前墻整體精度控制難度大。

4 大直徑CT鎖口鋼管樁沉樁精度控制方法

4.1 確保打樁船的穩(wěn)定

打樁船在海上施工的六自由度運動對施工精度影響較大。打樁船按照八字錨拋錨固定，岸上設置前進纜，并選在波高小于0.5 m的沉樁時間段施工。

4.2 樁誤差檢查

吊裝前應對樁鎖口進行檢查。準確復核鎖口位置，是否有較大制造誤差，對鎖口誤差大的樁應在現(xiàn)場重新焊接調(diào)整位置。

4.3 采用可靠的測量觀測方法

打樁船自帶GPS-RTK測量儀，但測量精度難以滿足本工程高精度的測量觀測要求。測量方法采用在岸上平行樁墻軸線與垂直軸線2個方向架設2臺全站儀進行定位與校核。2臺全站儀與樁位的交線夾角應成90°，在立樁、插樁、沉樁全過程觀測樁位偏位情況以及垂直度，并對易發(fā)生轉(zhuǎn)動的鎖口位置進行重點監(jiān)控定位。

在沉樁可調(diào)階段，每下沉0.5 m觀測1次，超過要求及時調(diào)整。連續(xù)沉樁階段，達到要求標高后按施工流程留高復打，改為每隔2～3 m觀測1次。

4.4 根據(jù)沉樁觀測數(shù)據(jù)規(guī)律確定下樁位置

根據(jù)已完成鄰近樁的實際中心、鎖口轉(zhuǎn)動偏差量與鎖口轉(zhuǎn)動方向，兼顧樁位與鎖口同時偏位位置，下樁時預估一定的中心位移量與C鎖口轉(zhuǎn)動偏差量，提前制造一定反方向偏差抵消預估偏位量，定出實際的下樁樁位。

樁在打完發(fā)生位移與轉(zhuǎn)動后，樁位能達到最佳位置，這個最佳位置應符合規(guī)范允許的偏差要求，且偏差值應盡量?。煌瑫r樁的實際位置也能確保后續(xù)2根樁有足夠的允許偏位范圍，并使后續(xù)2根樁在預估偏移后仍處在接近設計正位狀態(tài)，利于后續(xù)樁施工，確保樁墻整體偏位符合規(guī)范允許的誤差要求。

4.5 按照階梯形沉樁與交替復打

初打沉樁至設計標高以上2～3 m處，以5～8根樁為一組，后續(xù)初打樁逐步抬高，初打完成后樁頂形成階梯形（如圖3）。具體留高以樁偏位大小作為判斷依據(jù)。當樁偏位較小時，可將樁頂與前一根樁頂齊平或略低，每組樁根據(jù)偏位情況依次按照階梯形留高；當樁偏位較大時，極易造成樁偏位超出誤差或影響后續(xù)下樁定位，盡早停止初打樁，減少初打樁階段的行程，使樁在該階段產(chǎn)生最少偏位。復打樁時由于有相鄰樁鎖口產(chǎn)生很大約束，樁復打行程階段產(chǎn)生的前后平面偏差將大幅減少，控制樁總偏差在允許誤差范圍內(nèi)。

圖3 階梯形沉樁示意圖Fig.3 Schematic diagram of stepped pile driving

每組最后兩根樁可在復打后留更小的階梯，便于與下組首根樁的鎖口連接?？紤]到樁錘在兩側(cè)鋼絲繩套處的總寬大于間隔樁壁間距，復打樁時應控制樁頂高于相鄰樁頂2 m，避免樁錘側(cè)面與相鄰樁頂碰撞損壞。

4.6 在沉樁可調(diào)階段對樁位糾偏

沉樁施工全過程控制主要分為5個階段，包括樁入龍口、自重與套錘下沉控制、連續(xù)沉樁可調(diào)、連續(xù)沉樁、樁頂標高控制等。

在沉樁可調(diào)階段，應在沉樁全過程采用打樁船對樁中心、鎖口位置、垂直度進行主動糾偏，在糾偏的過程中，以樁中心位置為主要控制點，在樁中心沒有超出允許誤差75 mm的情況下，同時兼顧控制C鎖口位置與偏角，便于后續(xù)2根樁定位。

在自重與套錘下沉控制階段，要保證下樁位置盡可能接近計劃樁位，實際施工中常需要多次下樁。

4.7 樁墻累計位置誤差的控制

在樁墻端頭施工過程中，實施了更有效的措施控制鎖口軸線偏差，即在T鎖口焊接鋼墊塊或墊板，如圖4～圖5所示。

圖4 防T鎖口外移墊塊Fig.4 Anti-outside offset cushion blocks

圖5 防T鎖口內(nèi)縮墊板Fig.5 Anti-inside offset base plates

利用墊塊與墊板的控制措施操作簡單、效果好，提高沉樁效率，未對CT鎖口結(jié)構(gòu)造成破壞，每根樁軸線方向的最大糾偏量為±20 mm。施工時需計算已形成的樁墻累計誤差，盡早開始主動糾偏，確保樁墻偏差滿足設計要求。

5 實施效果

1）本施工方法滿足設計精度要求。根據(jù)沉樁記錄表，在浪高＜0.5 m的情況下施工，全部樁平面位置誤差控制在規(guī)范要求的75 mm以內(nèi)，實際樁垂直度＜0.3%，施工精度高，為樁連續(xù)施工提供了良好基礎，樁墻端部樁最終的累計誤差為21 mm，樁頂標高正?？刂圃谝?guī)范要求的±20 mm以內(nèi)，鎖口均正常連接，未發(fā)生脫落與破壞的情況。本方法在正常的可施工海況條件下能確保沉樁質(zhì)量。

2）施工效率高。如果采用其他施工方法如輔助樁加導向架施工方法或騎跨式導向架施工方法，平均每日可沉樁1～2根；而采用本工程應用的打樁船階梯形沉樁方法，單日可沉樁5～7根，接近海上打單樁的施工工效，大幅提高了施工進度，確保了碼頭前樁墻按期完成。

6 結(jié)語

大直徑CT鎖口鋼管樁墻對施工控制精度要求高，施工難度大，在國內(nèi)無先例可循。本工程采用的打樁船階梯形初打樁、留高交替復打工藝，在全過程對樁位進行有效的施工精度控制，實施了高效可靠的沉樁作業(yè)。該施工方法可為同類工程提供借鑒，有助于大直徑CT鎖口鋼管樁在我國深水工程中進一步推廣應用。