廖宏志

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510220）

1 工程概況

文章以廣州南沙國際郵輪碼頭為工程實例展開論述。該工程新建10萬GT泊位碼頭及22.5萬GT泊位碼頭工程，碼頭主體結(jié)構(gòu)為高樁梁板墩式結(jié)構(gòu)，碼頭岸線總長度為770m。其中，碼頭北側(cè)墩臺緊接游艇碼頭防波堤，由于港池開挖標(biāo)高與游艇會防波堤原地面標(biāo)高的高差為11m，需設(shè)鋼管排樁（φ1800，t=25mm）作為永久擋土結(jié)構(gòu)，其樁長為33～38m。樁尖持力層主要選擇在強、中風(fēng)化巖，部分進入微風(fēng)化層。文章介紹了在高樁碼頭中海上鋼管排樁結(jié)構(gòu)在擋土、保護相鄰結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用。

2 鋼管排樁的組成及特點

鋼管排樁結(jié)構(gòu)主要由若干鋼管樁、導(dǎo)向槽以及鎖扣組成[1]。導(dǎo)向槽的作用在于穩(wěn)固導(dǎo)向架，導(dǎo)向設(shè)置在鋼管樁的左、右兩側(cè)，形成平行對稱，首尾續(xù)接。鎖扣緊密焊接在鋼管樁，第一鎖扣及第二鎖扣分別設(shè)置在鋼管樁外壁沿長度方向，第一鎖扣是焊接在鋼管樁外壁向外凸伸的窄部，第二鎖扣的結(jié)構(gòu)是中間開口的凹槽結(jié)構(gòu)，第一鎖扣橫截面成T型，第二鎖扣橫截面成C型，如圖1、圖2所示。前一根鋼管樁的第一鎖扣（T型）套入與其相鄰的后一根鋼管樁的第二鎖扣（C型）的槽腔內(nèi)，每一根樁沿著排樁方向以此類推。

圖1 T型鎖扣（單位：mm）

圖2 C型鎖扣（單位：mm）

3 鋼管排樁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 樁長加工

按設(shè)計樁長加工鋼管樁，在沉樁施工中，根據(jù)試樁情況確定各項參數(shù)，盡可能減少過長截樁或者水上接樁問題的發(fā)生。如為了避免發(fā)生水上接樁類問題，嚴(yán)格按照寧長勿短的原則進行加工[2]。

3.2 生產(chǎn)工序流程

檢查鋼材→進行開卷、校平后可以切頭→將鋼材對焊連接起來→銑邊→螺旋成型后進行內(nèi)焊→充分清理焊縫→測量外圓周長→外焊→檢查外觀情況及尺寸情況→做好標(biāo)記→修補→制作、防腐→最終的檢驗、標(biāo)識→完成所有工序后交驗。

3.3 沉樁施工

（1）沉樁前準(zhǔn)備。①仔細(xì)檢查樁位圖，查看是否有無法施打的樁，如有發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時與設(shè)計溝通。②復(fù)核所有的基點、水準(zhǔn)點及控制點。③對沉樁區(qū)域作全面檢查探摸水下情況，看是否存有障礙物，避免影響沉樁施工[3]。④測量施工區(qū)域的泥面標(biāo)高，實際標(biāo)高與設(shè)計圖紙的地形作比較。⑤掌握工程地質(zhì)鉆探資料、水文資料和打樁資料。⑥充分分析沉樁振動期間，對岸坡和相鄰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響，并提出防護措施。

（2）沉樁施工。①樁錘的選擇。打樁錘的選擇影響因素一般有地質(zhì)條件、極限承載能力等，根據(jù)該工程的地質(zhì)情況和設(shè)計要求，打樁錘選用D138柴油錘，震動錘選用APE400液壓震動錘。②替打。在替打的底部設(shè)有緩沖槽，上面與減震彈簧配合，減少反彈力的沖擊，并備用鋼板和鋼絲繩兩套，上下兩塊鋼板應(yīng)具有足夠剛度和厚度。施打時根據(jù)觀察替打損耗程度對其進行更換，避免替打損壞影響樁體質(zhì)量。③沉樁。鋼管排樁結(jié)構(gòu)施工工藝流程：起重船移船至運樁駁吊樁→鋼管樁起吊→鋼管樁立起固定→震動錘夾樁→導(dǎo)向架固定樁施打及安裝導(dǎo)向架→鋼管樁插樁跳打→震動錘沉樁→沖擊錘沉樁→達到貫入度停錘要求后檢查驗收。由于排樁樁位緊鄰游艇碼頭防波堤，大型船舶作業(yè)空間受限，因此，鋼管樁排樁采用吊船插打施工，采用運輸樁船將鋼管樁運至現(xiàn)場，并緊靠吊船，然后采用起重船進行起吊，首根鋼管樁起吊后需放置于導(dǎo)向架，然后采用液壓振動錘夾住導(dǎo)向架上的樁，進行振插。根據(jù)導(dǎo)向架長度確定根數(shù)，每組導(dǎo)向架一般不超過5根，采用液壓振動錘振插鋼管樁至巖面標(biāo)高。前一根鋼管樁的T型鎖扣套入與其相鄰的后一根鋼管樁的C型鎖扣凹槽腔內(nèi)，錘擊時相鄰樁樁頂標(biāo)高控制為梯形狀；需要把導(dǎo)向架內(nèi)的5根鋼管排樁振插完成后，再采用柴油沖擊錘依次復(fù)打至設(shè)計標(biāo)高，然后按照樁位平面圖依次進行后續(xù)沉樁施工。在沉樁過程中全程連續(xù)對沉樁進行觀測，并觀察貫入度的變化，如出現(xiàn)異常，及時向監(jiān)理工程師或設(shè)計單位匯報。沉樁過程中注意因錘擊振動和擠土對岸坡穩(wěn)定性的影響，對穩(wěn)定性較差的坡段控制打樁速率，并采取削坡減載、間隔跳打等方法施工；對游艇會防波堤的結(jié)構(gòu)定期進行沉降位移監(jiān)測，根據(jù)數(shù)據(jù)分析表明，在施工期間，鄰近構(gòu)筑物穩(wěn)定，無異常變化。鋼管排樁終錘標(biāo)準(zhǔn)為最后三陣錘（3檔）的平均貫入度為≤3mm/擊（每陣10擊）。

3.4 夾樁

沉樁完成后，為了防止樁身發(fā)生傾斜或者位移，及時對已經(jīng)完成施打的樁進行夾樁。在夾樁操作中，務(wù)必保證樁排架和樁具有足夠的穩(wěn)定性，通過型鋼對縱橫方向的結(jié)構(gòu)進行連接，旨在改善施工期受水流、風(fēng)浪、拋石擠壓的影響，保證和提高樁基的安全性和穩(wěn)定性。

正常施工狀況下，為不影響后續(xù)拋石工序，只進行縱向橫向夾樁，采用[14槽鋼直接焊接的方式進行夾樁施工；異常工況下，在沉樁過程中，出現(xiàn)臺風(fēng)等災(zāi)害天氣時，需對已沉樁基補充縱向夾樁，方式雷同橫向夾樁；若因異常天氣或異常情況出現(xiàn)需暫停施工的情況，同時又存在未能完成完整排架時，采用[14槽鋼將未能連成整個排架的樁基與相鄰排架的樁基進行斜向連接。

3.5 質(zhì)量保證措施

（1）沉樁前詳細(xì)研究工程平面圖、樁位圖、樁基結(jié)構(gòu)圖、地質(zhì)資料、基樁承載力、沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)等資料。嚴(yán)格按照《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTS 167—2018）的各項規(guī)定執(zhí)行[4]。

（2）布設(shè)樁位控制點前，應(yīng)對施工基線進行復(fù)核檢查。樁位計算由指定專業(yè)人員負(fù)責(zé)，資料成果由測量工程師進行校核。

（3）沉樁需考慮試沉樁的結(jié)果，根據(jù)試沉樁的檢測結(jié)果調(diào)整沉樁要求。

（4）如出現(xiàn)貫入度異常、樁身突然下沉、傾斜過大、移位等情況，均應(yīng)立即停止錘擊，及時查明原因，并與現(xiàn)場監(jiān)理工程師、設(shè)計商議，提出解決辦法。

（5）沉樁過程中應(yīng)嚴(yán)格控制打樁速率，防止水下岸坡失穩(wěn)，并加強觀測。

（6）沉樁過程中，記錄人員要及時準(zhǔn)備完成沉樁記錄。

（7）對已沉好的樁，及時進行夾樁，以減小樁身彎矩，加強樁抵抗外力破壞的能力，必要時安設(shè)警戒船只值班，確保已完成樁基的安全。

4 鋼管排樁結(jié)構(gòu)受力復(fù)核

根據(jù)不同工況進行排樁擋土受力進行復(fù)核。

工況1：鋼管排樁施打完成后前沿舊碼頭拆除至-10.5m，復(fù)核鋼管排樁的受力和變形。安全等級為Ⅲ級，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為0.9。通過比較承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，其鋼管排樁內(nèi)力和變形復(fù)核結(jié)果表明，最大位移量為29.05mm，踢腳穩(wěn)定在承載力極限狀態(tài)下均能滿足要求，如表1、表2所示。

表1 工況1鋼管排樁內(nèi)力和變形復(fù)核結(jié)果表

表2 工況1踢腳穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果表

表3 工況2墩臺內(nèi)力復(fù)核結(jié)果表

工況2：墩臺結(jié)構(gòu)在澆筑完成后，在土壓力和系纜力作用下變形，安全等級為Ⅱ級，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為1.0。通過彎矩、應(yīng)力以及抗彎強度的核算，滿足要求，如表3所示。

根據(jù)核算的結(jié)果，工況1、2均滿足使用要求，鋼管排樁結(jié)構(gòu)起到海上深層擋土和結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的作用。

5 結(jié)束語

鋼管排樁結(jié)構(gòu)是近年來新興起的一種適合在海上環(huán)境深層擋土、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、施工速度較快等優(yōu)勢，更關(guān)鍵的是其改變了傳統(tǒng)排樁結(jié)構(gòu)在海上施工工效低、適用性差的現(xiàn)象。該項目在施工和使用期間，碼頭結(jié)構(gòu)和鄰近構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)均為穩(wěn)定，無異常變化。鋼管排樁結(jié)構(gòu)在該工程中的成功應(yīng)用，可為類似工程提供參考。