庫區(qū)內(nèi)使用振動(dòng)錘沉設(shè)鋼管樁施工關(guān)鍵技術(shù)

王曉良 中交二航局第一工程有限公司

對(duì)于在三峽庫區(qū)的兩壩之間施工鋼管樁，因工程建設(shè)地點(diǎn)黃柏河大橋通航凈空的限制，打樁船等大型施工船舶進(jìn)場施工困難且成本很高，采用浮吊配合振動(dòng)錘沉設(shè)鋼管樁施工定位困難，同時(shí)庫區(qū)內(nèi)水位變化較快，導(dǎo)致船舶隨水位升降變化較快，增大了鋼管樁定位難度。

表1 鋼管樁相關(guān)參數(shù)

1.工程概況

宜昌三峽國際游輪中心碼頭工程位于三峽大壩與葛洲壩之間，靠近黃柏河大橋，距離約500m，黃柏河大橋最低水位凈空12.1m。本工程主要由3個(gè)直立式碼頭結(jié)構(gòu)形式的1#～6#突堤碼頭、2個(gè)高樁排架式結(jié)構(gòu)的7#、8#順岸碼頭、高樁排架式結(jié)構(gòu)的架空平臺(tái)以及現(xiàn)澆承臺(tái)結(jié)構(gòu)的9#、10#泊位組成。鋼管樁總計(jì)316根，具體情況見表1。

2.施工難點(diǎn)

（1）黃柏河大橋最低水位凈空12.1m，打樁船因樁架高度限制無法進(jìn)場。

（2）庫區(qū)內(nèi)水位變化較快，導(dǎo)致船舶隨水位升降變化較快，增大了鋼管樁定位難度。

3.施工工藝

3.1 設(shè)備選型

3.1.1 振動(dòng)錘選型

鋼護(hù)向型號(hào)為：Ф1550δ16mm鋼護(hù)筒共82根，Ф1350δ14mm鋼護(hù)筒共167根，Ф1000δ8mm 鋼護(hù)筒共34根，單長10～27m。

（1）振幅（A）。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式振沉到所要求深度所需最小振幅A，可按照如下公式計(jì)算：

A為振沉樁到要求深度所需最小振幅，mm；N為樁沉入深度土層的最大標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù),取37.4，其取值為地勘設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)。

A=37.4/12.5+3=5.992mm

（2）激振力P的確定。美國ICE公司通過大量工程測試后的結(jié)論：在高速振動(dòng)時(shí)，樁的周圍土壤產(chǎn)生液化效果，使樁側(cè)極限靜摩擦阻力減低率μ=0.1～0.4，即起振力

P為振動(dòng)錘激振力，KN；T為下沉至要求深度時(shí)，各土層的極限動(dòng)側(cè)摩擦阻力之和，KN；U為樁橫斷面周長，m；i表示厚度為H的土層順序；n為下沉至要求深度時(shí)土壤總層數(shù)；Ti為第i土層的極限動(dòng)摩阻力，KPa/m2；Hi為第i層土層厚度，m。

選取入土深度最大的鉆探孔位ZK8作最不利計(jì)算，本孔位穿透淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土②層7.3m，卵石④層5.4m，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖⑤1層1.5m，其樁側(cè)摩阻力特征值分別為9kPa、55kPa、40kPa。

T=0.4＊3.14＊1.4＊(9＊7.3+55＊5.4+40＊1.5)=743.3KN

根據(jù)以上計(jì)算，擬選擇DZJ180電動(dòng)型振動(dòng)錘。

3.1.2 浮吊選型

本工程鋼護(hù)筒最重為15.6t，振動(dòng)錘與夾具（包括鋼絲繩）重量為13t，沉樁時(shí)作業(yè)半徑小于20m,吊高小于36m，即沉樁施工時(shí)吊重為28.6t，施工半徑小于20m,吊高小于36m；根據(jù)“龍翔起1號(hào)”的性能參數(shù)表可知，用主鉤作業(yè)半徑為22m時(shí)，吊重為40t，吊高為36m；滿足現(xiàn)場施工要求。

本項(xiàng)目擬選用“龍翔起1號(hào)”吊DZJ180電動(dòng)型振動(dòng)錘進(jìn)行沉樁施工，嵌巖樁起重設(shè)備亦選用“龍翔起1號(hào)”。

3.1.3 吊索具選擇

根據(jù)規(guī)范，鋼絲繩允許拉力按下式計(jì)算：

式中：F0—鋼絲繩最小破斷拉力，單位為kN；

D—鋼絲繩公稱直徑，單位為mm；

R0—鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度，取1870MPa；

K'—鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)，6×19S+FC鋼絲繩取0.33。

DZJ-180振動(dòng)錘重量13t,碼頭鋼管樁最大重量15.6t,碼頭鋼管樁采用起重船吊裝時(shí)最大吊重為30t，考慮采用2根2m長的鋼絲繩受力，鋼絲繩安全系數(shù)取6，鋼絲繩破斷拉力為300×6÷2=900kN。

則鋼絲繩最小公稱直徑

實(shí)際采用Φ40mm鋼絲繩，滿足要求。

3.2 沉樁施工

3.2.1 鋼管樁吊裝

運(yùn)輸船運(yùn)至現(xiàn)場后與起重船并排停放，以利吊裝施工。吊樁采用捆吊，為保證吊樁安全，在樁頂兩端0.2L處設(shè)置一個(gè)吊耳，防止鋼絲繩滑落出鋼管樁。在起重船靠岸側(cè)船舷中部焊接一個(gè)導(dǎo)向架，鋼管樁吊出運(yùn)輸船后移至導(dǎo)向架里，利用鋼管樁的自重，使樁尖插入覆蓋層中一定深度，確保穩(wěn)樁安全。導(dǎo)向架見圖1。

3.2.2 鋼管樁定位

鋼管樁在導(dǎo)向架穩(wěn)樁后，浮吊起吊振動(dòng)錘，夾緊鋼管樁，起吊鋼管樁到樁位附近粗定位。根據(jù)岸上經(jīng)緯儀及全站儀信息，對(duì)鋼管樁進(jìn)行精確定位達(dá)到設(shè)計(jì)樁位，然后緩慢下放鋼護(hù)筒，通過鋼管樁及振動(dòng)錘的自重，完成壓樁工序。

3.2.3 測量定位復(fù)核

鋼管樁在壓樁過程中可能會(huì)有偏移，需對(duì)鋼管樁樁位進(jìn)行復(fù)核，若鋼管樁在壓樁過程中有偏移，則應(yīng)把鋼管樁拔出土層進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，再進(jìn)行壓樁，直至精確定位。

3.2.4 振動(dòng)沉樁

沉樁初時(shí)，起錘激振力應(yīng)較小，通過觀察樁身、振動(dòng)錘等中心軸線一致后，方可轉(zhuǎn)入正常施打，以避免偏心振動(dòng)導(dǎo)致樁身傾斜。振動(dòng)沉樁過程中，起先宜采用小激振力低振，隨著入土深度加深，逐步提高激振力，直至達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，振動(dòng)時(shí)要保持連續(xù)。若在沉樁過程中樁偏位過大，則要拔出鋼護(hù)筒重新定位沉樁。沉樁完畢后及時(shí)用聯(lián)撐連接。

3.2.5 沉樁注意要點(diǎn)

①鋼護(hù)筒沉放前，對(duì)到場鋼護(hù)筒的制作、防護(hù)等質(zhì)量進(jìn)行逐根檢查，對(duì)在裝運(yùn)過程中碰損的涂層應(yīng)修補(bǔ)。

② 沉放之前必須先在鋼護(hù)筒面上，從鋼護(hù)筒頂部起每0.1米劃一橫線，劃1米，供全站儀測量樁頂標(biāo)高時(shí)讀數(shù)之用，以便于控制樁頂標(biāo)高。

③停泊及錨纜布置，以便于起重船正常作業(yè)，避免各船錨纜互相干擾，并應(yīng)與已沉好的護(hù)筒保持一定距離，不得碰撞。

④ 船吊取鋼護(hù)筒采用捆吊，捆吊須捆牢，要注意保持鋼護(hù)筒相對(duì)平穩(wěn)。

⑤ 沉放全過程測量監(jiān)控，保證鋼護(hù)筒的垂直度，出現(xiàn)偏位即時(shí)停止振動(dòng)，調(diào)整樁位，若不能調(diào)整到位，則應(yīng)拔出鋼護(hù)筒或鋼管樁重新定位沉樁。

圖1 導(dǎo)向架示意圖

⑥ 沉樁時(shí)，根據(jù)如現(xiàn)場的水下地形有斜坡段，則需預(yù)留出打樁偏位的提前量，確保最終的沉樁偏位滿足規(guī)范要求。

⑦對(duì)已沉到位的護(hù)筒，做上醒目標(biāo)志，提醒過往船只。

⑧運(yùn)樁和沉樁過程中，嚴(yán)禁碰撞鋼護(hù)筒或鋼管樁、破壞防護(hù)涂層。

4.水上使用振動(dòng)錘沉樁優(yōu)點(diǎn)

（1）振動(dòng)錘沉樁時(shí)可根據(jù)沉樁情況，能對(duì)樁位、樁身垂直度等進(jìn)行及時(shí)糾偏。

（2）樁位可靈活選擇，受到的施工條件限制較小。

（3）振動(dòng)錘沉樁施工時(shí)噪聲較小，對(duì)附近居民生活影響小。

（4）振動(dòng)錘沉樁施工時(shí)，造成的土體破壞較小，對(duì)周邊建筑物影響小。

5.結(jié)語

本工程因施工環(huán)境條件的限制，采用浮吊配合振動(dòng)錘施工的工藝進(jìn)行鋼管樁沉設(shè)施工，有效的解決了本工程打樁船無法進(jìn)場施工、沉樁定位等相關(guān)技術(shù)難題，為類似工程施工提供參考。