貝雷架沉樁平臺工藝在海外高樁碼頭中的應用

◎荀明智 中交廣州航道局有限公司

厄瓜多爾波索爾哈多用途碼頭樁基施工，采用招標要求的南美區域傳統的CANTITRAVEL平臺沉樁工藝。后續施工過程中，鋼管灌注樁樁長加長導致碼頭前沿排架吊機起重能力不足。為加快施工進度，研究制定了貝雷架沉樁平臺實施方案，前沿區域利用貝雷梁的強抗剪能力，自行設計裝配式懸臂貝雷架平臺，以澆筑完成的鋼管灌注樁為基礎，搭設貝雷架平臺至碼頭前沿排架，有效解決了碼頭前沿鋼管灌注樁無法沉設的難題[1]。貝雷架沉樁平臺具有重量輕、安裝方便、適應性強，沉樁精度高等優點，可以推廣至高樁灌注樁及高樁鋼管樁碼頭施工，尤其是海況差、受長周期波影響、施工水域小，水上起重作業船舶無法停靠施工作業的工程[2]。

1.工程概況

厄瓜多爾波索爾哈多用途碼頭項目，距離瓜亞基爾市約120公里，碼頭總長240m，碼頭面寬36.43m，采用鋼管砼灌注樁基礎，共320根，樁徑分1.016m和0.914m兩種，排架間距6.3m，單個排架5根鉆孔灌注樁。

碼頭陸側E/D/C軸使用CANTITRAVEL樁基施工平臺進行沉樁，由于地質情況變化，海測A/B軸區域樁長增加，吊機駐位CANTITRAVEL平臺吊重能力不足，需采用新的施工工藝沉設海測A/B軸區域。為加快施工進度，研究制定海測區域沉樁實施方案，其中E/D/C軸采用MINICANTITRAVAL平臺，已實施12排樁，A/B軸采用貝雷架沉樁平臺。

2.貝雷架沉樁平臺工藝

2.1 工藝研究比選

厄瓜多爾波索爾哈多用途碼頭海測A/B軸區域沉樁初定兩種方案：常規的打樁船沉樁工藝和貝雷架沉樁平臺工藝[3]。

打樁船沉樁工藝：公司在智利中部某項目有一艘打樁船，能夠滿足鋼護筒的沉設要求，但參考其在智利項目的情況，受南美長周期波的影響，打樁船工藝有效作業天數少，且打樁精度無法滿足設計要求。

貝雷架沉樁平臺：不受潮水影響，吊機移動方便。組合式貝雷片主桁，拆卸方便，沉樁平臺高度集成化可滿足護筒沉設、鉆機成孔、混凝土灌注施工等涉及的供電、供水系統[4]。沉樁精度高，效率快。

綜合比選，選用貝雷架沉樁平臺，按12m寬設計,設計荷載為75t履帶吊、振動錘、混凝土罐車、正循環鉆機等。平臺采用多跨連續梁方案，面寬12m，最大跨徑為9m，根據受力情況其中履帶吊履帶板下設單層三榀貝雷梁，護筒兩側使用單層雙榀貝雷梁，上鋪設I25 @366mm工字鋼、作為平臺次梁，外側泵車支腿位置單層雙榀貝雷梁。

2.2 方案工藝原理、工藝流程及操作要點

（1）方案工藝原理。利用貝雷梁的強抗剪抗彎能力，自行設計裝配式懸臂貝雷架平臺，基礎采用新建鋼管灌注樁。現有已澆筑完成的樁基作為基礎支撐樁，施工平臺由陸側向海側延伸。同時利用貝雷架將鋼管灌注樁有效連接成整體，貝雷架沉樁平臺基礎鋼管灌注樁形成群樁效應，提高樁基的抗剪能力和平臺穩定性。

（2）工藝流程。貝雷架沉樁平臺施工工藝流程圖見圖2。

圖1 碼頭斷面圖

圖2 貝雷架沉樁平臺施工工藝流程圖

（3）操作要點。貝雷架沉樁平臺的設計采用4組貝雷桁架與型鋼加工而成，其中履帶吊履帶板下設單層三榀貝雷梁，泵車支腿兩側使用單層雙榀貝雷梁。貝雷架與主梁次梁焊接成為一個整體，具有良好的橫向抗剪能力和穩定性。次梁上部用鋼板鋪設人行通道，通道兩側安裝防護欄桿。

2.3 工程的關鍵技術研究

（1）橫向施工平臺結構形式（履帶吊行走方向）。E/D/C軸橫向采用I40a工字鋼作為平臺主梁，主梁上安裝貝雷架，履帶吊履帶板下設單層三榀貝雷梁，護筒兩側使用單層雙榀貝雷梁，貝雷架上鋪設I25 @366mm工字鋼作為平臺次梁,平臺面層采用8mm鋼板。

（2）橫向推進施工方法。利用已完成沉設E/D/C軸的鋼管灌注樁,在鋼管灌注樁+3.95m位置處對稱焊接2塊50cm長的I40a牛腿，E/D/C軸牛腿焊接完成后，上方安裝I40a的主梁工字鋼，如圖3所示，將主梁工字鋼與牛腿焊接起來。

圖3 鋼護筒焊接牛腿

圖4 焊接主梁

主梁焊接過程中，在碼頭陸側區域距離E軸樁基9m位置處平整地面，考慮到涌浪的沖刷影響，基礎外側護坡采用C10混凝土澆筑，使基礎表面塊石粘結一起，基礎上鋪設1cm厚鋼板，安裝3塊單層三榀貝雷梁作為陸域基礎。同時使用I25a工字鋼將基礎貝雷架與主梁連接，防止陸域堆場回填造成陸域貝雷架向海側方向產生移位。焊接完成之后搭設貝雷梁履帶吊鋼平臺，使用130t履帶吊將組裝好的貝雷架安裝在工字鋼之上。如圖5所示，貝雷架組裝至C軸后，鋪設I25a工字鋼次梁，間距為366mm，上部鋪設面層板、鋼板網，護欄等設施。

圖5 貝雷架安裝

圖6 次梁安裝

圖7 輔助樁施工

圖8 RCD鉆機A軸臺座安裝

圖9 縱向A軸限位架安裝

圖10 縱向B軸限位架安裝

75t履帶吊由陸側沿沉樁平臺行至D/C 軸間，安裝C/B 軸鉆機打樁架。C/B軸間跨距9m，貝雷架及沉樁架懸挑不能滿足RCD鉆機受力要求，在距離C軸4.5m位置沉設2根輔助鋼管樁。

在沉設完成輔助樁+3.95m焊結2塊I40a牛腿，其上安裝I40a主梁，主梁安裝完成后，將貝雷架安裝至輔助樁位置，安裝RCD打樁架。

RCD打樁架焊接固定完成后，履帶吊沉設B軸鋼護筒，安裝RCD鉆機成孔。

混凝土澆筑完成6 小時后拆除RCD鉆機臺座，切割護筒，安裝樁帽進行灌漿。樁帽安裝時需在樁帽底部安裝止水管，防止灌漿料外泄。

樁帽灌漿完成6小時后在鋼護筒上焊接焊接I40a工字鋼，利用已澆筑完成的樁基作為支撐平臺，安裝中部貝雷架軸線外3m，安裝RCD鉆機打樁架，沉設2根鋼護筒。

（3）縱向施工平臺（垂直履帶吊行走方向）。將RCD鉆孔平臺使用螺栓連接起來，放置到B軸位置，調節限位架打設鋼護筒，成孔灌注（施工同橫向）。

完成貝雷架沉樁平臺外側樁基后，A軸樁帽已達到100%強度，將RCD鉆機平臺吊放于A軸樁帽上方，完成A軸樁基的成孔灌漿。完成此區域樁基施工后，根據A軸周邊的設計斷面進行拋石，施工過程中可根據貝雷架上吊機使用狀況，完成拋石工作后進入下一排架沉樁平臺的搭設。貝雷架沉樁平臺下方主梁相鄰縱向樁基固定連接，通過貝雷桁架將陸域、EDC軸橫向樁基有效的連接，貝雷桁架下方樁基連成整體，可有效抵抗由于履帶吊在平臺上方移動產生的水平方向的動荷載。

3.施工平臺和貝雷架設計計算

設計荷載。結構自重：

75t履帶吊，自重75t；工作需要最大起重量14t（振動錘14t）；混凝土罐車12m3，整備質量14.5t，最大裝載28.8t；正循環鉆機，重15t。

鋼平臺結構受力：

計算說明：荷載為75t履帶吊時荷載計算，起重為14t鋼護筒。履帶吊極限起重荷載時，對平臺的荷載為正前荷載。起重作業時履帶吊位置處于貝雷梁上方。履帶吊移動作業時，僅為自重荷載，視為均布荷載。

恒載：

8mm鋼板：q1=1.099kN/m2，I25型工字鋼：GI25a=381N/m，貝雷片，單片重：G貝雷=2870N/3m=956N/m，欄桿與人群機具荷載，取G2=2kN/m2。

活載：

75t履帶吊，作用面積6m×0.76m×2；最大偏向受力系數取2；q=184kN/m2，

極限荷載：

I25a工字鋼結構受力計算

工字鋼I25a間距366mm，單根I25a工字鋼受自重q1、GI25a和人機料長期荷載G2。

受到吊機荷載：

--工字鋼抗彎強度設計值

--工字鋼抗剪強度設計值

貝雷梁受力，貝雷梁主要受到上部工字鋼I25a的傳遞的荷載，受力均勻，簡化為均部荷載。

貝雷梁最大凈距9m，按簡支梁計算：

--貝雷梁容許彎矩

--貝雷梁容許彎矩

∴由上可知，貝雷梁與工字鋼受力均滿足要求。

混凝土罐車12m3時極限荷載:

荷載說明：罐車重14.5t，最大載重28.8t，汽車輪胎分部圖如圖11所示。

圖11 混凝土罐車示意圖

混凝土罐車的作用

I25a工字干結構受力計算：

受力示意圖見圖12至圖15。

圖12 工字鋼受罐車作用力圖

圖13 工字鋼受罐車作用力示意圖

圖14 工字鋼受罐車作用力剪力圖

圖15 工字鋼受罐車作用力彎矩圖

工字鋼I25a間距366mm，單根I25a工字鋼受自重q1、GI20a和人機料長期荷載G2。（不考慮輪胎受力面積與力擴散傳遞）

∴由上可知，貝雷梁與工字鋼受力均滿足要求。

4.工藝實施效果

將貝雷架沉樁平臺應用于樁基及拋石施工中，相較于大型船舶海上沉樁作業，減少了能耗，調運方便，材料損失率小。極大限度的降低了吊機跨距不足的問題及施工工作面浪費的產生時間成本，使該工程的施工工期壓力得到了很大的改善，順利完成項目的實施。

5.結束語

綜上所述，通過厄瓜多爾項目多用途碼頭項目貝雷架沉樁平臺的成功實施，該工藝可適用于海中灘涂區，跨河、海的棧橋施工，可將該施工方法運用到高樁灌注樁及高樁鋼管樁碼頭施工，尤其是海況差、受長周期波影響、施工水域小，水上起重作業船舶無法停靠施工作業的工程，具有良好的社會效益和經濟效益。