水陸兩棲打樁船在淺水區域首次成功應用

冀超

（中交海洋建設開發有限公司，天津 300457）

1 概述

本工程位于留莊錨泊區，留莊錨泊區在京杭運河主航道與留莊進港航道交匯處，全河段已全部渠化，受到蓄水控制、洪水調度、調水工程等方面因素的影響，本區水深較淺，水深1.2～2.2m。同時受到船閘等影響，大型打樁船舶不能進入施工現場，為了解決水上打樁和大型船舶無法進入本施工區域的問題，本工程首次使用水陸兩棲打樁船進行淺水區域打樁施工，這也是水陸兩棲打樁船首次在淺水區域進行打樁作業。

本工程主要為水上鋼管樁沉設，鋼管樁單樁長30m，共94 根，壁厚20mm，總計2820 米，樁間采用Φ600 鋼管作為水平支撐焊接成整體。

2 水陸兩棲打樁船施工工藝

2.1 工藝流程圖

錨泊區限位樁采用Φ1000 鋼管樁群，小里程方向第一組為2 根鋼管樁，其余每組樁基礎由4 根鋼管樁組成。鋼管樁成樁樁頂高程39.8m，樁底標高9.80m，樁間采用Φ600 鋼管作為水平支撐焊接成整體。工藝流程圖見下圖（圖1工藝流程圖）：

圖1 工藝流程圖

2.2 施工做法

2．2．1 沉樁施工測量

施工前由測量主管對所采用的首級加密控制點及時進行復核，擬采用GPS-RTK 測量技術和常規測量結合的方法建立施工平面控制網，采用全站儀進行平面控制、采用經緯儀和水準儀進行高程和傾斜度控制：

（1）平面位置控制：在船上采用GPS 定位，岸上采用全站儀復核。

（2）高程控制：采用水準儀控制。

（3）傾斜度控制：打樁船樁架仰俯角度和液壓支腿配合控制樁身斜度。

（4）放樣角：電腦計算，手算校核。

為保證沉樁的正位，在進行沉樁前，根據測量控制點對水陸兩用打樁機進行GPS 復核，復核無誤后方可進行沉樁。進行第一根樁沉樁時，GPS 定好位后，利用陸地的常規測量再次進行樁位復核，復核無誤后再進行沉樁。

2．2．2 鋼管樁運輸

鋼管樁在鋼管樁加工廠內制作、自檢合格，監理工程師準予出廠后，由鋼管樁廠家負責運輸。

2．2．3 打樁機組裝就位

操縱操作臺控制按鈕，利用液壓支腿將浮箱平臺調平，設備自行行走下水。土山村碼頭距離河道底面距離過高，需在岸邊開挖斜坡，便于設備下水。設備下水時，樁機浮箱平臺下降至支腿油缸行程還剩50 公分左右，4只主浮箱支腿撐地，4 只副浮箱支腿收起，縱向行走油缸動作，副浮箱向外移向河道，副浮箱支腿下放撐地，主浮箱支腿收起，縱向行走油缸動作，主浮箱向外移向河道，主浮箱支腿下放撐地；如此反復直至設備完全下到河道。

2．2．4 移船吊樁及就位

水陸兩用打樁機船緊貼送樁船，打樁機船往前傾斜，確保垂直起吊管樁。水陸兩用打樁機吊起樁身并穩定后，水陸兩用打樁機退后，再次矯正位置，確保樁位準確；勻速提主鉤，降副鉤使管樁直立，調節樁架及上下背板，使樁進入龍口，解副鉤吊索。

2．2．5 打樁順序

打樁順序一般從中間向兩側或者從一側向另一側進行施工，防止出現擠土現象，本工程中打樁順序為每打三根樁后退一個樁位。

2．2．6 樁定位

打樁船將管樁固定后移至設計樁位，設計樁位提前采用竹竿固定好；管樁就位后通過測量儀器調整傾斜度，通過水陸兩用打樁船的左右倉浮力進行垂直度調整，確保垂直度滿足設計要求。

2．2．7 下樁

準備就緒后，起重指揮松主鉤，使得樁依靠自重慢慢下沉，當管樁不再依靠自重下沉后，再次檢查樁身垂直地是否符合要求，滿足要求后準備打樁。

2．2．8 套替打、壓錘

打樁班長指揮放下錘頭和替打，接近樁頂時，暫停、觀察樁頂與替打是否對正，確保樁錘、替打、管樁對正后再繼續放下替打。

2．2．9 錘擊

在柴油錘工作過程中，記錄每延米的錘擊數，并計算貫入度。

2．2．10 停錘起錘

根據設計文件要求，本工程的管樁終錘主要以標高控制為首，標高不符合要求時查看貫入度是否達到停錘標準。

2．2．11 操作要求

（1）熟悉圖紙并進行方案討論，根據現場實際情況和樁機性能，合理布置施工順序，并將每一根樁根據其橫縱位置命名，按討論后的施工方案進行施打。

（2）水陸兩用打樁機應滿足施工作業對穩定性的要求。

（3）測量現場實際情況，在施工前根據水陸兩用打樁船的尺寸，在圖紙上檢驗水陸兩用打樁機是否能正常進行施工。

（4）開始沉樁時，緩慢放錘，開始錘擊時候控制柴油錘供油量，施打之初檢查樁架、替打和樁身是否在同一直線上，確保正常后再正常錘擊。

（5）沉樁檢查貫入度的過程中不得改變液壓錘的油門大小。

2.3 數據記錄及分析

2．3．1 工效分析

結合現場實際施工情況，現場沉樁設備采用DLS水陸兩用自行式多功能打樁機，平均施工工效為4 根/天。

2．3．2 參數記錄

（1）DLS 水上打樁機水上移動速度。DLS 水上打樁機于土山村煤碼頭處組裝，經水上自航行駛至留莊錨泊區大里程47 排樁位置預備打樁，行駛里程約1.60km，行駛時間約為3 小時，平均水上行駛速度為0.53km/h。

（2）捆樁。由4 人配合DLS 水上打樁機起吊捆樁，捆樁用時約25～40 分鐘。

（3）立樁。自捆樁完成至吊樁完成用時約15～25 分鐘。

圖2 鋼管樁起吊作業

圖3 起吊完成

（4）錘擊沉樁。本工程施工區域地質主要為粘土層和粉土層，沉樁難度較小。鋼管樁入土深度為19 米，開錘至沉樁結束用時約25～30 分鐘，單樁沉樁平均錘擊數為602 擊，最終沉樁的樁頂標高均滿足設計圖紙的要求。

（5）樁機移機。在同一樁組沉樁區域，打樁機通過調節液壓支腿調整樁機位置，用時約為10 分鐘。樁機從已完成樁組移動至下組待沉樁區域（距離為60 米），在無風浪影響下，DLS 水陸兩用打樁機可通過自航系統移動，用時約10～15 分鐘；若有較小風浪影響，需通過液壓支腿移動，用時約60 分鐘；風力再大時，停止作業。

3 新型設備的選擇和計算

3.1 水陸兩用打樁機選型

本工程鋼管樁單樁長30m，選擇整樁沉設工藝，選擇水陸兩用打樁機參數及技術參數如下：

圖4 DLS 打樁機平面圖

圖5 樁機行走平臺

表1 液壓打樁錘參數

表2 打樁機主要技術參數

3.2 吊耳制作及承載力核算

吊耳同鋼管樁在加工廠加工，材質為Q345B，吊點與鋼管樁焊接處吊點打坡口，焊條用J506 或J507，焊縫要求飽滿美觀，吊孔直徑為70mm，加強板與主吊耳孔保持同心，驗收合格后方可焊接在鋼管樁上。

根據《碼頭設計規范》（JTS 167-2018）附錄E，核算此吊耳是否符合要求。孔壁承載力計算可得：

3.3 吊裝鋼絲繩及卡環選型

3．3．1 吊裝鋼絲繩選型

根據《簡明施工計算手冊》，計算如下：

鋼絲繩的容許拉力S=α×Pg÷K=0.82×1185.0÷6=161.95kN；

起吊時兩點受力F =0.5αmg÷sin60=0.5×1.3×14789.4×9.8÷sin60=108.78kN。

108.78 ＜S=161.95kN，滿足要求。

3．3．2 樁直立時單點受力

樁直立過程樁自重乘以動力系數α，按照《碼頭結構設計規范》（JTS 167-2018）F 樁=αmg=1.1×14789.4×9.8=159.43 kN ,159.43＜S=161.95kN，滿足要求。

3．3．3 卡環選型

現場采用銷子式卡環，每鋼管樁使用2 個卡環，鋼管樁自身荷載（30 米長Φ1000 鋼管樁）：14.79×9.8=144.94KN，單點受力為卡環承受的最大力，單個卡環最大起重荷載為144.94kN。根據《計算手冊》要求，橫銷螺紋直徑為M64，安全荷載為160.0kN，自重6.6kg。144.94kN ＜160.0kN，M64 卡環滿足要求。

4 選擇新型設備優勢

（1）既可在水上施工，也可在陸地施工，樁機依靠液壓支腿定位行走，相對于海上大型打樁船設備依靠拋錨定位更加穩定且快速，可施工最大水深15 米，無需其他設備的協助，自己“走入”、“走出”水面，且具備自航能力。獨自作業動作和錨定，無需絞車和纜繩，保證了作業品質和提高施工效率。

（2）本設備可拆卸，便于運輸，可應用于大型集裝箱碼頭基礎樁施工，解決了大型海上打樁船針對于內河、運河、長江及長江支流進場困難的問題，同時也解決在其它設備無法作業的非常淺和非常狹窄的水域作業。

（3）是一種以液壓為動力，能自行調節樁機平臺的水平度和樁身的垂直度。樁架可前后傾斜和左右傾斜，前后可傾斜0-14°，左右可傾斜0-6°，且誤差及標高誤差完全控制在國家標準范圍內的重型打樁設備。

（4）采用GPS 等定位系統，樁位控制精準。

（5）可配備各種型號的液壓錘和液壓錘，能滿足H 型板樁、方樁、鋼管樁等多種樁型施工。

（6）本設備綠色環保、無污染。