高樁碼頭鋼管嵌巖樁全平臺施工技術探究及應用

◎ 陳雋永 唐文武 中交第四航務工程局有限公司

1.工程概況

惠州某石化通用碼頭項目新建2個5萬噸級通用泊位（可同時靠泊3艘1.6萬DWT PTA專用船）。碼頭平面布置形式為突堤式，結構形式為高樁梁板結構，碼頭平臺總長512m，寬50m。碼頭平臺通過引橋與后方道路相接，引橋寬16m，長1043m。共分為8個結構段，第1及第8結構段尺寸為70m×50m，其余結構段尺寸為62m×50m。碼頭排架樁基采用鋼管嵌巖樁，外壁為鋼管樁，材質選用Q390B，直徑φ1200mm，壁厚18mm，鋼管樁內下鋼筋籠，灌滿混凝土，共528根且均為直樁，嵌巖深度為進入中風化8m，布置形式為66行8列。嵌巖樁位于離岸區域，全部采用搭設鋼平臺進行沖孔施工。

2.嵌巖樁施工工藝

2.1 全平臺方案選定

本項目新建碼頭位于兩個運營碼頭中間，與兩個碼頭的距離均為340m，兩個碼頭每月靠泊約8船次，運輸船舶?？看a頭時，施工船舶需要避讓，導致水上有效作業時間只有18天。為了滿足施工需求，嵌巖樁施工時要全作業范圍內搭設鋼平臺，即采用全平臺施工。平臺搭設施工一般采用水上施工工藝，考慮到本工程嵌巖樁施工工期僅130天，且嵌巖樁施工期間碼頭平臺施工區域內有疏浚、水上沉樁、水上鋼平臺安拆、嵌巖樁施工、現澆上部結構施工、預制構件安裝等[1]。若全部采用水上設備進行施工，則會存在較多的交叉作業，安全風險也大。結合實際情況，考慮在D-F軸之間搭設貝雷架結構平臺，把履帶吊轉移至平臺上，從水上搭設工藝轉變為陸上搭設工藝，同時也可以使用履帶吊布置于貝雷架平臺上輔助嵌巖樁施，從而減少水上設備投入，降低交叉作業帶來的安全隱患。

2.2 嵌巖樁施工工藝流程

圖1 碼頭鋼平臺平面布置示意圖

結合全鋼平臺方案選定本項目嵌巖樁施工工藝整體流程為：施工準備→鋼管樁沉樁→鋼平臺全平臺搭設→樁機就位→鉆進、撈渣取樣→成孔驗收→一次清孔→測孔深→鋼筋籠制作及安裝→下導管（導管閉水試驗）→二次清孔→孔底沉渣厚度檢測→灌注混凝土（同步泥漿處理）→成樁→下一根樁施工。施工過程中對全鋼平臺進行施工振動監測及水平位移、沉降監測，為施工提供可靠監測數據，保證施工安全及施工質量。

3.水上鋼平臺搭設工藝

3.1 普通鋼結構平臺

1）結構形式。普通鋼平臺采用牛腿、主梁、次梁及面板的結構。牛腿采用H400×300型鋼，焊接于鋼管樁上；主梁采用I36a/I40a工字鋼，布置于牛腿上方，最大跨度為7.8m，與牛腿采用焊縫連接固定；次梁采用I20a工字鋼，在主梁上方垂直主梁布置，間距300mm，最大跨度為6.8m；面板采用10mm厚鋼板，滿鋪于次梁上方。

2）搭設工藝。普通鋼平臺需采用履帶吊上駁水上搭設工藝，根據施工工期要求本工程需要設置兩個工作面，考慮到水上作業每月只有18天有效作業時間，為確保在90天內完成平臺搭設2.56萬m2，每個工作面需布置兩組1000t平板駁配100t履帶吊的施工設備；施工時，平板駁需要與平臺保持10m安全距離，搭設平臺時的起吊質量最大的結構為18m的I36a主梁，重量為1.22t，最大吊距為37.8m，如圖2所示。查閱100t履帶吊起重性能表可知，工作幅度為38m時，起重能力約7t，考慮水上作業安全系數為0.6，則實際起重能力為7t×0.6=4.2t＞1.22t，滿足施工需求。使用100t履帶吊上駁搭設平臺起重能力富余量較大，但考慮到設備后續需要輔助嵌巖樁施工，樁機最大重量約6t，吊距約30m，故選用該型號。

圖2 普通鋼平臺搭設斷面示意圖

3.2 貝雷架結構平臺

1）結構形式。貝雷架結構平臺采用牛腿、主梁、貝雷架、次梁及面板結構[2]。牛腿采用H400×400型鋼，焊接于鋼管樁上；主梁采用雙拼I45a工字鋼，布置于牛腿上方，最大跨度7.8m，與牛腿采用焊縫連接固定。貝雷架采用321貝雷片，每兩片貝雷片之間使用900mm花窗連接成貝雷架，每組貝雷架之間間距450mm，每條履帶吊施工通道安裝5組貝雷架，布置于主梁上方，貝雷架與主梁之間使用U型夾具連接固定；次梁采用I20a工字鋼，間距300mm，在貝雷架上方垂直貝雷架軸線布置；面板采用10mm厚鋼板，滿鋪于次梁上方。

2）搭設工藝。貝雷架結構平臺搭設采用水陸結合工藝，平臺搭設初期采用50t船吊進行水上搭設，待貝雷架結構完成兩跨搭設后，利用50t船吊把50t和75t履帶吊轉移至貝雷架平臺上，利用履帶吊進行平臺搭設，50t船吊作為材料運輸船，每個作業面各配置一臺50t及一臺75t履帶吊。利用履帶吊進行平臺搭設時，起吊質量最大的構件為雙拼I40a/I45a主梁，重量為2.43t，最大吊距為10m，如圖3所示。查閱50t履帶吊起重性能表可得，工作幅度為10m時，起重能力約11t＞2.43t，滿足施工需求。使用50t及75t履帶吊搭設施工平臺同樣是考慮到后續將輔助嵌巖樁施工，最大吊距約15m，查閱該設備起重性能表能滿足施工需求。

圖3 貝雷架平臺搭設示意圖

3.3 鋼平臺結構驗算

平臺承受的主要荷載有：自重；人群荷載；泥漿池（1.5＊1.5＊0.5）；6臺沖孔樁機同時施工；貝雷架處1臺75t履帶吊機及1臺50t履帶吊機行走；安放鋼筋籠時，承載履帶吊及鋼筋籠荷載（4t）；沖孔機移位時，承載履帶吊及沖孔機荷載（10t）。QUY75履帶吊履帶接地長5.15m，自重61t，輪距6.5m；QUY55履帶吊履帶接地長4.81m，自重50t，輪距3.61m，荷載示意圖如圖4所示。

圖4 QUY75履帶吊（左）、QUY50履帶吊（右）荷載示意圖

碼頭施工平臺模型計算長度取長36m，寬49m。樁基結構借助永久結構Φ1200mm鋼管樁，永久結構樁基已打設到設計深度，永久結構設計承載大于該工況，故滿足要求，無需再驗算永久結構樁基穩定性。依據工程實際情況驗算結構承載力及穩定性，平臺結構及特殊部位節點采用多程序進行分析，即采用有限元軟件ABAQUS對支座節點進行有限元分析和MIDAS對結構桿件在各種荷載組合下的承載力及穩定性分析，經驗算各工況均滿足要求[3]。

4.鋼平臺振動監測

水上搭設全鋼平臺，對施工過程中造成的影響要嚴格控制，故需進行監測。在鋼平臺樁基（結構樁）上布設測點，監測每次施工產生的振動是否符合振動安全控制標準[4]。將測試數據與現場施工對比分析，從而為優化合理施工提供科學依據。施工過程中，監測緊跟施工，監測結果指導施工。監測周期15d，頻率1次/d，監測采用現場巡視及儀器監測相結合的方法進行。

以一個監測單元為例說明：水上搭設平臺振動監測1#點（ZD1），位于樁58H上；振動監測2#點（ZD2）及沉降位移觀測2#點（WY2），位于樁55H上；振動監測3#點（ZD3），位于樁55F上；沉降位移觀測1#點（WY1），位于樁58H上；該監測單元點位布置平面圖如圖5所示。

圖5 一個監測單元點位布置平面圖

本監測單元在監測周期內的振幅最大值范圍Z D 1：徑向0.4～1.3mm/s，切向0.6～0.9mm/s，豎向0.5～1.1mm/s；ZD2：徑向0.9～2.3mm/s，切向0.6～1.0mm/s，豎向0.7～1.1mm/s；ZD3：徑向1.1～1.6mm/s，切向0.6～1.3mm/s，豎向0.7～0.9mm/s。某日同一時刻振動監測成果圖如圖6所示。

圖6 ZD1（左一）ZD2（左二）ZD3（左三）某日同一時刻振動監測成果圖

本監測單元在監測周期內其中沉降本期最大位沉降量為-0.3mm(W Y1)，最大累計沉降量為-0.6mm(W Y1)，“-”表示觀測點下沉；位移本期最大位移量為+0.7mm(WY2)，最大累計位移量為+1.3mm(WY2)，“+”表示向平臺內移動。

本監測單元監測區域內的12根嵌巖樁施工完成后，采用超聲波及抽芯對樁身質量檢測，12根嵌巖樁成樁檢測均為Ⅰ類樁，樁基質量良好。結合振動監測數據表明全平臺施工過程中產生的振動以及沉降位移對樁基質量無影響。

5.效益分析

若全部使用普通鋼結構平臺，則需采用純水上搭設工藝，配置4組100t履帶吊+1000t平板駁設備。而采用部分貝雷架結構平臺，只需配置兩組50t履帶吊+70t履帶吊，以及一艘50t船吊進行材料轉運。

由于本項目工期非常緊張，鋼平臺從搭設到全部拆除完成工期為7個月，512m的碼頭平臺需要布置兩個工作面同時施工。平臺搭拆期間有多個分項同時在碼頭區域進行施工，施工水域顯然難以同時布置4組船舶設備。而采用貝雷架結構時，可以減少大量水上設備的投入。

6.結論

高樁碼頭鋼管嵌巖樁全平臺施工技術在本項目上成功應用，尤其是普通鋼結構平臺和貝雷架結構平臺組合施工使用，最大程度上實現了本項目“水轉陸”施工以及施工過程中對鋼平臺進行振動監測以及嵌巖樁成樁檢測均為Ⅰ類樁表明：

（1）質量方面，該全平臺施工技術能有效保證施工質量。

（2）工期方面，使用貝雷架結構可以把水上搭設工藝，轉變為陸上搭設工藝，受海況及相鄰運營碼頭的影響較小，有效作業時間更有保障，從而使工期更為可控。

（3）施工成本方面，大量減少了船舶的投入，節約了大量船機設備費用，也規避了因工期延誤而導致的船機設備成本風險。

（4）安全方面，由于本項目工期緊張，高峰期作業面多，采用貝雷架結構在平臺搭拆施工時減少了水上船舶

的使用數量；同時，由于有履帶吊施工通道的存在，后續的多個工序均可以利用履帶吊在平臺上進行輔助，進一步降低了施工期間水上交叉作業的安全風險。而且，履帶吊在平臺上作業的安全系數也遠遠高于在平板駁作業的工藝。