可重復(fù)利用樁靴在排水板施工中的應(yīng)用

◎ 鄧集波 中交四航局第三工程有限公司

1.前言

在排水板施工過(guò)程中，因?yàn)椴灏骞こ塘看螅て诰o張，對(duì)樁靴強(qiáng)度及質(zhì)量要求極高，樁靴在插板機(jī)施工過(guò)程中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，當(dāng)在進(jìn)行插板施工時(shí)，一次性樁靴在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)有較多不利因素：一次性樁靴在插板機(jī)施工過(guò)程中對(duì)地質(zhì)要求較苛刻，本項(xiàng)目水上PVD施打厚度最厚處為26m，水上插板機(jī)樁錘激振力為20t，但水下地質(zhì)情況復(fù)雜，施工中遇到砂層或硬夾層后一次性樁靴很容易被破壞，導(dǎo)致插管堵管且留不住帶，極大地影響水上插板施工質(zhì)量及功效；樁靴需要按照插管芯軸尺寸定制，芯軸不能隨意更換，如一次性樁靴尺寸與芯軸尺寸偏差較大，那么樁靴很難在施打過(guò)程中保護(hù)插管不堵管，將極大地影響施工功效；插板機(jī)施工平臺(tái)空間有限，一次性樁靴需要從海上轉(zhuǎn)運(yùn)至插板機(jī)平臺(tái)上，但平臺(tái)無(wú)法存放足夠多的一次性樁靴，需要來(lái)回轉(zhuǎn)運(yùn)，海上運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)輸成本大，將極大地影響施工進(jìn)度與成本控制；一次性樁靴為方形結(jié)構(gòu)，厚0.35mm的柔性鐵片，在本項(xiàng)目地質(zhì)情況復(fù)雜的情況下，非常難以協(xié)助插管擊穿中間硬質(zhì)夾層，且極容易被破壞使得插管堵管斷帶，極大增加施工成本及降低了施工功效；本項(xiàng)目排水板合計(jì)約3萬(wàn)根，如使用一次性樁靴需要3萬(wàn)個(gè)且需要進(jìn)口，相比可重復(fù)利用樁靴而言數(shù)量極多，增大了施工成本。所以本文用另一種思路改進(jìn)它，來(lái)保證施工的安全、質(zhì)量、功效和成本。

2.工程概況

科托努5號(hào)碼頭工程位于非洲西部，貝寧國(guó)境東南部，幾內(nèi)亞灣北岸。防波堤總長(zhǎng)350m，東護(hù)岸總長(zhǎng)891m，2個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)通用泊位，碼頭岸線550m，碼頭后方陸域約21.0萬(wàn)m2，陸域回填251萬(wàn)m3砂（含堆載用砂）以及舊堤拆除和北護(hù)岸，合同總造價(jià)約12,202.5萬(wàn)歐元，總工期38個(gè)月（含8個(gè)月準(zhǔn)備期）。

科托努5號(hào)碼頭工程排水板總工程量約3萬(wàn)根，排水板需插入海床以下的深度8.6m-26m，排水板施打深度較大，最大排水板需插入海床以下的深度26m，最小排水板需插入海床以下的深度8.6m。

3.基本原理

該可重復(fù)利用樁靴在使用時(shí)會(huì)通過(guò)樁靴上的U型卡拉住排水板，在排水板施打至設(shè)計(jì)深度后上提插管時(shí)，通過(guò)與孔壁之間的摩擦力使樁靴與插管分離，樁靴與排水板端頭暫時(shí)留在原地；隨著插管上提，周邊的泥土涌至原來(lái)插管所在處蓋住樁靴與排水板端頭；插管上提超過(guò)鐵鏈長(zhǎng)度后，樁靴被一同提起上拉，排水板在經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確定的70cm厚泥土掩蓋所產(chǎn)生的摩擦力與土壓力作用下留在指定深度。樁靴隨插管一同提至平臺(tái)上清洗后即可開(kāi)始下一個(gè)點(diǎn)位施工。

整體改進(jìn)想法來(lái)源于項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在水上插板機(jī)初期試機(jī)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一次性樁靴易損壞、插管容易堵管、插板機(jī)打不到設(shè)計(jì)深度和留不住帶等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)樁靴接觸泥面的一面和包裹芯軸的一面進(jìn)行改良，將樁靴與插管通過(guò)鐵鏈連接實(shí)現(xiàn)了樁靴的優(yōu)化。經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化設(shè)計(jì)，從“鐵鏈+角鋼+鋼板+底部鋸齒狀鋼板+U型卡”到“鐵鏈+角鋼+鋼板+底部尖底鋼板+U型卡”，逐步減少樁靴鋼材用量，測(cè)試其可操作性、穿透能力、施工工效及阻擋泥沙堵管效果；調(diào)整鐵鏈長(zhǎng)度，得到了最佳的鏈條長(zhǎng)度為70cm，最后確定“鐵鏈+角鋼+鋼板+U型卡”的形式［1］，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，滿(mǎn)足本項(xiàng)目使用要求。

圖1 可重復(fù)利用樁靴正視示意圖

圖2 可重復(fù)利用樁靴側(cè)視示意圖

圖3 樁靴三維示意圖

圖4 現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

4.材料與設(shè)備

采用鋼板、角鋼、鏈條、U型卡等組成整套可重復(fù)利用樁靴。

5.施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1 施工工藝特點(diǎn)及施工準(zhǔn)備工作

第一，施工工藝特點(diǎn)。本工藝改進(jìn)后，施工速度快、便捷，脫帶容易，基本不會(huì)造成回帶現(xiàn)象，樁靴能夠重復(fù)利用，不需重復(fù)更換，簡(jiǎn)單高效。施工過(guò)程中，工程部驗(yàn)證各工序的效率和預(yù)設(shè)參數(shù)的準(zhǔn)確性[2]，確保施工精度和質(zhì)量。同時(shí)分析環(huán)境對(duì)施工的影響，包括長(zhǎng)周期波、海流和風(fēng)等因素。確定工效，并記錄插板機(jī)在不同土層交接面和PVD末端位置的壓力變化。工程部收集參數(shù)和數(shù)據(jù)，并進(jìn)行整理和分析。質(zhì)檢部按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，并將施工參數(shù)的收集分析總結(jié)逐步推廣至涌浪較大環(huán)境中施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，與船機(jī)部聯(lián)合改進(jìn)可能出現(xiàn)的操作問(wèn)題[3]。完成施工后，進(jìn)行總結(jié)并再次進(jìn)行技術(shù)交底，確保下一步工作的順利實(shí)施。第二，施工準(zhǔn)備工作。技術(shù)人員、船員和操作手需熟悉PVD技術(shù)規(guī)格書(shū)、施工圖紙等技術(shù)文件，勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng)并了解施工環(huán)境和水文天氣條件，如地質(zhì)、浪高、波周期、流速、風(fēng)力等。技術(shù)主管和測(cè)量班按設(shè)計(jì)要求布置塑料排水板，整理各點(diǎn)位坐標(biāo)，準(zhǔn)備施工安全技術(shù)交底，記錄施工情況。C型塑料排水板需經(jīng)第三方檢測(cè)合格后方可進(jìn)場(chǎng)，確認(rèn)廠家證書(shū)及質(zhì)檢報(bào)告符合要求，訂貨并運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。施工區(qū)附近搭建臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)存放排水板等材料，整齊防雨曬。插板機(jī)平臺(tái)為坐床式門(mén)架，重約75.5噸，安裝橫移、縱移系統(tǒng)、振動(dòng)錘、卷?yè)P(yáng)機(jī)、樁架等。重心在底座以上11.5m，駁船吊裝協(xié)助移動(dòng)。排水板鋼管、振動(dòng)錘卡槽安裝在樁架上，卷?yè)P(yáng)機(jī)吊裝振動(dòng)錘，樁架側(cè)上下插板；樁架、卷?yè)P(yáng)機(jī)等裝在縱移小車(chē)上，油缸移動(dòng)縱向1.7m，橫移大車(chē)齒輪條驅(qū)動(dòng)橫向移動(dòng)。插板機(jī)樁架高43m，最厚處施打26m，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。支腿液壓升降調(diào)整水平和垂直度。

5.2 操作要點(diǎn)

可重復(fù)利用樁靴使用角鋼作為樁靴的底部，再在角鋼上焊接一塊足夠封堵插管芯軸的鋼板，在鋼板上焊接一個(gè)U型卡，用以固定排水板，再把鋼板的一端與插管用鐵鏈焊接，鏈條長(zhǎng)度為70cm，當(dāng)排水板施打至設(shè)計(jì)標(biāo)高，插管上提時(shí)，樁靴的一端（U型卡封口端）會(huì)被插管周邊的土體掛住，而另一端（U型卡開(kāi)口端）將被連接在插管上的鐵鏈上提，上提到一定高度時(shí)，樁靴將松開(kāi)排水板，此時(shí)排水板將被插管端頭的周邊土體壓住，隨即排水板端頭將保持在該設(shè)計(jì)標(biāo)高。需要注意的是，塑料排水板在進(jìn)場(chǎng)前需要經(jīng)過(guò)第三方檢測(cè)單位的合格檢測(cè)。確認(rèn)其廠家產(chǎn)品合格證和質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告已獲得批準(zhǔn)，并符合技術(shù)規(guī)格書(shū)和ITP要求。然后進(jìn)行批量訂貨，并組織運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)GPS對(duì)駁船進(jìn)行定位并固定錨纜，平臺(tái)緩慢下放至觸底，利用平臺(tái)上的GPS和液壓支腿調(diào)整樁架垂直度。施打平臺(tái)標(biāo)記入水深度刻度。操作人員在作業(yè)平臺(tái)上操作橫移大車(chē)和縱移小車(chē)，將插板機(jī)準(zhǔn)確移動(dòng)至設(shè)計(jì)樁位，復(fù)核垂直度和平面精度，并記錄。在作業(yè)平臺(tái)上，將塑料排水板插入套管，用鐵絲固定，再折回20cm插回套管，確保排水板完好無(wú)損。樁靴尺寸與排水管接近，長(zhǎng)度不小于排水管最大長(zhǎng)度。操作人員控制振動(dòng)錘進(jìn)行插板，防止淤泥堵塞通道，確保排水板通暢。在插板過(guò)程中，輔助工人整理和檢查排水板，清理插板機(jī)帶出的淤泥。打入地基的排水板需整板，若需要接長(zhǎng)，滿(mǎn)足搭接要求。接長(zhǎng)板要分散使用，相鄰板無(wú)接頭，搭接長(zhǎng)度≥30cm，記錄在表中。拔起樁管，觀察回帶現(xiàn)象并記錄，若回帶長(zhǎng)度超過(guò)500mm，補(bǔ)打一根。同時(shí)啟動(dòng)震動(dòng)和提錘，禁止單純使用卷?yè)P(yáng)機(jī)硬拔。根據(jù)定位移動(dòng)插板機(jī)至下一樁位，進(jìn)行下一根排水板施工，安排專(zhuān)人記錄。當(dāng)船位所有樁位完成后，將作業(yè)平臺(tái)吊起，移船至下一船位。

表1 一次性樁靴制作成本

表2 可重復(fù)利用樁靴制作成本

5.3 技術(shù)組織措施

進(jìn)行水上塑料排水板典型施工時(shí)，首先分發(fā)和學(xué)習(xí)專(zhuān)項(xiàng)施工方案與典型施工方案。然后進(jìn)行二、三級(jí)施工安全技術(shù)交底，確保施工安全。在施工過(guò)程中進(jìn)行詳細(xì)記錄，并進(jìn)行典型施工總結(jié)。最后進(jìn)行二次交底，以確保施工順利進(jìn)行。

6.優(yōu)勢(shì)分析和推廣價(jià)值

1）改良后的樁靴通過(guò)鐵鏈與插管連接，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，得到了最佳的鏈條長(zhǎng)度在70cm（太短容易回帶，太長(zhǎng)容易斷，不經(jīng)濟(jì)），在插管上提時(shí)，鐵鏈能及時(shí)提拉樁靴并帶動(dòng)樁靴拉鉤解開(kāi)排水板，方便快捷，可重復(fù)使用，節(jié)約成本。

2）使用鋼板替換鐵片，提高了樁靴強(qiáng)度，使其能夠承受較大壓力，有效避免樁靴破損，并且增強(qiáng)了對(duì)硬質(zhì)層的穿透能力。

3）使用“鐵鏈+角鋼+鋼板+U型卡”樁靴，能夠使得插管在施打過(guò)程中少進(jìn)泥沙，減少堵管現(xiàn)象發(fā)生。

4）可重復(fù)利用樁靴相比一次性樁靴在水上PVD施打施工中，提升了使用性，利于向市場(chǎng)推廣，可進(jìn)一步用于本項(xiàng)目陸上插板以及其他項(xiàng)目類(lèi)似場(chǎng)景。

施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐表明：可重復(fù)利用樁靴在施工過(guò)程中，施工速度快，施工方便，減少資源浪費(fèi)，節(jié)省了施工成本，也保障了施工質(zhì)量；經(jīng)過(guò)改造，更加實(shí)用，利于向市場(chǎng)推廣。

本項(xiàng)目所用的樁靴改造材料基本為廢料，不需要單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)。經(jīng)過(guò)詢(xún)價(jià)與比較，可重復(fù)利用樁靴的制作成本（含損耗）相對(duì)本項(xiàng)目的一次性樁靴費(fèi)用減少97%，極大地節(jié)省了材料費(fèi)和較多的加工成本及陸上和水上運(yùn)輸成本，施工質(zhì)量效果好，水上插板的施工效率提升明顯。

7.結(jié)論

采用可重復(fù)利用樁靴替代原來(lái)的一次性樁靴，通過(guò)鐵鏈與插管連接在插管到達(dá)設(shè)計(jì)深度上提時(shí)，鐵鏈能及時(shí)提拉樁靴并帶動(dòng)樁靴拉鉤解開(kāi)排水板，方便快捷，可重復(fù)使用，節(jié)約項(xiàng)目成本，使用鋼板替換鐵片，提高了樁靴強(qiáng)度，使其能夠承受較大壓力，有效避免樁靴破損，并且增強(qiáng)了對(duì)硬質(zhì)層的穿透能力，使用“鐵鏈+角鋼+鋼板+U型卡”樁靴，能夠使得插管在施打過(guò)程中少進(jìn)泥沙，減少堵管現(xiàn)象發(fā)生，可重復(fù)利用樁靴相比一次性樁靴在水上PVD施打施工中，提升了使用性，利于向市場(chǎng)推廣，可進(jìn)一步用于本項(xiàng)目陸上插板以及其他項(xiàng)目類(lèi)似場(chǎng)景。