全潮位割樁技術在東非某碼頭工程中的應用

伍偉軍，馮光華

（中交四航局第一工程有限公司，廣東廣州 510310）

引言

鋼管樁具有單樁承載力高、樁長和樁徑靈活多變、接樁容易的特點，因此廣泛地應用于水運工程中[1-3]。在碼頭工程中，常采用貫入度作為沉樁控制標準，因地質變化較大，鋼管樁的制樁樁長往往較大，以防出現沉樁后的樁頂標高低于設計標高而要水上接樁，因此常需要割樁至設計樁頂標高以滿足上部結構的施工，鋼管樁的承載力特性很多同行已經進行了詳盡的研究[4-8]，而如何提高鋼管樁割樁的效率，卻少見報端。

傳統的鋼管樁割樁，采用人工直接環向切斷，受潮位影響較大，每根樁的割樁均需要吊機配合，機械設備的使用效率較低，特別是當進行趕工時候，往往難以騰出吊機進行專門的割樁作業。通過設計一種能滿足全潮差的輕便式浮排，進行人工環向割樁至數厘米，然后采用吊機進行一次性收割，每天能收割40～50 根樁，大大提高割樁效率，節省了機械臺班。

1 工程概況

項目位于非洲東海岸，共建設三個泊位，單個泊位碼頭長度為400 m，碼頭總長度為1 200 m，碼頭為高樁梁板式結構。項目采用鋼管樁作為樁基礎，共1 440 根。垂直于碼頭前沿線方向共6 排鋼管樁，基樁中心距為6.1 m；平行于碼頭平行線方向共240 軸，共分為48“塊”，每“塊”鋼管樁為5 軸，樁中心距5.25 m；“塊”與“塊”之間樁中心距為4 m。均為直樁。樁身材質為Q345D，樁徑1.2 m，壁厚有12、18、24 mm 三種規格。鋼管樁參數見表1 所示。

表1 鋼管樁參數統計表Tab.1 Statistical table of steel pipe pile parameters

沉樁施工采用貫入度作為沉樁控制標準，設計樁尖標高為輔，根據貫入度要求，基樁樁尖均進入強風化珊瑚礁灰巖。碼頭施工區域共有鉆孔22 個，強風化巖面的最淺標高為-25.15 m，最深標高為-51.84 m，珊瑚礁灰巖強風化巖面標高詳見表2 所示。風化巖面的標高變化較大，因此相同的樁長，按照貫入度控制沉樁，其樁頂標高相差較大，需要根據設計樁頂標高進行割樁。

表2 強風化巖面頂標高統計表Tab.2 Statistical table of top elevation of strongly weathered rock face

2 鋼管樁全潮位割樁技術

2.1 浮排設計

不同壁厚鋼管樁根據貫入度要求進行沉樁施工，設計樁頂標高為+5.0 m，超高部分割樁。剛開始時，采用傳統割樁工藝，吊機配合割樁作業組，每天割樁約10-15 根，水上吊機資源有限，無法每天采用吊機供割樁。

設計一只浮排進行割樁，根據樁頂和水面不同高差，可以自行升降，能適合不同潮水作業。自適應割樁浮排分為兩邊浮排進行組合，一邊主要用于存放氧氣乙炔，另一邊主要用于放置起升架及作業平臺，兩個浮排將樁抱緊鎖死連成一個整體，極大的降低了風浪對割樁作業的影響，提高了割樁生產的安全性，同時由于能滿足不同的樁頂標高和潮面的高差，能大為提高割樁效率，浮排的設計詳見圖1～3 所示。

圖1 氧氣乙炔存放的單邊浮排Fig.1 Unilateral floating row for oxygen acetylene storage

圖2 起升架及作業平臺半邊浮排Fig.2 Lifting frame and floating row on half side of working platform

圖3 兩邊浮排合并效果圖Fig.3 Combined effect of floating rows on both sides

2.2 浮排割樁

樁頂標高放樣時采用全站儀在岸側統一測量，同時由另一名配合的測量人員使用浮排進行批量放樣。項目部自制了附帶開關式磁力座的棱鏡基座，內側為內凹圓弧設計與鋼管樁外壁完全吻合可以牢牢吸附在鋼管樁上，上部用于棱鏡固定，不僅顯著提高效率同時也保證了測量放樣的精度，見圖4 所示。浮排系纜前需根據現場樁頭分布布置，以一次系纜盡可能多的覆蓋割樁范圍為原則。單側浮排通過收放兩側百米纜繩定位，見圖5 所示，割樁順序沿縱向單排樁進行，減少了定位移船時間，更加高效的進行割樁。

圖4 自制磁力式棱鏡基座Fig.4 Self-made magnetic prism base

圖5 浮排定位示意圖Fig.5 Schematic diagram of floating arrangement

一個浮排割樁施工作業組設置4～5 個工人。如圖6 所示，通過設立上升支架，并配合手拉葫蘆，將作業平臺提升至合適作業的高度，站立的平臺面可為1.3 m 左右，起升高度以作業人員方便割樁為準。在割樁線以上開孔，使用吊鏈將作業平臺掛在鋼管樁上。由于初次割樁后連接處薄弱，縮短二次割樁及初次割樁之間間隔并在樁頭切割對稱兩側各留有10 cm 保證樁整體穩固，切割后樁頭受力及安全性驗算結果如圖7 及表3～4 所示。

圖6 人工提升浮排Fig.6 Artificially raised floating row

圖7 樁頭受力示意圖Fig.7 Schematic diagram of pile head force

表3 樁頭連接處壓應力驗算表Tab.3 Compressive stress checking table at pile head joint

表4 樁頭連接處剪應力驗算表Tab.4 Shear stress checking table at pile head joint

海上全潮位割樁工藝流程圖如圖8 所示。

圖8 海上全潮位割樁工藝流程圖Fig.8 Process flow chart of full-tide pile cutting at sea

2.3 吊機整片收割

首次割樁完成后使用2 000 t 駁船及焊接及駁上的180 t 履帶吊進行整片收割。根據現場實際作業環境及駁船靠泊位置確定吊機作業幅度，并根據吊機起重性能表確定不同規格鋼管樁在不同位置所能起吊的樁頭最大長度，并應考慮浮吊起吊能力折減系數0.7，避免盲目吊樁作業。海上吊機駁船平面布置圖如圖9 所示。

圖9 海上割樁駁船及吊機平面布置圖Fig.9 Layout of offshore pile cutting barge and crane

整片收割時采用履帶吊將專用吊籃吊運并用吊鏈固定在原開孔處，樁頭開孔共3 處兩側較小開孔用于浮排固定，較大開孔用于吊裝切割下的樁頭。平臺穩定后將履帶吊吊鏈從樁內穿入并從樁頭較大開孔處取出，用吊鉤鉤緊。待剩余部分切割完成后將樁頭吊至駁船上使用木楔固定好，方可進行下一根樁的收割。二次收割詳見圖10 所示。

圖10 二次收割現場Fig.10 Second harvest

2.4 海上鋼管樁全潮位割樁技術優勢分析

海上鋼管樁全潮位割樁技術成果在項目1 440根樁基施工中廣泛推廣應用，顯著提高了割樁的效率，技術改進優勢分析如下：

1）兩個割樁浮排將樁抱緊鎖死，水平方向和豎直方向均限制了相對移位，將浮排連成一個整體，極大的降低了風浪對割樁作業的影響，保證了割樁作業的時間和安全性；

2）傳統的割樁工藝受潮水影響較大。本項目通過設立上升支架，并配合手拉葫蘆，可將作業平臺提升至合適作業的高度，在樁上開孔后將平臺掛在鋼管樁上，可有效的消除潮水的影響，真正做到了全潮水割樁；

3）單側浮排通過收放兩側百米纜繩定位，割樁順序沿縱向單排樁進行，減少了定位移船時間，更加高效的進行割樁；

4）顯著降低海上吊機的占用時間，經現場實踐證明，經過一次割樁，可降低吊機一半的使用時間，極大的節約了船機設備機械臺班，為其他工序提供更多的使用時間，減短了項目施工工期；

5）項目海上吊機資源有效，從一開始直接采用海上吊機進行割樁，到采用全潮位割樁工法，采用相同焊工班組，兩把割槍進行割樁，工效從10～15根/天，提升為40～50 根/天，效率為原來的300 %左右，大大提高了吊機的使用效率，截止到目前，全潮位割樁工法已為項目部節約海上吊機三個月時間，為其他水上作業騰出了的時間。

3 結語

通過設計能適合全潮差的浮排，人工將鋼管樁割樁至數厘米的連接，然后采用吊機將鋼管樁一次性收割，將鋼管樁割樁效率從一天10～15 根提升至一天40～50 根，且節省吊機的機械臺班，為施工縮短工期、提高經濟效益提供幫助，為其它相關工程提供參考。