李勝，周維，徐立強

（1.中國港灣工程有限責任公司，北京 100027；2.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

1 工程概況

1.1 項目概況

卡貝略新集裝箱碼頭項目位于委內瑞拉卡貝略市卡貝略港西北部。主要建設內容包括：長度為850 m的連續(xù)錨錠式鋼管板樁碼頭及230 m同結構后期預留接口，總面積約57萬m2的集裝箱堆場，966 m長防波堤，港池及航道等。建成后可同時靠泊1艘13萬噸級和1艘10萬噸級集裝箱貨輪，年吞吐能力達100萬標箱。

碼頭前墻樁為φ2.3 m鋼管樁和AZ26型鋼板樁組合結構。鋼管樁共296根，設計樁頂標高+1.1 m，底標高-38 m，長39.1 m，壁厚24 mm。鋼管樁樁間距3.62 m，之間用AZ26型鋼板樁通過鎖口連接，共計296組，板樁設計底標高-23 m，樁長24.1 m。

1.2 工程特點

1） 水文特點

擬建碼頭直接面對加勒比海，除遠處一小島外，無任何掩護，施工海域海況惡劣，長周期涌浪海況特征明顯，不利水上打樁作業(yè)。

2） 地形特點

在總長1 080 m的碼頭岸線中，約有60%位于陸上（東側），40%位于水深約1～6 m的海中（西側），且平均水深僅3 m。

3） 地質特點

根據項目勘察報告[1]，工程區(qū)土層主要為砂和少量黏土，自上而下交替分布。-17～-22 m有珊瑚和珊瑚礁灰?guī)r；-23～-28 m、-32～-35 m分布有不連續(xù)透鏡體狀的砂質膠結層。珊瑚礁灰?guī)r無側限抗壓強度為3.2～30.8 MPa，膠結試樣無側限抗壓強度為20.8～32.88 MPa。典型地質鉆孔圖見圖1。

圖1 典型地質鉆孔圖Fig.1 Typical geotechnical boring

4） 沉樁精度

鋼管板樁組合結構，對鋼管樁的定位精度要求較高。根據技術規(guī)格書要求，鋼管樁的平面偏位需控制在±10 cm以內，垂直度不大于1/100，樁頂標高誤差不超過±5 cm。

5） 沉樁深度

項目地處委內瑞拉地震5區(qū)，設計地震峰值加速度0.3g（介于8~9級地震之間）。為保證港池開挖至-17.2 m后，地震過程中樁基的穩(wěn)定性，樁基設計底標高達到-38 m，入土深度遠遠超過同類項目。

2 施工方法的選擇

2.1 施工方案確定

根據本項目的水文及地形特點，選擇陸上施工工藝進行沉樁施工，以避開惡劣海況影響，水上部分考慮修筑圍堰后填砂形成陸域施工條件[2-3]。

因工程地處重鹽強腐蝕海域，樁基防腐涂層的完整性要求高。經對多種防腐涂層磨損保護方案比選，最終選定最具操作性的物理防磨方案：樁基施工前，先打設鋼護筒（φ2.6 m）至防腐涂層底標高（-19.2 m）以下，然后利用旋挖鉆對護筒內土體進行旋挖，最后施打樁基。這樣不但保證了樁基防腐涂層的完整性，同時也降低了沉樁難度。

2.2 設備選擇

根據樁基施工工藝及入土深度要求并結合地勘資料，利用美國GRLWEAP打樁分析軟件對沉樁可行性進行分析后得出，在護筒內旋挖至-24～-28 m，即挖除第一層珊瑚、珊瑚礁灰?guī)r或膠結層后，選用美國ICE公司生產的雙聯ICEV360型液壓振動錘可施打到-38 m設計樁底標高。

該設備單臺最大激振力3 203 kN，偏心力矩150 kg·m，最大上拔力2 224 kN，系統振幅2.1 mm，重量16 363 kg。并聯后，考慮共振系數，最大激振力可達7 380 kN。

旋挖施工配備1臺ZR360C型旋挖鉆。該鉆機回轉扭矩360 kN·m，最大鉆孔直徑2.8 m，深度60 m，鉆進加壓力30 t，配備專用鉆頭，可用于珊瑚礁及膠結層等巖層鉆孔施工。

起重設備根據吊高、吊重，配置1臺260 t履帶吊作為主吊（吊樁、打樁），1臺130 t履帶吊作為輔吊（配合立樁）。

2.3 施工精度控制措施

1）護筒施工精度控制

為保證后續(xù)鋼管樁施工精度的要求，鋼護筒的平面偏位控制在±5 cm以內，垂直度偏差控制在1/400以下。

護筒平面位置控制采用平面定位架，垂直度控制利用1臺經緯儀和1臺全站儀，采用十字交匯法進行控制。

護筒平面定位架利用8個螺旋千斤頂把護筒定位架固定在2根已施打的鋼護筒上。利用已施打的護筒，定位待施打護筒。護筒平面位置采用定位架上的定位滾輪進行限定。

2）鋼管樁施工精度控制

鋼管樁定位采用騎跨式定位導向架。將定位導向架通過液壓鉗固定在已施工的鋼管樁上，利用已施工的鋼管樁為基礎定位施工下一根鋼管樁。

定位導向架結構見圖2。

2.4 土體承載力恢復措施

因護筒內土體旋挖深度達到-24～-28 m，為保證樁基施工后承載力滿足要求，采用如下措施恢復土體承載力。

1） 樁外部分

本項目地質層以密實砂為主，且含有豐富的地下水。施工時可充分考慮雙聯ICE-V360液壓振動錘強大的激振力，使土體在樁基振沉和護筒拔除過程中振動密實。

圖2 鋼管樁定位架Fig.2 Positioning frame of steel pile

2） 樁內部分

樁基施工到位后，在樁內填入含泥量小于10%的細砂，利用ZCQ132kW振沖器對樁內填砂進行振沖密實，密實后砂土標貫要求大于20擊。

3 施工工藝流程

樁基施工流程為：施工準備→施打護筒→護筒內旋挖→安裝導向架→初打至導向架頂部→移除導向架→復打至設計標高→樁內回填砂→拔除護筒→回填砂振沖密實→繼續(xù)施工下根樁基。

4 主要施工方法

4.1 護筒施打

鋼護筒直徑2.6 m，壁厚2 cm，長25 m。施打前利用130 t履帶吊安裝護筒平面定位導向架，利用千斤頂將護筒定位架固定在已施打的2根鋼護筒上[4]。再利用260 t履帶吊吊雙聯ICE V360振動錘施打至預定標高。施打過程中測量人員實時觀測鋼護筒的偏位及垂直度，現場施工負責人根據測量數據指揮吊車動態(tài)調節(jié)護筒垂直度。

4.2 護筒內旋挖

護筒施打到位后，利用ZR360C型旋挖鉆機進行筒內旋挖。鉆頭直徑為2.2 m，旋挖至-26 m（挖除第1層膠結層及珊瑚礁層）。

旋挖過程中，實時觀察旋挖出來的渣樣，并做好記錄，發(fā)現與地質資料不符時，要及時調整。

4.3 鋼管樁初打

旋挖到預定深度并安裝好液壓定位導向架后，即開始鋼管樁施工（圖3）。

圖3 鋼管樁定位施打Fig.3 Position and piling of steel pile

為方便后續(xù)鋼板樁施打，鋼管樁施工前在鎖口位置涂抹黃油，在鎖口底部塞入螺栓以防止沉樁過程中堅硬異物卡入鎖口導致鎖口堵塞。

鋼管樁采用兩點起吊，以260 t履帶吊為主吊，130 t履帶吊為輔吊。立樁后，在定位導向架約束下，緩慢吊鋼管樁入導向架龍口，下放至護筒內，通過測量初步調整鋼管樁的偏位，定位且穩(wěn)樁后，松鉤，利用吊籃將工人吊至樁頂解除立樁用的鋼絲繩，高空作業(yè)必須佩帶安全帶。

插樁后，260 t履帶吊起吊并聯ICE V360型液壓振動錘至樁頂，用望遠鏡觀察振動錘的4個液壓鉗是否平穩(wěn)緊密的貼緊鋼管樁，無誤后，加壓夾緊液壓鉗。通過測量人員觀測，動態(tài)調整鋼管樁的平面位置及垂直度，此過程，平面位置控制在5 cm以內，垂直度控制小于1/300。

鋼管樁施打時，先點振，以調整鋼管樁垂直度。待鋼管樁入土5～6 m后，測量人員再次觀測平面偏位及垂直度情況，指揮人員根據觀測結果對鋼管樁再進行細微調整。待穩(wěn)定后施打鋼管樁至導向架頂部。

鋼管樁振動沉樁的整個過程，樁周5 m范圍內及吊車拔桿下嚴禁站人，防止落物傷人。

4.4 鋼管樁復打

鋼管樁初打至定位導向架頂部后，停錘，移除導向架，繼續(xù)復打至設計標高。

復打階段要注意調節(jié)鎖口位置，以便后期鋼板樁插入。

鋼管樁如不能復打到位，則根據具體情況采取以下措施：

1）如樁頂標高高于設計標高2 m以內，先用旋挖鉆機樁內旋挖，再采用鉆打結合方式復打。

2）如樁頂標高高于設計標高2 m以上，旋挖鉆機鉆孔困難時，應首先利用空氣吸泥器對樁內進行吸砂、排渣，將密實砂、小直徑礫石及振碎的膠結砂巖塊體通過空氣吸泥器抽出，破壞樁內摩擦阻力，再進行復打。

3）如吸泥后仍不能滿足沉樁要求，則搭設施工平臺，利用YCJF-25全液壓沖擊反循環(huán)鉆對樁內沖孔，破壞膠結層等沉樁障礙物之后，將樁沉設至設計標高。

4.5 鋼護筒拔除

鋼管樁施打到位后，利用260 t履帶吊懸吊雙聯ICE-V360振動錘拔除鋼護筒。

護筒拔除過程中，應緩慢上提，充分利用振動錘對樁周砂土進行振動密實。

4.6 樁內填砂及振沖

護筒拔除后，利用自卸車配合反鏟進行樁內填砂，填至設計樁頭混凝土底標高以上2 m左右，再利用130 t履帶吊配ZCQ132型振沖器進行回填砂的振沖密實。振沖過程中，砂體因逐步密實而下沉。待振沖完成并檢測合格后，利用旋挖鉆機配合人工將多余砂體移除，并進行后續(xù)的樁頭混凝土施工。

5 施工方案優(yōu)化

5.1 鋼管樁定位優(yōu)化

鋼管樁定位導向架定位效果雖好，但安裝、調整、拆除耗時較長，在陸上施打鋼管樁時，由于不存在水上施工的波浪影響，且25 m的鋼護筒施打后，本身也具有導向作用，所以，經過現場多次嘗試，在現場指揮人員、吊車操作手和測量人員配合密切的情況下，可以僅利用全站儀、經緯儀交匯，以及護筒上的簡易限位即可控制樁基施工垂直度和平面位置，且能滿足定位精度要求。

5.2 護筒頂部結構優(yōu)化

為避免護筒對鋼管樁施工的影響，沉樁前鋼護筒應低于樁頂標高，這導致護筒拔除時，液壓錘因空間不足無法夾持鋼護筒。施工初期考慮的是焊接加長段鋼護筒的方式進行護筒拔除，該方法費時費力。經過現場實踐，最終通過護筒開凹口的方式解決了護筒拔除難題。通過護筒頂部開設凹口，鋼管樁施打時，振動錘可剛好通過護筒凹口將鋼管樁振沉至設計標高，而凹口以外高出部分高于鋼管樁頂標高；護筒拔除時，振動錘可輕松夾持護筒高出部分。

上述2個優(yōu)化措施的運用，極大提高了現場施工工效。

6 施工效果

方案實施過程中，特別是方案優(yōu)化后，鋼管樁沉設施工綜合工效為1根/d，高峰期可達到1.5根/d，滿足進度計劃要求，且施工精度完全滿足技術規(guī)格書要求，保證了項目工期和質量。

為驗證樁基施工質量，按照技術規(guī)格書要求開展了靜載試樁，樁基承載力達到13 918 kN，滿足設計要求。

7 結語

本項目利用液壓振動錘配合外套護筒預鉆孔的施工工藝，成功解決了鋼管樁施打過程防腐涂層破壞、密實膠結砂層沉樁難、樁基偏位較大時沖擊錘拔起難等施工難題。

通過采用鋼管樁定位和鋼護筒頂部結構施工方案優(yōu)化措施，極大提高了施工效率。

在復雜地質條件下，卡貝略新集裝箱碼頭項目利用液壓振動錘進行大直徑鋼管樁陸上施工整套的施工工藝是科學、合理的，可為同類型樁基結構施工參考和借鑒。