廖宏志

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510220）

1 工程概況

文章以廣州南沙國(guó)際郵輪碼頭為工程實(shí)例展開論述。該工程新建10萬(wàn)GT泊位碼頭及22.5萬(wàn)GT泊位碼頭工程，碼頭主體結(jié)構(gòu)為高樁梁板墩式結(jié)構(gòu)，碼頭岸線總長(zhǎng)度為770m。其中，碼頭北側(cè)墩臺(tái)緊接游艇碼頭防波堤，由于港池開挖標(biāo)高與游艇會(huì)防波堤原地面標(biāo)高的高差為11m，需設(shè)鋼管排樁（φ1800，t=25mm）作為永久擋土結(jié)構(gòu)，其樁長(zhǎng)為33～38m。樁尖持力層主要選擇在強(qiáng)、中風(fēng)化巖，部分進(jìn)入微風(fēng)化層。文章介紹了在高樁碼頭中海上鋼管排樁結(jié)構(gòu)在擋土、保護(hù)相鄰結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用。

2 鋼管排樁的組成及特點(diǎn)

鋼管排樁結(jié)構(gòu)主要由若干鋼管樁、導(dǎo)向槽以及鎖扣組成[1]。導(dǎo)向槽的作用在于穩(wěn)固導(dǎo)向架，導(dǎo)向設(shè)置在鋼管樁的左、右兩側(cè)，形成平行對(duì)稱，首尾續(xù)接。鎖扣緊密焊接在鋼管樁，第一鎖扣及第二鎖扣分別設(shè)置在鋼管樁外壁沿長(zhǎng)度方向，第一鎖扣是焊接在鋼管樁外壁向外凸伸的窄部，第二鎖扣的結(jié)構(gòu)是中間開口的凹槽結(jié)構(gòu)，第一鎖扣橫截面成T型，第二鎖扣橫截面成C型，如圖1、圖2所示。前一根鋼管樁的第一鎖扣（T型）套入與其相鄰的后一根鋼管樁的第二鎖扣（C型）的槽腔內(nèi)，每一根樁沿著排樁方向以此類推。

圖1 T型鎖扣（單位：mm）

圖2 C型鎖扣（單位：mm）

3 鋼管排樁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 樁長(zhǎng)加工

按設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)加工鋼管樁，在沉樁施工中，根據(jù)試樁情況確定各項(xiàng)參數(shù)，盡可能減少過(guò)長(zhǎng)截樁或者水上接樁問(wèn)題的發(fā)生。如為了避免發(fā)生水上接樁類問(wèn)題，嚴(yán)格按照寧長(zhǎng)勿短的原則進(jìn)行加工[2]。

3.2 生產(chǎn)工序流程

檢查鋼材→進(jìn)行開卷、校平后可以切頭→將鋼材對(duì)焊連接起來(lái)→銑邊→螺旋成型后進(jìn)行內(nèi)焊→充分清理焊縫→測(cè)量外圓周長(zhǎng)→外焊→檢查外觀情況及尺寸情況→做好標(biāo)記→修補(bǔ)→制作、防腐→最終的檢驗(yàn)、標(biāo)識(shí)→完成所有工序后交驗(yàn)。

3.3 沉樁施工

（1）沉樁前準(zhǔn)備。①仔細(xì)檢查樁位圖，查看是否有無(wú)法施打的樁，如有發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)溝通。②復(fù)核所有的基點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)及控制點(diǎn)。③對(duì)沉樁區(qū)域作全面檢查探摸水下情況，看是否存有障礙物，避免影響沉樁施工[3]。④測(cè)量施工區(qū)域的泥面標(biāo)高，實(shí)際標(biāo)高與設(shè)計(jì)圖紙的地形作比較。⑤掌握工程地質(zhì)鉆探資料、水文資料和打樁資料。⑥充分分析沉樁振動(dòng)期間，對(duì)岸坡和相鄰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響，并提出防護(hù)措施。

（2）沉樁施工。①樁錘的選擇。打樁錘的選擇影響因素一般有地質(zhì)條件、極限承載能力等，根據(jù)該工程的地質(zhì)情況和設(shè)計(jì)要求，打樁錘選用D138柴油錘，震動(dòng)錘選用APE400液壓震動(dòng)錘。②替打。在替打的底部設(shè)有緩沖槽，上面與減震彈簧配合，減少反彈力的沖擊，并備用鋼板和鋼絲繩兩套，上下兩塊鋼板應(yīng)具有足夠剛度和厚度。施打時(shí)根據(jù)觀察替打損耗程度對(duì)其進(jìn)行更換，避免替打損壞影響樁體質(zhì)量。③沉樁。鋼管排樁結(jié)構(gòu)施工工藝流程：起重船移船至運(yùn)樁駁吊樁→鋼管樁起吊→鋼管樁立起固定→震動(dòng)錘夾樁→導(dǎo)向架固定樁施打及安裝導(dǎo)向架→鋼管樁插樁跳打→震動(dòng)錘沉樁→沖擊錘沉樁→達(dá)到貫入度停錘要求后檢查驗(yàn)收。由于排樁樁位緊鄰游艇碼頭防波堤，大型船舶作業(yè)空間受限，因此，鋼管樁排樁采用吊船插打施工，采用運(yùn)輸樁船將鋼管樁運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，并緊靠吊船，然后采用起重船進(jìn)行起吊，首根鋼管樁起吊后需放置于導(dǎo)向架，然后采用液壓振動(dòng)錘夾住導(dǎo)向架上的樁，進(jìn)行振插。根據(jù)導(dǎo)向架長(zhǎng)度確定根數(shù)，每組導(dǎo)向架一般不超過(guò)5根，采用液壓振動(dòng)錘振插鋼管樁至巖面標(biāo)高。前一根鋼管樁的T型鎖扣套入與其相鄰的后一根鋼管樁的C型鎖扣凹槽腔內(nèi)，錘擊時(shí)相鄰樁樁頂標(biāo)高控制為梯形狀；需要把導(dǎo)向架內(nèi)的5根鋼管排樁振插完成后，再采用柴油沖擊錘依次復(fù)打至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后按照樁位平面圖依次進(jìn)行后續(xù)沉樁施工。在沉樁過(guò)程中全程連續(xù)對(duì)沉樁進(jìn)行觀測(cè)，并觀察貫入度的變化，如出現(xiàn)異常，及時(shí)向監(jiān)理工程師或設(shè)計(jì)單位匯報(bào)。沉樁過(guò)程中注意因錘擊振動(dòng)和擠土對(duì)岸坡穩(wěn)定性的影響，對(duì)穩(wěn)定性較差的坡段控制打樁速率，并采取削坡減載、間隔跳打等方法施工；對(duì)游艇會(huì)防波堤的結(jié)構(gòu)定期進(jìn)行沉降位移監(jiān)測(cè)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析表明，在施工期間，鄰近構(gòu)筑物穩(wěn)定，無(wú)異常變化。鋼管排樁終錘標(biāo)準(zhǔn)為最后三陣錘（3檔）的平均貫入度為≤3mm/擊（每陣10擊）。

3.4 夾樁

沉樁完成后，為了防止樁身發(fā)生傾斜或者位移，及時(shí)對(duì)已經(jīng)完成施打的樁進(jìn)行夾樁。在夾樁操作中，務(wù)必保證樁排架和樁具有足夠的穩(wěn)定性，通過(guò)型鋼對(duì)縱橫方向的結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，旨在改善施工期受水流、風(fēng)浪、拋石擠壓的影響，保證和提高樁基的安全性和穩(wěn)定性。

正常施工狀況下，為不影響后續(xù)拋石工序，只進(jìn)行縱向橫向夾樁，采用[14槽鋼直接焊接的方式進(jìn)行夾樁施工；異常工況下，在沉樁過(guò)程中，出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害天氣時(shí)，需對(duì)已沉樁基補(bǔ)充縱向夾樁，方式雷同橫向夾樁；若因異常天氣或異常情況出現(xiàn)需暫停施工的情況，同時(shí)又存在未能完成完整排架時(shí)，采用[14槽鋼將未能連成整個(gè)排架的樁基與相鄰排架的樁基進(jìn)行斜向連接。

3.5 質(zhì)量保證措施

（1）沉樁前詳細(xì)研究工程平面圖、樁位圖、樁基結(jié)構(gòu)圖、地質(zhì)資料、基樁承載力、沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)等資料。嚴(yán)格按照《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 167—2018）的各項(xiàng)規(guī)定執(zhí)行[4]。

（2）布設(shè)樁位控制點(diǎn)前，應(yīng)對(duì)施工基線進(jìn)行復(fù)核檢查。樁位計(jì)算由指定專業(yè)人員負(fù)責(zé)，資料成果由測(cè)量工程師進(jìn)行校核。

（3）沉樁需考慮試沉樁的結(jié)果，根據(jù)試沉樁的檢測(cè)結(jié)果調(diào)整沉樁要求。

（4）如出現(xiàn)貫入度異常、樁身突然下沉、傾斜過(guò)大、移位等情況，均應(yīng)立即停止錘擊，及時(shí)查明原因，并與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師、設(shè)計(jì)商議，提出解決辦法。

（5）沉樁過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制打樁速率，防止水下岸坡失穩(wěn)，并加強(qiáng)觀測(cè)。

（6）沉樁過(guò)程中，記錄人員要及時(shí)準(zhǔn)備完成沉樁記錄。

（7）對(duì)已沉好的樁，及時(shí)進(jìn)行夾樁，以減小樁身彎矩，加強(qiáng)樁抵抗外力破壞的能力，必要時(shí)安設(shè)警戒船只值班，確保已完成樁基的安全。

4 鋼管排樁結(jié)構(gòu)受力復(fù)核

根據(jù)不同工況進(jìn)行排樁擋土受力進(jìn)行復(fù)核。

工況1：鋼管排樁施打完成后前沿舊碼頭拆除至-10.5m，復(fù)核鋼管排樁的受力和變形。安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為0.9。通過(guò)比較承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，其鋼管排樁內(nèi)力和變形復(fù)核結(jié)果表明，最大位移量為29.05mm，踢腳穩(wěn)定在承載力極限狀態(tài)下均能滿足要求，如表1、表2所示。

表1 工況1鋼管排樁內(nèi)力和變形復(fù)核結(jié)果表

表2 工況1踢腳穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果表

表3 工況2墩臺(tái)內(nèi)力復(fù)核結(jié)果表

工況2：墩臺(tái)結(jié)構(gòu)在澆筑完成后，在土壓力和系纜力作用下變形，安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為1.0。通過(guò)彎矩、應(yīng)力以及抗彎強(qiáng)度的核算，滿足要求，如表3所示。

根據(jù)核算的結(jié)果，工況1、2均滿足使用要求，鋼管排樁結(jié)構(gòu)起到海上深層擋土和結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

鋼管排樁結(jié)構(gòu)是近年來(lái)新興起的一種適合在海上環(huán)境深層擋土、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工速度較快等優(yōu)勢(shì)，更關(guān)鍵的是其改變了傳統(tǒng)排樁結(jié)構(gòu)在海上施工工效低、適用性差的現(xiàn)象。該項(xiàng)目在施工和使用期間，碼頭結(jié)構(gòu)和鄰近構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)均為穩(wěn)定，無(wú)異常變化。鋼管排樁結(jié)構(gòu)在該工程中的成功應(yīng)用，可為類似工程提供參考。