李觀文 李瑞杰 中交四航局第三工程有限公司

因海上施工受風(fēng)、浪、流的影響較大，傳統(tǒng)的海上鋼管樁樁頭割除方法可作業(yè)時(shí)間不長(zhǎng)，同時(shí)施工也存在較大的安全隱患。為解決以上難題并結(jié)合樁基的布置形式，論文設(shè)計(jì)研發(fā)了一款鋼平臺(tái)，本文介紹其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并詳細(xì)闡述其使用方法。在經(jīng)過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用，發(fā)揮出了其在抓緊每天短暫的有利天氣窗口作業(yè)時(shí)增加了作業(yè)時(shí)間提高了施工效率，同時(shí)也大大提高了作業(yè)的安全性，進(jìn)一步印證了其設(shè)計(jì)的合理性。

1.工程概況

越南薄寮三期、朔莊一期海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目風(fēng)機(jī)其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為斜高樁承臺(tái)形式，承臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)量共計(jì)57個(gè)。上部承臺(tái)為直徑13.5m，厚度4m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式。其承臺(tái)下部由6根直徑1.4m鋼管樁支撐，6根鋼管樁在樁頂約9.8m的圓周均勻分布，鋼管樁斜率均為6∶1，共計(jì)342根鋼管樁。樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高距離水面高、現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)浪大等特點(diǎn)為如何安全、高效地開(kāi)展沉樁后的切樁施工提出考驗(yàn)。樁基結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 樁基結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

2.割樁鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

海上鋼管樁樁頭割除需要制作操作平臺(tái)作為施工的工作面，常用的操作平臺(tái)主要有以下3種形式：1）以施工船舶作為操作平臺(tái)，需要等待高潮位，受潮水、風(fēng)浪影響較大。由于本項(xiàng)目的樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高離水面高，該形式并不適用本項(xiàng)目；2）以底模橫梁作為操作平臺(tái)，受承臺(tái)施工進(jìn)度影響，需要等待時(shí)間較長(zhǎng)，而本項(xiàng)目的施工底模采用反吊橫梁的形式，需提前切樁，不符合施工要求；3）以吊籃作為操作平臺(tái)，作業(yè)時(shí)吊機(jī)駁將吊籃懸吊在空中，當(dāng)船上吊機(jī)或起重船受大風(fēng)、涌浪的影響時(shí)，操作平臺(tái)晃動(dòng)過(guò)大，在向樁頭就位時(shí)會(huì)對(duì)樁頭產(chǎn)生碰撞，安全性差安放在平臺(tái)時(shí)效率也低。

以上形式的操作平臺(tái)都存在作業(yè)安全性差及工作效率低的問(wèn)題，不宜在工期緊的項(xiàng)目應(yīng)用。針對(duì)該工程工期要求緊和海況惡劣的條件，鋼管樁樁頭割除方案需要滿足以下4點(diǎn)要求：1）在沉樁完成后能及時(shí)進(jìn)行割樁作業(yè)工序；2）割樁的可作業(yè)時(shí)間需盡可能長(zhǎng)；3）樁基為群樁基礎(chǔ)，切樁作業(yè)可多樁同步開(kāi)展；4）減少割樁平臺(tái)占用船上的空間。

經(jīng)過(guò)多個(gè)設(shè)計(jì)方案比選，最合理的解決方法是能夠?qū)⒉僮髌脚_(tái)快速搭建在待割除的鋼管樁上。以群樁為設(shè)計(jì)對(duì)象，設(shè)計(jì)一種大型整體式鋼管樁樁頭割除鋼平臺(tái)。一方面依托鋼管樁作為吊點(diǎn)支撐平臺(tái)，使得鋼平臺(tái)可以有穩(wěn)定的支撐，不受潮汐影響，受風(fēng)流的影響較小可長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)；另一方面，鋼平臺(tái)可以兼顧后續(xù)的附屬設(shè)施安裝、模板限位卡安裝。

2.2 結(jié)構(gòu)形式

鋼割樁平臺(tái)由鋼絲繩、鋼平臺(tái)、手拉葫蘆、鋼掛鉤等組成。

鋼平臺(tái)主要采用[28槽鋼、[10槽鋼、50×50×4mm角鋼、3mm厚花紋鋼板以及2cm膠合板等加工成。鋼平臺(tái)由6個(gè)小平臺(tái)組成，其中4個(gè)小平臺(tái)為標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，2個(gè)小平臺(tái)為異形平臺(tái)（基于該處的鋼管樁需嵌套靠船構(gòu)件和J形電纜管，需加工成開(kāi)口式平臺(tái)），6個(gè)小平臺(tái)加工完成后，依據(jù)樁的布置間距焊接連接為一體的大型平臺(tái)。鋼平臺(tái)平面圖、截面圖及實(shí)圖分別如圖2、圖3、如圖4所示。

圖2 鋼平臺(tái)平面圖（單位：mm）

圖3 結(jié)構(gòu)截面圖（單位：mm）

圖4 鋼平臺(tái)實(shí)圖

2.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求本項(xiàng)目的鋼管樁以標(biāo)高控制為主。地質(zhì)條件經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，不存在沉樁中斷、樁頂超高狀況。本平臺(tái)針對(duì)本項(xiàng)目沉樁情況，設(shè)計(jì)2套吊繩系統(tǒng)，供切樁前后轉(zhuǎn)換使用。第一套吊繩系統(tǒng)為臨時(shí)承重系統(tǒng)，主要供平臺(tái)安裝時(shí)臨時(shí)懸掛于樁頂。采用28#槽鋼的掛鉤焊接于標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)側(cè)面，共4處。第一套吊繩系統(tǒng)為剛性承重系統(tǒng)，主要供平臺(tái)安裝時(shí)懸掛于樁頂。采用28#槽鋼焊接于標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)側(cè)面，共4處。第二套吊繩系統(tǒng)為柔性承重系統(tǒng)，主要在切樁時(shí)優(yōu)先割除一小缺口至切割線，把柔性承重系統(tǒng)安裝至該缺口。該系統(tǒng)主要采用4個(gè)3t手拉葫蘆承擔(dān)，通過(guò)調(diào)節(jié)鏈條長(zhǎng)度，在切樁時(shí)承受平臺(tái)重量。切樁完畢后，調(diào)節(jié)葫蘆鏈條長(zhǎng)度，使得剛性掛鉤承重為主，柔性葫蘆承重為輔，確保平臺(tái)的安全性、穩(wěn)定性。

每一承臺(tái)基礎(chǔ)有6根鋼管樁呈放射狀，均勻布置。其中2根需嵌套靠船構(gòu)件和J形電纜管，需加工成開(kāi)口式平臺(tái)，以便切樁完成后安裝。

3.施工工藝流程及操作要點(diǎn)

施工工藝流程為：鋼平臺(tái)加工制作→鋼平臺(tái)安裝→鋼平臺(tái)承重系統(tǒng)轉(zhuǎn)換→樁頭割除吊離→附屬設(shè)施安裝、模板限位安裝→鋼平臺(tái)轉(zhuǎn)移。

3.1 鋼平臺(tái)加工制作

因本鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)及制作工藝并不復(fù)雜，鋼平臺(tái)可委托外部廠家制作，也可以自行制作，制作完成后，對(duì)鋼平臺(tái)每個(gè)結(jié)構(gòu)部位的制作質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查。檢查所使用的材料是否滿足要求、各鋼連接位置的焊接質(zhì)量及焊接長(zhǎng)度、連接平臺(tái)的鋼絲繩大小及吊點(diǎn)等，經(jīng)驗(yàn)收合格后才能投入使用。

3.2 鋼平臺(tái)安裝

吊裝鋼平臺(tái)由持證起重工進(jìn)行指揮，并由專(zhuān)職安全員進(jìn)行安全監(jiān)護(hù)。起重船吊鉤與鋼管樁切割鋼平臺(tái)的起吊點(diǎn)處的鋼絲繩連接，將鋼平臺(tái)吊起。吊機(jī)起吊后，吊機(jī)由上至下緩慢下放鋼平臺(tái)，預(yù)留孔先粗放對(duì)準(zhǔn)樁頂部，再讓工人通過(guò)牽引繩調(diào)整鋼平臺(tái)預(yù)留孔位置對(duì)準(zhǔn)鋼管樁頂部精準(zhǔn)定位下放。需注意的是，2個(gè)異形平臺(tái)分別對(duì)準(zhǔn)需安裝靠船構(gòu)件的樁和J形電纜管的樁。

繼續(xù)下放鋼平臺(tái)，使得鋼平臺(tái)的剛性吊繩系統(tǒng)頂部的4個(gè)掛鉤與管樁的需割除段的頂部掛接；安全下放鋼平臺(tái)與鋼管樁頂掛接后，第一吊繩系統(tǒng)鋼絲繩可以松開(kāi)呈自由姿態(tài)，風(fēng)浪不再會(huì)對(duì)鋼平臺(tái)產(chǎn)生影響。

3.3 鋼平臺(tái)承重系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

在管樁的保留段與需割除段的交接處畫(huà)切割線，在4根無(wú)須安裝附屬設(shè)施的管樁切割線處沿周向切割出4個(gè)小缺口。將4個(gè)手拉葫蘆分別穿過(guò)小缺口掛接在保留段的頂部上，調(diào)節(jié)鏈條的長(zhǎng)度，使第二吊繩系統(tǒng)的手拉葫蘆處于緊繃狀態(tài)，將切割鋼平臺(tái)的重量切換至由第二吊繩系統(tǒng)來(lái)支撐。為保證需割除段移除時(shí)不受影響，因此不能使鋼平臺(tái)的重量一直由第一吊繩系統(tǒng)的剛性掛鉤來(lái)支撐。

3.4 樁頭割除吊離

樁頭割除前，在其中一根管樁上用GPS測(cè)放出設(shè)計(jì)的樁頂標(biāo)高。以該標(biāo)高作為基準(zhǔn)標(biāo)高，其余5根管樁的切樁標(biāo)高均由水平軟管引出。每根管樁的環(huán)形切割線確保水平偏差在1cm內(nèi)。需注意的是，每根管樁至少標(biāo)記4處標(biāo)高。在需要割除樁頭的部分在其側(cè)壁頂上進(jìn)行開(kāi)孔作為吊孔，用卡環(huán)穿過(guò)吊孔擰緊，為后面吊移樁頭做好準(zhǔn)備工作。

工人在鋼平臺(tái)上對(duì)管樁進(jìn)行環(huán)形切割，割除時(shí)，要確保樁基割樁位置準(zhǔn)確，高程偏差不大于20mm。在保留段與需割除段之間保留有連接部不予割除，大約10mm，保留段與需割除段通過(guò)連接部暫時(shí)連接，避免需割除段在切樁完畢后傾倒。在吊機(jī)的起吊力下，割除段的連接處斷開(kāi)，吊機(jī)將割除段吊離至材料運(yùn)輸船上。

3.5 附屬設(shè)施安裝、模板限位安裝

樁頭割除后，需及時(shí)安裝附屬設(shè)施及模板限位卡。該鋼平臺(tái)需兼顧附屬設(shè)施的操作平臺(tái)，人工在平臺(tái)上完成吊裝附屬設(shè)施、調(diào)整方向、加固、靠船構(gòu)件灌漿等操作，并在樁頂焊接承臺(tái)模板限位卡。

3.6 鋼平臺(tái)轉(zhuǎn)移

完成上述施工工藝后，將平板駁船吊機(jī)上的吊鉤與鋼平臺(tái)的吊點(diǎn)處鋼絲繩連接，將鋼平臺(tái)緩慢吊起，放至駁船上空位，繼續(xù)下一個(gè)承臺(tái)的鋼管樁樁頭割除。

4.應(yīng)用效果

（1）使用該大型一體式群樁鋼平臺(tái)切樁效率比傳統(tǒng)的吊籠切樁和單樁切樁平臺(tái)切樁效率高。每一切樁施工耗時(shí)約1.5h，一體式群樁鋼平臺(tái)可通過(guò)增加人工和投入設(shè)備縮短時(shí)間，且起吊次數(shù)遠(yuǎn)比吊籠切樁和單樁切樁平臺(tái)切樁少。

（2）該平臺(tái)比單樁切樁平臺(tái)切樁精度高，每一承臺(tái)只需使用GPS測(cè)放一次切樁標(biāo)高。單樁切樁平臺(tái)需多次使用GPS，增加了GPS造成的儀器誤差。

（3）該吊裝平臺(tái)吊裝次數(shù)少，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）該平臺(tái)兼顧附屬設(shè)施安裝的操作平臺(tái)，減少承臺(tái)基礎(chǔ)施工流程的耗時(shí)，提高流水施工效率。

5.改進(jìn)

平臺(tái)中軸處留有大孔隙，對(duì)于平臺(tái)上的施工人員來(lái)說(shuō)，具有掉落水面的安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此，宜使用槽鋼加設(shè)梁、木板鋪面，擴(kuò)大平臺(tái)的操作空間，避免人員掉落。

6.結(jié)語(yǔ)

本工程設(shè)計(jì)的大型一體式群樁鋼管樁切樁平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全穩(wěn)定、施工效率快、精度高的特點(diǎn)。該鋼平臺(tái)既可以用來(lái)割除鋼管樁，又可以作為附屬設(shè)施的安裝的施工平臺(tái)，極大提高了施工作業(yè)效率，值得在類(lèi)似項(xiàng)目中推廣使用。