中长周期波作用下桩顶移动平台打桩技术

鞠鹏，王翔，冯甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山东　青岛　266071）

中长周期波作用下桩顶移动平台打桩技术

鞠鹏，王翔，冯甲鑫

（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛266071）

在中长周期波海域的海上作业是国际上公认的难题，目前对中长周期波工况下的施工，尚无成熟的方法和工艺。在智利圣文森特港国际码头承建的桩基施工项目即属于中长周期波海域的施工作业，为解决质量和工期的双重困难，研发了一整套海上移动平台打桩设备及配套工艺，通过现场施工检验，该设备及工艺在保证施工质量及施工效率方面具有明显的优势。

中长周期波；桩顶移动平台；打桩

0　引言

中长周期波不同于一般风浪及短周期涌浪，它的典型特点为波高较小，但波长及波速均较大，具有极强的穿透性和能量[1]，对系泊船舶的稳性具有很大的影响，可导致施工船舶的剧烈晃动，因此国内常见的打桩船作业方式对中长周期波海域并不适用。通过对毛里塔尼亚友谊港、印度尼西亚Adipala斜坡式防波堤等工程施工的结果分析发现，目前针对中长周期波工况条件下施工都没有成熟的方法和装备预控，很多工程都受到一定程度的损失才勉强完成，施工方式大大影响了施工的质量及进度。在智利圣文森特港承建的码头修复与扩建工程即属于在中长周期波海域的施工，由于受中长周期波的影响，打桩船的施工作业方式已不能满足设计文件要求的精度，同时受作业窗口的影响，工期已严重滞后，为此研发了一整套适应于中长周期波作用下的沉桩工艺及装备。

1　工程概况

智利圣文森特国际码头位于智利Bío-Bío区Talcahuano城西侧，距离Concepcion城西北侧13 km，最大吃水10.97 m，潮差1.6 m。圣文森特国际码头扩建和修复项目由我公司承建，码头长264 m，宽38 m，横向44个排架，纵向6排钢管桩，直桩198根，斜桩132根，桩径为1 m、1.2 m。典型断面由4根直桩、4根斜桩组成（见图1、图2），其中直桩位于断面的中间及两端，斜桩的倾斜度为1∶5，分为2个方向。地区波浪周期为16～26 s，码头前沿波高0.8 m，属于涌浪、中长周期波[2]。

图1　码头断面示意图Fig.1　Schematic cross-sectional view of wharf

图2　桩基平面布置图Fig.2　Plan layout of piled foundation

2　平台设计

2.1工作原理

利用中间两排直桩，作为支撑，搭设可供履带吊行走作业、可循环使用、便于拆装的工作平台（图3、图4）；平台两侧为定位梁，作为外端部直桩与斜桩定位架；中间两排直桩和外端部直桩均采用吊打工艺，斜桩采用在定位梁上固定导向架履带吊吊打工艺。

图3　打桩平台示意图Fig.3　Schematic diagram of pile driving platform

图4　打桩平台现场图Fig.4　Site photo of pile driving platform

2.2平台组成

整个打桩平台是由总梁、行车道及斜桩定位架组成，总梁的主要作用通过其上设置的定位销插入已打设好的直桩形成支撑结构支撑行车道供履带吊行走，并在两头端部设有直桩定位梁用来打设两端的直桩[3]。

同时为了打设斜桩，设计了设有双层液压抱桩器的斜桩定位架，斜桩定位架后端设置可适应不同桩位的升降端方便作业。

2.3履带吊选择

本工程所有钢管桩中，最大重量为34.1 t，整个打桩平台的最大单件重量为37.8 t，最大要求吊装半径为21 m，因此选用徐工集团的QUY250履带吊，可满足施工要求。

2.4打桩锤选择

根据地勘资料（见表1），采用GRLWEAP软件对沉桩进行可打性分析[4]，模拟结果显示：采用无锡信仁厂商D125的柴油冲击锤最终沉桩锤击数为743锤，沉桩时间为18 min，最终1 m的平均贯入度为7.3 mm，可以顺利实现沉桩，可打性分析结果见图5。

表1　典型断面持力层端承力和穿越层摩阻力参数Table 1　End bearing resistance in bearing stratum and parameters of friction resistance in penetrating stratum

图5　可打性分析结果Fig.5　Results of pile drivability analysis

3　打桩工艺及方法

施工工艺流程见图6。

图6　施工工艺流程图Fig.6　Flow chart of pile-drivring process

3.1打桩顺序

由于打桩平台的工作原理是通过履带吊不断倒运平台向前推进，因此当一次倒运平台完成后在进入正式的打桩施工阶段前应细致安排打桩的顺序，打桩顺序的确定原则主要有两个方面：

1）履带吊最小吊距限制，因履带吊有最小吊距的限制，因此造成了在打设某些位置的斜桩时，履带吊的站位唯一，因此这些位置应着重关注，防止出现漏打的情况；

2）打桩平台工作特点，为保证平台的顺利推进以及应对出现复打等情况，当平台就位后，应先借助总梁端部的直桩定位梁打设两端部的直桩，再根据履带吊站位限制安装斜桩定位架打设相应的斜桩。

3.2导向架的固定

作业时根据斜桩桩位将斜桩定位架放置在适当位置，通过专用的锁定装置与定位梁固定，以确保定位架与总梁的相对位置不发生错动，从而保证定位精度。锁定装置由精轧螺纹钢、固定螺母、横梁组成，该装置适用于恶劣工况，且拆装快速。

3.3总梁的倒运

打桩平台的倒运过程即为总梁和行车道拆卸和安装过程，由于桩基平面布置的左右非对称，因此总梁也为非对称结构，因此倒运安装总梁时需要将总梁旋转180°后方能对齐桩位，由于总梁为长34.9 m、重37.8 t的桁架式结构，受履带吊吊装半径的影响，吊装时接近满负荷吊装，因此吊装过程必须严格控制吊距，不得超距吊装，在旋转过程中，让较短一侧从履带吊前转过，此时总梁端头距离履带吊的最小距离为0.5 m。图7即为一次总梁从后方倒运到前方的全过程。

图7　吊装旋转平面示意图Fig.7　Schematic plan diagram of rotation for installation

4　施工质量分析

平台搭建完成后，利用打桩平台进行了沉桩作业，并随后进行了桩基检测，检测结果表明最终沉桩质量均满足平面桩位偏差≤10 cm，倾斜度偏差≤1%的设计要求，同时大大提高了打桩效率，由原来的月完成沉桩15根变为单日沉设直桩3根或斜桩2根，满足了工期要求。

5　创新点

1）整个打桩平台为公司自主设计、制造，平台的组件少，可以实现海上作业迅速拆装，提高了工效，且无需打设辅助桩。

2）实现了打桩平台不需要夹桩，借助4组总梁将整个平台连成整体，依靠平台自身即可满足施工作业时的稳定性要求，平台安装完成后即可进行施工作业，平台1次倒运最多可连续打设12根钢管桩。

3）平台适应性强，稍加改造即可适用于其他工程，具有较强的通用性。

6　结语

通过采用桩顶移动平台打桩系统及其配套打桩工艺，顺利实现了中长周期波下的海上施工，且施工质量完全满足设计要求，也保证了工期。该系统、工艺的成功应用为中长周期波海域下的施工研究提供了新的模式和探索，为海上施工开创了高质量、高效率的新方法。

[1]杨宪章.长周期波的特性及对系泊船舶动态特性的影响[J].港口工程，1989（6）：37-43. YANG Xian-zhang.The characteristics of long period wave and the influence of the dynamic characteristics of mooring ships[J].Port Engineering,1989(6):37-43.

[2]中交一航局第二工程有限公司.智利圣文森特施工组织设计[R].2014. No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd.Construction organization design of San Vicente project in Chile[R].2014.

[3]GB 50017—2003，钢结构设计规范[S]. GB 50017—2003,Code for design of steel structure[S].

[4]刘永锋.用波动方程法选择桩锤和打桩系统[J].中国港湾建设，2002（3）：33-36. LIU Yong-feng.Selection of pile driver hammer and pile driving system with wave equation method[J].China Harbour Engineering, 2002(3):33-36.

Offshore mobile driving system to drive piles under waves of middle and long periods

JU Peng,WANG Xiang,FENG Jia-xin
（No.2 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong 266071,China）

Offshore construction in middle and long period waves is an internationally recognized problem.At present,there is no mature method and process for the construction under this condition.The pile foundation for San Vincent International Wharf in Chile is a job executed in medium and long period waves.In order to solve the double difficulties of quality and time limit for the project,a whole set of offshore mobile platform with pile driving equipment and related technology is developed, which,through the field tests in the construction site,has obvious advantages to ensure the quality and efficiency of the construction.

middle and long period wave;offshore mobile driving system;pile driving

U656.113；TU753.3

B

2095-7874（2016）09-0042-04

10.7640/zggwjs201609010

2016-05-06

鞠鹏（1983—），男，山东威海市人，硕士，工程师，工程力学专业。E-mail：yingrengyitan@163.com