地中海沿岸HZ斜拉钢板桩施工工艺

周加佳 中交三航局厦门分公司

1.工程概况

贝贾亚港位于阿尔及利亚北部沿海贝贾亚湾的西岸，濒临地中海的西南侧。贝贾亚港25#泊位为改扩建工程，呈L型，顺岸长170m，转角长30m，码头顺岸段及转角段结构型式均采用HZ1180MA/AZ20-700组合钢板桩作为码头挡土前沿，顺岸段采用AZ40-700钢板桩作为锚碇钢板桩，用低合金高强度拉杆与后方锚碇钢板桩、抛石棱体作为锚碇系统，码头转角段采用HZ1180MA斜拉板桩结构型式，倾斜角20°。表1为本项目钢板桩使用数量统计表。

表1 钢板桩数量统计表

2.地质资料

施工涉及的从上到下地质资料为R填土：源自邻近项目弃土场，该层顶部主要由粗颗粒构成，由含砂黏土粘结。S-1粘质海砂：灰褐色，薄层，平均厚度在1.90m，N60=5.4击，松散。S-2-1粘质细砂：灰褐色，质地均匀，饱和，松散状态，平均厚度为3.20m，松散。S-3低塑性黏土：黑灰色，巨厚层，局部为含砂，平均厚度35.4m。

3.施工机具和导向架

3.1 施工机具

3.1.1 起重设备的选择

起重设备的选择主要从吊臂长度和起重重量两方面进行考虑，吊臂长度考虑HZ斜拉钢板桩长度30m+导向架高度5m+振动锤高度3m+吊具2m+吊机富裕钢丝绳4m，吊臂长度应大于44m，吊重考虑HZ斜拉钢板桩重12t+振动锤重和振动重量12.5t+配套液压油管重2t+其它2.5t，吊重应大于29t。结合北非当地市场起重设备租赁和项目场地的实际情况，因此选择6节臂可吊高48m的150T履带吊。

3.1.2 液压振动锤的选择

液压振动锤因为其使用灵活、施工效率高、经济环保已普遍运用于钢板桩施工，激振力和最低振幅要求是振动锤的两个最关键因素，结合本项目所在地地质情况，振动锤的选择主要考虑以下两个方面：

（1）振幅，振动系统振幅A1应大于钢板桩到设计深度的最小振幅A2，振动系统振幅A1=2×（偏心力矩/振动重量），振动重量=桩的重量+夹桩器重量+振动锤振动部分重量，钢板桩到设计深度的最小振幅A2可根据经验公式进行估算。

（2）激振力，振动锤的激振力F应大于钢板桩与土的动摩擦阻力，激振力F=偏心力矩×（2π×vpm/60）2，动摩擦阻力考虑各土层极限静侧摩擦阻力之和，同时应考虑总压桩力为激振力和钢板桩及振动锤重量之和，桩阻力在振动时因为土壤液化的效果会比静止时大幅减弱。综上考虑，本项目选用美国ICE84C振动锤。

3.2 导向架的制作

HZ斜拉钢板桩的沉桩质量，关键点在于导向架的强制导向和辅助施工，施工HZ斜拉钢板桩时的倾斜角度和轴线位置要依靠导向架控制斜桩进行强制导向以满足设计要求，因此导向架必须具有足够的强度和刚度。考虑到斜桩定位施打时重力因桩体倾斜角度作用于导向架夹板上的反作用力和施工过程中桩体振动通过导向架夹板传导于导向架的振动力，原施工前帷幕HZ主桩的导向架需进行改装，改装分为三个方面：

（1）原双层导向架高度3.5m加高至5m，长度12m不变。拉大斜桩上、下层限位控制的距离以保证斜桩倾斜度；

（2）采用四根12 m长的锚桩进行定位固定导向架，单根锚桩由HM600×300a双拼焊接组成；

（3）导向架夹板改为上层两边固定、下层两边固定共4片。改装后的导向架形成整体，提高导向架稳定性。

4.施工工艺

4.1 施工工艺流程

HZ斜拉钢板桩的施工必须在前帷幕HZ主桩完成后进行，根据本工程地质情况及振动锤的选择，斜桩施工时作为独立桩使用振动锤可施工至设计标高。斜桩施工至导向架顶端后拆除导向架，因斜桩与主桩存在20°夹角，前帷幕HZ主桩需预先振沉约0.5m便于斜桩施工就位，斜桩施工完成后提拔HZ主桩至设计标高。斜桩具体工艺流程为：测量定位锚固桩→斜桩导向架制作及安装→测量安放HZ斜桩→HZ斜桩的限位调节固定→振插HZ斜桩至导向架顶部→导向架移至下一根斜桩位置→振插HZ斜桩至设计标高。

4.1.1 导向架的安装

安装导向架前先进行清表，清理表面杂物，开挖主桩及斜拉桩位置至水面标高。根据导向架尺寸与斜桩位置，测量定位锚固桩沉桩点位，使用振动锤施打12m长锚固桩，导向架整体进行吊装，固定在锚固桩上。

4.1.2 HZ斜桩的安放和固定

导向架安装完成后，斜桩倾斜角20°，导向架竖向限位高度5m，斜桩在导向架内水平投影长度为1.82m，导向架内受限位制约的斜桩长为5.32m。测量定位上、下层横梁位置上的斜桩底边限位导向系统，限位导向系统位置准确后，安放HZ斜桩，固定斜桩另一边定位夹板，完成后复查斜桩位置的准确性和稳固性。

4.1.2 振插HZ斜桩

使用振动锤振插HZ斜桩使其逐步入土，在HZ斜桩上每隔5.32m做明显标记，在振插过程中每入土5.32m复查倾斜角度及斜桩位置，检测导向架是否移动，符合要求继续振插斜桩，直至导向架顶部无法施工时停止，移走导向架至另一斜桩位置。继续振插斜桩至设计标高，在此过程中因已移走导向架，斜桩入土约24.7m，需严格控制起重机吊臂轻微受力抵消振动锤和悬空段斜桩的重力，防止斜桩倾斜角度出现大的偏差。

4.1.3 提拔斜桩前HZ主桩至设计标高

HZ主桩顶标高+0.85，斜桩中心点顶标高+0.55，高差30cm，在打入过程中斜桩和振动锤必受到HZ主桩影响，因此HZ主桩需主动下沉约50cm，让开斜桩入土轨迹，使斜桩能顺利入土至设计标高。斜桩完成后，使用振动锤提拔HZ主桩约50cm，使主桩标高满足设计要求。

4.2 施工控制要点

4.2.1 斜拉钢板桩的加工

斜拉钢板桩HZ1180MA选用免防腐材质S460AP，加工包含桩体的调节和加固，桩体的调节包含钢板桩出现挠曲或者扭曲时进行冷弯矫正，出现局部变形需采用千斤顶顶压和热焰烘烤进行矫正；加固是对30m长斜桩的桩头部分和桩靴部分进行局部加强处理，一般采用焊接钢板进行加强。

4.2.2 导向架的稳定

导向架施工必须水平放置，锚桩施打完成后必须与导向架主体进行可靠连接，保证斜桩施工过程中导向架不会发生移动或者晃动。

4.2.3 斜桩的倾斜度控制

（1）限位导向和固定夹板的准确与牢固，限位导向系统位于斜拉桩底部一侧，上下横梁各一组起承重限位导向作用，固定夹板位于斜桩顶部外侧，上下横梁各一组起固定限位作用。

（2）施工过程中的措施控制，重点在于拆除导向架后，吊机吊臂与起重锤的配合及吊臂相对斜桩位置，应随着斜桩入土深度加深逐步调整，避免因吊力过小斜桩受锤重和桩重双重作用倾斜角变大、吊力过大斜桩倾斜角变小的现象。

5.HZ斜拉钢板桩沉桩效果

通过导向架的改造、斜桩施工措施的精确控制，本项目6根HZ斜拉钢板桩全部达到了设计标高和倾斜角度要求，前帷幕HZ主桩也顺利提拔至设计标高，斜桩的沉桩施工效果良好。

6.结束语

基于上述分析，可得以下结论：

（1）阿尔及利亚贝贾亚港25号泊位HZ斜拉钢板桩施工工艺在原有HZ+AZ组合钢板桩施工工艺的基础上进行了调整和改进，顺利完成了斜桩施工，达到预期目标，斜桩施工工艺是可行的。

（2）建议斜桩施工时根据地质情况进行振动锤的灵活选择和导向架的合理制作，确保斜桩倾斜角度在满足设计要求的范围内入土就位。