钢板桩双锤送桩工艺在南太平洋地区的应用和前景

孙士奎 中交烟台环保疏浚有限公司

1.工程概况

1.1 工程简介

斐济铁矿砂码头项目位于斐济共和国维提岛西部首府劳托卡港口。拟建铁矿砂运输码头及集装箱装卸码头，可靠泊6万吨级运输船。设计码头总长度320m，码头前沿为钢板桩连续墙和现浇混凝土胸墙结构，后方锚锭结构为长度22.5m钢管桩，管桩浇筑混凝土作为钢拉杆锚锭。

1.2 钢板桩主要设计参数

钢板桩连续墙采用欧洲阿赛洛米塔尔集团的HZM 1080MB-4工字型主桩与AZ 18/700双拼Z型板桩连接而成，间距1.927m。

2.设备选型

2.1 地质参数

根据地质勘探资料，该区域表层为回填块石土，+2.5～-17m之间为砂性回填土和部分中粗砂，0～-3m存在淤泥夹层，标惯击数较小，-17～-33m之间的土体标惯击数N=45～50+（澳洲标准），土体样品表观为类似泥岩，胶结碎石散布，孔隙较大，较易碎。

2.2 设备选型

根据地质资料显示，土体上下层间标贯击数相差较大，且多数泥岩，单纯利用振动锤无法达到设计效果。采用冲击锤，由于表层回填块石较多，不利于钢板桩定位、平面位置、垂直度的质量控制；同时，本工程涉及到了钢管桩、钢板桩等多种类型，多种直径、多种长度的沉桩施工，最终选择了双锤施工方法。

2.2.1 振动锤的选择

根据地质勘探资料，+2.5～-17m之间为砂性回填土和部分中粗砂，标惯击数较小。根据振动锤施工原理，振动锤在松散至中等密实的无粘性土中，打桩速度最快也最有效，特别适合与拔桩及对已打入桩的回拨纠正。所以入岩前的立桩采用振动锤施工。本项目采用ICE-66C振动锤，最大激振力为2490kN，允许抗拔力为1423kN，根据后续施工实践，振动锤的选择满足现场沉桩要求。

2.2.2 柴油冲击锤的选择

柴油冲击锤进行桩体二次入岩施工，属于双作用冲击锤，这种锤由封闭的锤芯组成，锤芯由液压提升，向下击锤时，外部的能量传递到锤芯上，产生的加速度大于重力加速度，从而产生强大的冲击力作用在桩帽上。即桩头峰值强度（δp），平均应力值（δm）为打桩阻力（土阻力+摩阻力）除以桩的横截面积，计算公式见式（1）：

式（1）中，ε—锤击效率，%。柴油锤的锤击效率约在30%～40%。根据上述公式，计算出需要满足6550kN的冲击力，并根据《建筑施工手册》中柴油锤型号的参数进行对比，锤芯重需要达到7.2t以上，故初步拟定为HD80柴油冲击锤，但考虑到柴油锤能量损失，地质情况复杂，国外施工资源有限的特点，最终选定HD125型柴油锤用于施工。

3.施工工艺及方法

3.1 沉桩工艺流程

施工准备→基槽开挖→测量放线→安装导向架→插打钢板桩→拆除导向架→复打钢板桩→结束。

3.2 工前准备

3.1.1 导向架制作

导架的结构布置采用双层桁架形式，构件主要受力杆件材料使用上下两层四条宽度为400mm，长度为12m的H型钢。双层双向导向槽内布置卡槽，以控制钢管桩的导向限位。液压振动锤插一次沉桩完毕时，即将卡槽宽度增大钢管桩与导架之间的间隙量，使得导架能够顺利的从已插打完的钢管桩中拆分抽出。根据施工进度要求导向架长度每次驻位可完成6组组合桩沉桩。

3.1.2 导桩安装

导架的固定依靠布置在导架两侧的4根宽度为400mm，长度为12m的工字钢插入地下8m左右作为基础，导向架与导桩的焊接固定形成一个稳定的结构体，从而保证导架在沉桩过程中起到钢管桩的限位作用。

3.1.3 停锤标准

沉桩停锤以桩顶标高控制为主，贯入度作为校核。符合下列条件之一可以停锤：（1）当桩顶已达到设计标高，可以停锤；（2）当柴油锤满负荷运行时，贯入度小于连续250击每锤2mm或连续50击每一击小于1mm，可以停锤，并通知设计协商；（3）均不符合以上情况时，应及时停锤并报设计单位决定。

3.3 施工方法

每次导向架驻位可完成6组钢板桩沉桩工作。施工顺序为先试打主桩至设计标高，中间安插Z型板桩，移除导向架至下一个工作面。

3.3.1 导向架安装

（1）施打定位导桩。计算定位导桩与钢板桩轴线的距离，经测量放样后，起吊ICE-66C振动锤，将定位导桩沉入地下，将定位锚桩施打至设计导向架标高后，进行导向架安装。导桩沉桩过程测量全程观测垂直度，并在沉桩完成后进行复核。

（2）导向架固定及测量精细定位。打好定位锚桩后，用吊机将已拼装好的导向架吊起，其开口的一头用钢板临时固定在定位桩上，另一头对准轴线位置后焊接固定。在导向架上下层H梁上设置定位板，配合定位螺栓作为调节装置，精确放样定位板位置。

（3）钢板桩定位。用130t履带吊起吊钢板桩，将钢板桩竖直立起，并越过导向架顶部，在指定的定位板卡槽内下放钢板桩，就位后测量复测位置，确保无误后拧紧定位螺栓，收紧上下层导向架的定位板，通过导向架临时固定住钢板桩。

（4）振动锤初打钢板桩。用130t履带吊起吊ICE-66C液压振动锤，再由振动锤夹住钢板桩顶部，将钢板桩沉至桩体无明显下沉时停止，沉桩过程中采用2台经纬前方交汇的方法进行沉桩过程中的垂直度控制。

导向架每安装一次可以沉桩6组，根据导向架的尺寸，每6组桩为一个批次，按批次进行沉桩，每完成一个批次，就进行一次导向架的装拆作业。

（5）拆除导向架。每一导向架定位范围内，可施打6根钢板桩，待6根钢板桩均沉桩至桩体无明显下沉后，开始拆除导向架。切割使定位导桩与导向架分离，导向架整体起吊移走，采用130t履带式起重机起吊ICE-66C振动锤起拔锚桩，锚桩只拔除一侧即可，剩余一侧在安装下一批次导向架时，可以重复使用。

（6）复打钢板桩。拆除导向架后，用130t履带式起重机起吊HD125型筒式柴油锤对钢板桩进行复打，并根据设计沉桩要求将钢板桩沉桩到终锤标准。

（7）插打AZ桩。130t履带式起重机吊起AZ桩转移到AZ桩桩位，通过人工、铁锤、张紧法兰等工具，进行C9锁扣的对接，对接完成后起吊ICE-66C液压振动锤并夹住AZ桩，沉桩至设计标高或因锁扣阻力大等因素而不能继续下沉时停止。

（8）复打AZ桩。AZ桩插打完成后，用130t履带式起重机起吊HD125型筒式柴油锤对AZ桩复打至设计标高。该段连续墙施工完毕。

4.质量控制关键点

（1）锤击沉桩时，桩锤、替打桩宜保持再同一轴线上。替打应保持平整，避免产生偏心锤击。

（2）如出现贯入度反常、桩身突然下降、过大倾斜、移位、桩身损坏等情况，均应立即停止锤击，及时查明原因。

（3）钢板桩沉桩施工设置导向架等导向装置，导向装置应具有足够的强度和刚度。导向架上的限位使用强度高、刚度好的钢板，防止变形对桩体垂直度的产生影响。

（4）钢板桩在施打前必须严格检查，以保证钢板桩平直，锁口完好可靠；钢板桩的规格和性能必须满足设计要求。

（5）锤击沉桩时，应密切关注锤击振动和挤土等对码头周边混凝土基础的影响，及时记录，如有异常变化，应停止沉桩。

（6）沉桩施工期间，尤其是低潮位沉桩时应加强对岸坡变形的观测，水平位移控制标准为每昼夜≤3mm，每100m应设置1个位移观测点。当岸坡变形出现异常情况时，应立即停止沉桩作业，查明原因，上报设计单位，并制定相应对策。

5.结束语

随着南太平洋国家的经济发展，制约经济的港口设施势必迎来建设的高峰期。而组合钢板桩结构的码头，占用资源少，施工简单方便，施工速度快，造价低，特别适合资源紧张的南太平洋岛国地区。上述施工工艺可为类似地区类似工程的结构选择、施工安排提供了可以借鉴的经验。