钢管排桩在新建码头后方挡土结构中的应用

廖宏志

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510220）

1 工程概况

文章以广州南沙国际邮轮码头为工程实例展开论述。该工程新建10万GT泊位码头及22.5万GT泊位码头工程，码头主体结构为高桩梁板墩式结构，码头岸线总长度为770m。其中，码头北侧墩台紧接游艇码头防波堤，由于港池开挖标高与游艇会防波堤原地面标高的高差为11m，需设钢管排桩（φ1800，t=25mm）作为永久挡土结构，其桩长为33～38m。桩尖持力层主要选择在强、中风化岩，部分进入微风化层。文章介绍了在高桩码头中海上钢管排桩结构在挡土、保护相邻结构的具体应用。

2 钢管排桩的组成及特点

钢管排桩结构主要由若干钢管桩、导向槽以及锁扣组成[1]。导向槽的作用在于稳固导向架，导向设置在钢管桩的左、右两侧，形成平行对称，首尾续接。锁扣紧密焊接在钢管桩，第一锁扣及第二锁扣分别设置在钢管桩外壁沿长度方向，第一锁扣是焊接在钢管桩外壁向外凸伸的窄部，第二锁扣的结构是中间开口的凹槽结构，第一锁扣横截面成T型，第二锁扣横截面成C型，如图1、图2所示。前一根钢管桩的第一锁扣（T型）套入与其相邻的后一根钢管桩的第二锁扣（C型）的槽腔内，每一根桩沿着排桩方向以此类推。

图1 T型锁扣（单位：mm）

图2 C型锁扣（单位：mm）

3 钢管排桩结构施工技术

3.1 桩长加工

按设计桩长加工钢管桩，在沉桩施工中，根据试桩情况确定各项参数，尽可能减少过长截桩或者水上接桩问题的发生。如为了避免发生水上接桩类问题，严格按照宁长勿短的原则进行加工[2]。

3.2 生产工序流程

检查钢材→进行开卷、校平后可以切头→将钢材对焊连接起来→铣边→螺旋成型后进行内焊→充分清理焊缝→测量外圆周长→外焊→检查外观情况及尺寸情况→做好标记→修补→制作、防腐→最终的检验、标识→完成所有工序后交验。

3.3 沉桩施工

（1）沉桩前准备。①仔细检查桩位图，查看是否有无法施打的桩，如有发现应及时与设计沟通。②复核所有的基点、水准点及控制点。③对沉桩区域作全面检查探摸水下情况，看是否存有障碍物，避免影响沉桩施工[3]。④测量施工区域的泥面标高，实际标高与设计图纸的地形作比较。⑤掌握工程地质钻探资料、水文资料和打桩资料。⑥充分分析沉桩振动期间，对岸坡和相邻结构稳定的影响，并提出防护措施。

（2）沉桩施工。①桩锤的选择。打桩锤的选择影响因素一般有地质条件、极限承载能力等，根据该工程的地质情况和设计要求，打桩锤选用D138柴油锤，震动锤选用APE400液压震动锤。②替打。在替打的底部设有缓冲槽，上面与减震弹簧配合，减少反弹力的冲击，并备用钢板和钢丝绳两套，上下两块钢板应具有足够刚度和厚度。施打时根据观察替打损耗程度对其进行更换，避免替打损坏影响桩体质量。③沉桩。钢管排桩结构施工工艺流程：起重船移船至运桩驳吊桩→钢管桩起吊→钢管桩立起固定→震动锤夹桩→导向架固定桩施打及安装导向架→钢管桩插桩跳打→震动锤沉桩→冲击锤沉桩→达到贯入度停锤要求后检查验收。由于排桩桩位紧邻游艇码头防波堤，大型船舶作业空间受限，因此，钢管桩排桩采用吊船插打施工，采用运输桩船将钢管桩运至现场，并紧靠吊船，然后采用起重船进行起吊，首根钢管桩起吊后需放置于导向架，然后采用液压振动锤夹住导向架上的桩，进行振插。根据导向架长度确定根数，每组导向架一般不超过5根，采用液压振动锤振插钢管桩至岩面标高。前一根钢管桩的T型锁扣套入与其相邻的后一根钢管桩的C型锁扣凹槽腔内，锤击时相邻桩桩顶标高控制为梯形状；需要把导向架内的5根钢管排桩振插完成后，再采用柴油冲击锤依次复打至设计标高，然后按照桩位平面图依次进行后续沉桩施工。在沉桩过程中全程连续对沉桩进行观测，并观察贯入度的变化，如出现异常，及时向监理工程师或设计单位汇报。沉桩过程中注意因锤击振动和挤土对岸坡稳定性的影响，对稳定性较差的坡段控制打桩速率，并采取削坡减载、间隔跳打等方法施工；对游艇会防波堤的结构定期进行沉降位移监测，根据数据分析表明，在施工期间，邻近构筑物稳定，无异常变化。钢管排桩终锤标准为最后三阵锤（3档）的平均贯入度为≤3mm/击（每阵10击）。

3.4 夹桩

沉桩完成后，为了防止桩身发生倾斜或者位移，及时对已经完成施打的桩进行夹桩。在夹桩操作中，务必保证桩排架和桩具有足够的稳定性，通过型钢对纵横方向的结构进行连接，旨在改善施工期受水流、风浪、抛石挤压的影响，保证和提高桩基的安全性和稳定性。

正常施工状况下，为不影响后续抛石工序，只进行纵向横向夹桩，采用[14槽钢直接焊接的方式进行夹桩施工；异常工况下，在沉桩过程中，出现台风等灾害天气时，需对已沉桩基补充纵向夹桩，方式雷同横向夹桩；若因异常天气或异常情况出现需暂停施工的情况，同时又存在未能完成完整排架时，采用[14槽钢将未能连成整个排架的桩基与相邻排架的桩基进行斜向连接。

3.5 质量保证措施

（1）沉桩前详细研究工程平面图、桩位图、桩基结构图、地质资料、基桩承载力、沉桩控制标准等资料。严格按照《码头结构设计规范》（JTS 167—2018）的各项规定执行[4]。

（2）布设桩位控制点前，应对施工基线进行复核检查。桩位计算由指定专业人员负责，资料成果由测量工程师进行校核。

（3）沉桩需考虑试沉桩的结果，根据试沉桩的检测结果调整沉桩要求。

（4）如出现贯入度异常、桩身突然下沉、倾斜过大、移位等情况，均应立即停止锤击，及时查明原因，并与现场监理工程师、设计商议，提出解决办法。

（5）沉桩过程中应严格控制打桩速率，防止水下岸坡失稳，并加强观测。

（6）沉桩过程中，记录人员要及时准备完成沉桩记录。

（7）对已沉好的桩，及时进行夹桩，以减小桩身弯矩，加强桩抵抗外力破坏的能力，必要时安设警戒船只值班，确保已完成桩基的安全。

4 钢管排桩结构受力复核

根据不同工况进行排桩挡土受力进行复核。

工况1：钢管排桩施打完成后前沿旧码头拆除至-10.5m，复核钢管排桩的受力和变形。安全等级为Ⅲ级，结构重要系数为0.9。通过比较承载能力极限状态和正常使用极限状态，其钢管排桩内力和变形复核结果表明，最大位移量为29.05mm，踢脚稳定在承载力极限状态下均能满足要求，如表1、表2所示。

表1 工况1钢管排桩内力和变形复核结果表

表2 工况1踢脚稳定复核结果表

表3 工况2墩台内力复核结果表

工况2：墩台结构在浇筑完成后，在土压力和系缆力作用下变形，安全等级为Ⅱ级，结构重要系数为1.0。通过弯矩、应力以及抗弯强度的核算，满足要求，如表3所示。

根据核算的结果，工况1、2均满足使用要求，钢管排桩结构起到海上深层挡土和结构稳固的作用。

5 结束语

钢管排桩结构是近年来新兴起的一种适合在海上环境深层挡土、结构稳固的方法，具有结构简单、施工速度较快等优势，更关键的是其改变了传统排桩结构在海上施工工效低、适用性差的现象。该项目在施工和使用期间，码头结构和邻近构筑物结构均为稳定，无异常变化。钢管排桩结构在该工程中的成功应用，可为类似工程提供参考。