海上打设钢管桩施工技术

曲剑 中交一航局第三工程有限公司

1.工程概况

恒力石化（大连）水工工程（长兴岛北岸作业区114号—115号30万吨级原油泊位）共有两座栈桥，栈桥结构型式相同，每个泊位的栈桥总长度487m，共分四跨，每跨桥长118m，桥面宽14.5m，采用钢管混凝土拱桥结构。

栈桥墩采用高桩墩台结构。12#、13#和14#墩基础均采用钢管桩结构，共计42根，其中12#、13#栈桥墩平面尺寸为18m×14m，采用15根φ1600mm钢管桩；14#栈桥墩平面尺寸为15m×14m，采用12根φ1600mm钢管桩，钢管桩均打入中风化1m或强风化岩下2.5m。墩台厚度均为3m。

2.工程特点分析

（1）海上施工钢管桩沉桩过程中控制钢管桩平面坐标位置、打入深度、斜度及扭转角为本工程技术控制的重点。

（2）海上施工钢管桩打入深度、沉桩位置、角度控制为本工程质量控制重点。

（3）海上施工钢管桩沉桩后及时设立醒目标志对成品进行保护为本工程质量控制重点。

（4）海上施工钢管桩沉桩贯入度与嵌岩深度、标高控制是本工程技术控制的难点。

3.前期技术准备工作

3.1 钢管桩制作场地选择

钢管桩由外委钢管厂加工成管节运至制桩场地，在制桩场地进行焊接、除锈和防腐处理。制桩场地包括防腐场地及接桩场地，两者相邻，减少倒运次数，提高施工效率，降低成本。本工程制桩场地选择在信德管桩厂靠近出运码头位置处。钢管桩必须经项目部主办施工员及监理工程师验收合格后方可装船，不合格的钢管桩严禁装船沉桩。钢管桩接桩与防腐施工场地选址在信德管桩厂内，位于龙门吊之间位置。

3.2 打桩船选择

由于114#泊位钢管桩长度为41m～48m，115#泊位钢管桩长度为41.5m～54m，钢管桩长度较长，且钢管桩需打入中风化1m或强风化岩下2.5m。根据桩基设计规范最终确定使用D-160型柴油打桩锤可满足施工要求。

3.3 船舶吃水

按满载考虑，打桩船吃水3m，施工现场海域最浅水深为5m，船舶吃水满足要求。

3.4 钢管桩吊索具计算

本工程单根钢管桩最大重量为54.2t，桩长为48.0m，以下吊索具均以满足此重量的钢管桩的施工进行设计。

钢管桩设三个吊点，起吊过程中可按照两点起吊考虑。钢丝绳与钢管桩平面夹角按照60°考虑（规范要求不得小于60°），则单根钢丝绳受力为54.2t/（2＊0.866）=31.3t，安全系数取6.0，则钢丝绳破断拉力为6.0＊31.3t=187.8t，即1878KN。吊装用钢丝绳采用公称抗拉强度M=1960N/mm²，6×37(a)类的纤维芯钢丝绳，直径为5 4mm，根据《一般用途钢丝绳》（GB/T 2011—2006）第26页表19可得，钢丝绳破断拉力为1890KN，满足施工要求。采用单个承重60t的卡环，满足施工要求。

图1 栈桥立面图

图2 栈桥墩横向典型剖面图

图3 钢管桩沉桩施工工艺流程图

4.施工工艺方法

4.1 工程施工概述

114#泊位（115#泊位同）栈桥墩结构形式采用高桩墩台。12#、13#和14#墩基础均采用钢管桩结构，共计42根，其中12#、13#栈桥墩平面尺寸为18m×14m，采用15根φ160 0m m钢管桩；14#栈桥墩平面尺寸为15m×14m，采用12根φ1600mm钢管桩，钢管桩均打入中风化1m。114#泊位钢管桩长度为41m～48m，上部壁厚30mm，长度26.5m～36.5m，下部壁厚24mm，5.5m～16.5m。115#泊位钢管桩长度为41.5 m～5 4 m，上部壁厚30mm，长度27.5m～44.5m，下部壁厚24mm，8.5m～22m。

钢管桩沉桩计划由114#泊位近岸的14#墩开始施工，依次进行13#、12#墩钢管桩施工，114#泊位钢管桩沉桩完成后进行115#泊位钢管桩沉桩施工，沉桩顺序同114#泊位。

打桩顺序：114-14#墩→114-13#墩→114-12#墩→115-14#墩→115-13#墩→115-12#墩。

4.2 施工工艺流程

4.3 施工方法

4.3.1 施工准备

1)气象收集：收听五天天气预报，根据气象合理安排施工具体时间。

2)设备准备：D-160型打桩船，3000t运输方驳，拖轮，起锚艇等。

3)材料准备：钢管桩84根，总计3852.5m。

4)测量仪器：GPS一台，全站仪两台。

5)建立施工坐标系。6)原地面水深测量。

施工准备阶段应进行原地面水深测量，确定钢管桩沉桩泥面标高。

4.3.2 钢管桩制作加工

1）钢管桩焊接。本工程钢管桩的厚度不一，长度变化较大，每根钢管桩分为3～4个管节分开制作并焊接组装接长，对于厚度30mm的管节焊接施工采用直缝焊缝；对于厚度24mm厚的管节焊接施工采用纵向螺旋焊缝。钢管桩管节组装施工采用对接焊缝，所用的焊接材料的机械性能应与钢管桩所用的材料相适应，经检测，接长的钢管桩能够满足检测要求。

2）钢管桩现场防腐。本工程业主要求防腐涂料品牌必须选用佐敦，每次进场的防腐涂料都有出场合格证以及本批次的检验报告。

钢管桩运至防腐场地后，先进行喷砂除锈处理，清除氧化皮、铁锈和老化涂层。喷砂处理标准达到Sa2.5级。处理后钢管桩表面要露出金属色泽，同时表面不得有焊渣、焊疤、灰尘、油污、水和毛刺等存在。在露天作业的情况下，使用干燥的压缩空气或采用真空吸尘器吸去所有的沙粒和尘土。

钢管桩采用环氧玻璃鳞片漆，涂刷前应将涂料各组分搅拌均匀，表面涂刷施工中，要根据设计防腐年限要求，分底漆及面漆各一道进行涂刷，每道防腐层厚度均为300um。在施工过程中通过调节稀释剂用量以及涂刷遍数进行厚度控制。

4.3.3 钢管桩运输

钢管桩在信德管桩厂接长、防腐加工完成后，通过场地自有126t龙门吊吊装至信德出运码头停靠的3000t运桩方驳威锋驳上，拖轮拖运运桩方驳至114-115泊位施工现场进行海上沉桩施工。

装桩的过程要轻、稳，避免桩与其他构件碰撞。每船装桩前，打桩船船长都要与项目部技术人员确定打桩桩序，打桩按照预留桩位阶梯原则进行施工。

钢管桩装驳前，项目部技术人员根据和打桩船船长共同确认的打桩桩序，进行装驳交底，交底中每艘驳船的装桩顺序，按照先打后装、后打先装的顺序进行装驳，装驳时严格按照交底进行装驳并以方驳中轴线为中线对称堆放，堆放层数为1—2层。以114-14#墩为例（12根桩），为保证方驳在装桩、运输及吊桩施工过程中的稳定，在方驳左侧装3根桩后再在右侧装6根桩，再回到左侧装3根桩。

海上运输从信德管桩厂经公共港区航道到达施工现场约11海里，出运前要对船体进行检查。装驳过程中，为防止钢管桩在装驳时发生滚动，甲板面提前用木方支垫，在方驳左右两侧焊接牛腿作为支撑与定位并加固牢靠，防止钢管桩四处滚落。为防止牛腿与钢管桩、钢管桩与钢管桩硬接触损坏防腐涂层，在牛腿上包裹棉被作为防护措施；在钢管桩与钢管桩之间垫上U形木块作为防护措施。

为了防止风浪影响造成钢管桩倾倒，用钢丝绳及紧张器将钢管桩固定在运桩驳甲板上，捆绑牢靠。再用两条钢丝绳将钢管桩系绑在牛腿上，为防止破坏涂层，钢丝绳需套上橡胶管。

4.3.4 船舶定位

1)打桩船驻位时布设八口锚，后锚长度要大于200m。

2)运桩方驳根据打桩船需要驻位于打桩船的左侧或右侧，桩尖朝向打桩船左舷。

4.3.5 打桩船吊桩和立桩

1）运桩方驳与打桩船通过绞缆协调配合靠拢。

2）打桩船吊桩时，吊钩勾头对准要钢管桩中心，主钩垂下两根吊索，通过两个卡环连接在钢管桩上部两吊点上，副钩垂下一根吊索，通过一个卡环连接在钢管桩下部吊点上。

3）打桩船主钩、副钩同时起吊，钢管桩最低点超过方驳船舷并具备一定安全高度后，运输方驳移到施工区域外，打桩船通过锚缆，移船到指定位置。

4）通过打桩船主副钩的配合，将钢管桩竖立起来并保持竖直状态，稳定后，做好钢管桩入龙口准备。

4.3.6 桩定位校核

打桩船采用GPS自动定位系统将桩定位，在定位系统中，提前输入所有桩平面坐标，并通过锚缆，把船移动到第一根钢管桩的平面位置。准确定位并稳定后，打开抱桩器，桩进入龙口，随后向桩顶套替打（在替打顶部垫上厚度为30cm的钢丝垫）。

1）打桩船通过GPS自动定位系统完成定位后，陆上采用全站仪进行桩位校核。校核无误后，打开抱桩器，桩靠自重下沉，桩透过泥层后，再次校核桩位。如发生溜桩现象或校核后偏差较大，则将桩提起重新定位。

2）桩靠自重透过泥层，待桩停止下沉稳定后，再次校核如在允许偏差范围内，压锤下桩。过程中尽量保持船体平衡，桩锤、替打、桩轴线始终保持在同一直线上。

3）直桩要保证其竖直，在桩架上提前固定传感器，测定桩身的倾斜度，并据此调整桩架倾角以满足要求，自沉时，可“微调”船位。

4.3.7 钢管桩沉桩

钢管桩立桩定位完成稳定后，抱桩器抱桩之前作业人员将钢管桩下部吊点上的卡环摘除；钢管桩靠自重下沉，当停止下沉时，作业人员将钢管桩上部的两个吊点上的卡环摘除，准备进行锤击沉桩。本工程根据设计条件和要求，选用D160型的柴油锤进行打桩施工，打桩过程中尽量保持船体平衡，桩锤、替打、桩轴线始终保持在同一直线上，替打应保持平整，避免产生偏心锤击，先采用重锤轻打，防止溜桩，贯入度稳定后，逐渐加大冲击能量。锤击连续，桩尖进入持力层后，每十锤记录一次贯入度。

打桩前提前收听连续5天天气预报，并掌握施工区域水流、流速情况。根据推测当天的水文变化，选择平潮时间进行施工，此时水流流速小、潮位变化慢，可尽量减少因水文变化引起的船位变化，确保船体平衡，桩锤、替打、桩轴线始终保持在同一直线上。沉桩过程中如遇贯入度突变、断桩、桩身裂缝、桩身过大倾斜、移位等异常情况，及时与设计单位沟通联系，寻求解决办法。

4.3.8 停锤验收

图4 打桩船进行钢管桩沉桩

本工程钢管桩沉桩以贯入度控制为主，标高控制校核为辅。设计要求最后10 击平均贯入度不应大于2～3mm/击，如此时桩尖标高达到中风化岩面下1 m 或强风化岩下2.5m，停止锤击，起替打移船进行下一个钢管桩沉桩。如沉桩过程中，桩尖标高达到设计高程而贯入度不满足设计要求时，继续锤击使其贯入度满足要求或接近要求的控制贯入度，并及时联系设计单位，确认是否满足要求，可以停锤进行下一个钢管桩沉桩。

沉桩质量及承载力，在钢管桩施工过程中进行抽检检测校核。检测采用高应变动力检测法，检测桩数共10根。沉桩结束后，选取10根待检桩，收集10根待检桩的沉桩记录，通过测定各桩的锤击数、贯入度、落锤高度和桩身拉、压应力，对单桩垂直承载力进行检测。单桩垂直抗压极限承载力标准值≥10300KN。

5.总结

钢管桩沉桩施工，应提前对整个过程进行通盘考虑。从钢管桩制作加工，打桩船选型以及钢管桩装船运输等多方面进行前期技术准备。前期准备时必须考虑船舶前沿吃水水深是否满足施工水域水深条件；施工前需合理编排桩序，最大化提高施工效率，同时应加强施工细节控制，做好钢管桩沉桩后的成品保护措施。