水陆两栖打桩船在浅水区域首次成功应用

冀超

（中交海洋建设开发有限公司，天津 300457）

1 概述

本工程位于留庄锚泊区，留庄锚泊区在京杭运河主航道与留庄进港航道交汇处，全河段已全部渠化，受到蓄水控制、洪水调度、调水工程等方面因素的影响，本区水深较浅，水深1.2～2.2m。同时受到船闸等影响，大型打桩船舶不能进入施工现场，为了解决水上打桩和大型船舶无法进入本施工区域的问题，本工程首次使用水陆两栖打桩船进行浅水区域打桩施工，这也是水陆两栖打桩船首次在浅水区域进行打桩作业。

本工程主要为水上钢管桩沉设，钢管桩单桩长30m，共94 根，壁厚20mm，总计2820 米，桩间采用Φ600 钢管作为水平支撑焊接成整体。

2 水陆两栖打桩船施工工艺

2.1 工艺流程图

锚泊区限位桩采用Φ1000 钢管桩群，小里程方向第一组为2 根钢管桩，其余每组桩基础由4 根钢管桩组成。钢管桩成桩桩顶高程39.8m，桩底标高9.80m，桩间采用Φ600 钢管作为水平支撑焊接成整体。工艺流程图见下图（图1工艺流程图）：

图1 工艺流程图

2.2 施工做法

2．2．1 沉桩施工测量

施工前由测量主管对所采用的首级加密控制点及时进行复核，拟采用GPS-RTK 测量技术和常规测量结合的方法建立施工平面控制网，采用全站仪进行平面控制、采用经纬仪和水准仪进行高程和倾斜度控制：

（1）平面位置控制：在船上采用GPS 定位，岸上采用全站仪复核。

（2）高程控制：采用水准仪控制。

（3）倾斜度控制：打桩船桩架仰俯角度和液压支腿配合控制桩身斜度。

（4）放样角：电脑计算，手算校核。

为保证沉桩的正位，在进行沉桩前，根据测量控制点对水陆两用打桩机进行GPS 复核，复核无误后方可进行沉桩。进行第一根桩沉桩时，GPS 定好位后，利用陆地的常规测量再次进行桩位复核，复核无误后再进行沉桩。

2．2．2 钢管桩运输

钢管桩在钢管桩加工厂内制作、自检合格，监理工程师准予出厂后，由钢管桩厂家负责运输。

2．2．3 打桩机组装就位

操纵操作台控制按钮，利用液压支腿将浮箱平台调平，设备自行行走下水。土山村码头距离河道底面距离过高，需在岸边开挖斜坡，便于设备下水。设备下水时，桩机浮箱平台下降至支腿油缸行程还剩50 公分左右，4只主浮箱支腿撑地，4 只副浮箱支腿收起，纵向行走油缸动作，副浮箱向外移向河道，副浮箱支腿下放撑地，主浮箱支腿收起，纵向行走油缸动作，主浮箱向外移向河道，主浮箱支腿下放撑地；如此反复直至设备完全下到河道。

2．2．4 移船吊桩及就位

水陆两用打桩机船紧贴送桩船，打桩机船往前倾斜，确保垂直起吊管桩。水陆两用打桩机吊起桩身并稳定后，水陆两用打桩机退后，再次矫正位置，确保桩位准确；匀速提主钩，降副钩使管桩直立，调节桩架及上下背板，使桩进入龙口，解副钩吊索。

2．2．5 打桩顺序

打桩顺序一般从中间向两侧或者从一侧向另一侧进行施工，防止出现挤土现象，本工程中打桩顺序为每打三根桩后退一个桩位。

2．2．6 桩定位

打桩船将管桩固定后移至设计桩位，设计桩位提前采用竹竿固定好；管桩就位后通过测量仪器调整倾斜度，通过水陆两用打桩船的左右仓浮力进行垂直度调整，确保垂直度满足设计要求。

2．2．7 下桩

准备就绪后，起重指挥松主钩，使得桩依靠自重慢慢下沉，当管桩不再依靠自重下沉后，再次检查桩身垂直地是否符合要求，满足要求后准备打桩。

2．2．8 套替打、压锤

打桩班长指挥放下锤头和替打，接近桩顶时，暂停、观察桩顶与替打是否对正，确保桩锤、替打、管桩对正后再继续放下替打。

2．2．9 锤击

在柴油锤工作过程中，记录每延米的锤击数，并计算贯入度。

2．2．10 停锤起锤

根据设计文件要求，本工程的管桩终锤主要以标高控制为首，标高不符合要求时查看贯入度是否达到停锤标准。

2．2．11 操作要求

（1）熟悉图纸并进行方案讨论，根据现场实际情况和桩机性能，合理布置施工顺序，并将每一根桩根据其横纵位置命名，按讨论后的施工方案进行施打。

（2）水陆两用打桩机应满足施工作业对稳定性的要求。

（3）测量现场实际情况，在施工前根据水陆两用打桩船的尺寸，在图纸上检验水陆两用打桩机是否能正常进行施工。

（4）开始沉桩时，缓慢放锤，开始锤击时候控制柴油锤供油量，施打之初检查桩架、替打和桩身是否在同一直线上，确保正常后再正常锤击。

（5）沉桩检查贯入度的过程中不得改变液压锤的油门大小。

2.3 数据记录及分析

2．3．1 工效分析

结合现场实际施工情况，现场沉桩设备采用DLS水陆两用自行式多功能打桩机，平均施工工效为4 根/天。

2．3．2 参数记录

（1）DLS 水上打桩机水上移动速度。DLS 水上打桩机于土山村煤码头处组装，经水上自航行驶至留庄锚泊区大里程47 排桩位置预备打桩，行驶里程约1.60km，行驶时间约为3 小时，平均水上行驶速度为0.53km/h。

（2）捆桩。由4 人配合DLS 水上打桩机起吊捆桩，捆桩用时约25～40 分钟。

（3）立桩。自捆桩完成至吊桩完成用时约15～25 分钟。

图2 钢管桩起吊作业

图3 起吊完成

（4）锤击沉桩。本工程施工区域地质主要为粘土层和粉土层，沉桩难度较小。钢管桩入土深度为19 米，开锤至沉桩结束用时约25～30 分钟，单桩沉桩平均锤击数为602 击，最终沉桩的桩顶标高均满足设计图纸的要求。

（5）桩机移机。在同一桩组沉桩区域，打桩机通过调节液压支腿调整桩机位置，用时约为10 分钟。桩机从已完成桩组移动至下组待沉桩区域（距离为60 米），在无风浪影响下，DLS 水陆两用打桩机可通过自航系统移动，用时约10～15 分钟；若有较小风浪影响，需通过液压支腿移动，用时约60 分钟；风力再大时，停止作业。

3 新型设备的选择和计算

3.1 水陆两用打桩机选型

本工程钢管桩单桩长30m，选择整桩沉设工艺，选择水陆两用打桩机参数及技术参数如下：

图4 DLS 打桩机平面图

图5 桩机行走平台

表1 液压打桩锤参数

表2 打桩机主要技术参数

3.2 吊耳制作及承载力核算

吊耳同钢管桩在加工厂加工，材质为Q345B，吊点与钢管桩焊接处吊点打坡口，焊条用J506 或J507，焊缝要求饱满美观，吊孔直径为70mm，加强板与主吊耳孔保持同心，验收合格后方可焊接在钢管桩上。

根据《码头设计规范》（JTS 167-2018）附录E，核算此吊耳是否符合要求。孔壁承载力计算可得：

3.3 吊装钢丝绳及卡环选型

3．3．1 吊装钢丝绳选型

根据《简明施工计算手册》，计算如下：

钢丝绳的容许拉力S=α×Pg÷K=0.82×1185.0÷6=161.95kN；

起吊时两点受力F =0.5αmg÷sin60=0.5×1.3×14789.4×9.8÷sin60=108.78kN。

108.78 ＜S=161.95kN，满足要求。

3．3．2 桩直立时单点受力

桩直立过程桩自重乘以动力系数α，按照《码头结构设计规范》（JTS 167-2018）F 桩=αmg=1.1×14789.4×9.8=159.43 kN ,159.43＜S=161.95kN，满足要求。

3．3．3 卡环选型

现场采用销子式卡环，每钢管桩使用2 个卡环，钢管桩自身荷载（30 米长Φ1000 钢管桩）：14.79×9.8=144.94KN，单点受力为卡环承受的最大力，单个卡环最大起重荷载为144.94kN。根据《计算手册》要求，横销螺纹直径为M64，安全荷载为160.0kN，自重6.6kg。144.94kN ＜160.0kN，M64 卡环满足要求。

4 选择新型设备优势

（1）既可在水上施工，也可在陆地施工，桩机依靠液压支腿定位行走，相对于海上大型打桩船设备依靠抛锚定位更加稳定且快速，可施工最大水深15 米，无需其他设备的协助，自己“走入”、“走出”水面，且具备自航能力。独自作业动作和锚定，无需绞车和缆绳，保证了作业品质和提高施工效率。

（2）本设备可拆卸，便于运输，可应用于大型集装箱码头基础桩施工，解决了大型海上打桩船针对于内河、运河、长江及长江支流进场困难的问题，同时也解决在其它设备无法作业的非常浅和非常狭窄的水域作业。

（3）是一种以液压为动力，能自行调节桩机平台的水平度和桩身的垂直度。桩架可前后倾斜和左右倾斜，前后可倾斜0-14°，左右可倾斜0-6°，且误差及标高误差完全控制在国家标准范围内的重型打桩设备。

（4）采用GPS 等定位系统，桩位控制精准。

（5）可配备各种型号的液压锤和液压锤，能满足H 型板桩、方桩、钢管桩等多种桩型施工。

（6）本设备绿色环保、无污染。