海上钢板桩施工技术研究

中国葛洲坝集团建设工程有限公司 云南 昆明 650000

1 工程概况

某港口防波堤工程主体结构采用钢板桩型式,钢板桩通道内部回填海沙,钢板桩上部采用现浇帽梁混凝土结构,钢板桩型式为HZ型和AZ型双排组合钢板桩。钢板桩沉桩由陆域向海上推进,利用打桩平台,采用岸上向海上推进的端进施打方法。

本工程采用的HZ型钢板桩为HZ 880M,AZ型钢板桩位AZ18-800。HZ型钢板桩刚度较高,且单根截面对称,AZ型钢板桩壁厚较薄。

2 沉桩前的准备工作

2.1 AZ型桩采用和钢板桩同等级强度钢材C9连接件连接,在出厂前完成了拼接。HZ型桩和AZ型桩的连接采用同等级强度钢材RZU16和RZD16连接件,需在打桩前将连接件与HZ型桩焊接连接,并在焊接位置进行防腐防锈处理。

2.2 导向架 导向架是保证桩位平面位置精度和垂直度的关键。导向架委托专业的设计单位进行定制,长度为14m,高度为6m,导向架只作为辅助HZ型桩打桩装置,导向架主要用于控制HZ型桩的沉桩,并作为HZ型桩垂直度的关键控制要点,导向架有7个HZ型桩孔位,每安放一次导向架,可以施打5根HZ型桩,作为一个作业组。

2.3 定位桩 定位桩用于辅助安放导向架,通过控制定位桩桩顶在同一高程,从而保证导向架的稳定性和垂直度。

3 钢板桩沉桩流程

打入定位桩→安放导向架→放置HZ型钢板桩并初步沉桩→移除导向架并将HZ型钢板桩沉桩至设计高程→AZ型桩沉桩→前移吊车及导向架→重复上述步骤

(1)打入定位桩:定位桩采用HZ型桩,测量员使用全站仪对辅助定位桩的平面位置和高程进行控制,定位桩入土深度大于9m。

(2)安放导向架:辅助定位桩沉桩完成后,利用吊车将导向架安放至辅助定位桩上。测量员对导向架坐标进行复测,并利用手动葫芦进行微调,然后把导向架和辅助桩固定牢固,避免在打桩过程中产生位移。

(3)放置HZ型钢板桩并初步沉桩:钢板桩水平起吊采用专用卸扣进行起吊,在将HZ型桩吊放至导向架的定位孔后,用ICE振动锤初步沉桩至导向架顶端高度时,暂时停止沉桩。在HZ桩沉桩过程中采用跳打方式,必须间隔一个桩施工。

图1 HZ型桩初步沉桩

HZ桩初步沉桩完成后,在现有辅助定位桩前方用同样的方式安装两根HZ型钢板桩作为下一阶段的辅助定位桩。新安装辅助桩和现有辅助桩控制在同一高程。

(4)移除导向架并将HZ型桩沉桩至设计高程:移除导向架后,拔出定位桩,使用打桩锤对HZ型桩进行复打,复打同样采用跳打方式,并使用测量仪器实时观测钢板桩的垂直度情况,若出现较大倾斜时,需拔出部分钢板桩,在调整垂直度后再重新打入。当钢板桩顶部接近设计高程时,放缓打入速度,并由测量员用全站仪实时观测桩顶标高,直至设计高程。

(5)AZ型桩沉桩:海上施工时,利用在完成的HZ型钢板桩上悬挂挂篮式结构作为施工平台。由于AZ桩在存放和运输时存在微小变形,HZ桩在的沉桩也存在精度偏差,可能造成AZ桩和HZ钢板桩连接件无法连接的情况。出现该状况时,使用手动葫芦对AZ钢板桩宽度进行微调。将AZ桩和HZ桩连接件连接成功后,用振动锤缓慢沉桩。

(6)前移吊车及导向架:在钢板桩起始端打桩完成约30m时,在已完成的钢板桩上放置3个组合式打桩平台,用于吊车行走。并通过吊车把最后1个平台吊放至最前,以此使吊车前行。

在进行首个打桩循环时,预留末端2个AZ桩不打入,在安放下一循环导向架时,将导向架尾部相对应的孔位放置在已完成的最末端两个HZ型桩上,以此定位导向架。在完成导向架安放后,仍需对孔位进行复测,合格后进行固定连接。

重复进行以上步骤,以使钢板桩打桩工作循环前进。

4 遭遇砂盘或岩层时的沉桩措施

本工程地勘资料显示沉桩区域存在部分砂盘和岩层,使用振动锤可能无法正常沉桩,可针对HZ型桩和AZ型桩采取不同的措施辅助沉桩。

(1)HZ桩辅助沉桩措施。在使用振动锤无法贯入的情况,需要采用冲击锤,采用的主要设备依然是动力中心提供动能,冲击锤采用滑轨式打桩锤,典型设备有PVE 7NL型冲击锤。在采用冲击锤的同时,需要针对HZ型钢板桩做加固桩靴,主要为在翼缘板作台阶状切割,腹板作圆弧状切割并加焊钢板。

(2)AZ桩辅助沉桩措施:AZ型钢板桩刚性较弱,使用冲击锤会将AZ桩破坏,因此AZ型钢板桩在遭遇难以贯入的情况时需要采用其他方式。AZ桩主要作为帷幕结构,特性是比同位置的HZ桩短,可以在AZ桩腹板转角位置焊接钢管,利用加压泵在振动贯入时加压辅助沉桩,既能快速贯入钢板桩,又不会破坏打入HZ桩桩底结构,如果遭遇在加压水辅助下仍无法贯入的情况,可咨询设计在满足帷幕功能的作用下,适当切割AZ型钢板桩。

5 打桩平台选择

本工程通道宽度主要为12m和40m,在沉桩过程中选用了两种打桩平台,两种平台分别适用于两种类型的通道宽度,两种打桩平台如图:2所示。

图2 两种打桩平台示意

第一种是适用于较窄宽度的组合式钢结构平台,可直接放置在完成钢板桩上,适用于10-15m通道宽度的打桩工作,且由于打桩起重设备及打桩设备的荷载都作用在钢板桩上,适用条件比较严格,适合于在打桩完成后钢板桩悬空高度不宜过高的情况。在这种条件下联排组合桩整体性高,受压不宜变形,在适宜的条件下,这种平台在沉桩过程中的平稳性好。

第二种是与钢管桩进行连接固定的打桩平台,需先打入4根辅助钢管桩,适用于20m以上通道宽度的打桩工作,每组平台长度约10m,每个打桩平台四角的钢管桩与先打入的辅助钢管桩采用插销固定,平台同时作用在回填土和钢管桩上,利用三组平台完成打桩循环回转。这种平台需要对通道先进行部分回填,回填高程需达到高潮位以上,平台的稳定性主要依靠辅助钢管桩,部分荷载作用在回填土上。

6 沉桩精度控制

沉桩精度控制包括垂直度和平面位置精度。桩身垂直度的精度偏差是控制桩身倾斜度不大于±1%,平面位置精度偏差是控制在设计位置的±75mm范围之内。

本工程精度控制的重点为导向架定位辅助桩的精度控制,HZ桩的垂直度主要依靠导向架的垂直度来控制。因此,在打入导向架定位辅助桩后,需严格复测辅助定位桩桩顶标高及平面位置坐标,保证安放后的导向架平面位置精度及高程精度。

7 结语

国内钢板桩施工一般在临时护岸、围堰工程等临时性构筑物等中应用较多,施工工艺较为成熟,但海上钢板桩施工实例较少。本文介绍了两种打桩平台的适用条件,在沉桩过程中遭遇砂盘或岩层沉桩采取的沉桩措施,海上钢板桩的沉桩工艺,为类似海上钢板桩的施工提供参考。