盘锦30万吨原油码头超硬地层沉桩施工技术

李汉涛 LI Han-tao；周斌 ZHOU Bin

（中国葛洲坝集团第六工程有限公司，昆明 650206）

（China Gezhouba Group No.6 Engineering Co.，Ltd.，Kunming 650206，China）

1 概述

本工程为新建30万吨级原油码头，由1座码头和1座引桥组成，均采用桩基墩式结构，用大跨度钢桁架引桥连接。工程所在海域地质条件复杂，设计要求桩尖达到层顶高程-49m处极密实粉细砂层，但在层顶高程-12.15～-36.09m处夹有极密实粉细砂，土质不均，分布不连续，平均厚9.67m，标准贯入度在60＜N＜70击之间，该层厚度较大时将给沉桩施工带来极大困难及误判导致桩端未有效穿透底部粘性土等现象。

2 主要船机设备性能

采用“葛飞腾2”打桩船，该打桩船配备D-180柴油锤锤击Φ1.5m钢管桩，成功穿透10m左右的极密实海底粉细砂层，这在国内同类型打桩船中尚属首次完成，打桩船和打桩锤性能见表1和表2。

表1 “葛飞腾 2”打桩船技术性能表

表2 D-180柴油锤性能表

3 施工方法

3.1 施工工艺流程 海上沉桩流程：施工准备（安装调试GPS定位系统）→运桩→沉桩船舶驻位→打桩船移至运桩驳起桩→移船立桩→管桩进龙口→移船就位→调平船、调整龙口垂直度或斜度→调整桩位平面扭角和GPS精确定位、收紧缆绳→桩自沉→依据GPS调整船位和龙口→压上柴油锤和替打→依据GPS再次调整船位和龙口→启动小冲程锤击管桩→正常锤击管桩→根据GPS软件反映贯入度变化及时调整锤击频率→满足沉桩控制条件后停锤→估测桩偏位→起吊锤和替打→移船取桩。

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备 首先在岸上已知的坐标控制点上设置GPS参考基站，通过进行参考站安装的GPS信号发射装置与打桩船上的GPS信号接受系统联合调试，把具体桩位坐标、仰/俯角、斜率等参数输入GPS打桩软件，具备打桩施工船舶定位条件。另外要掌握海水的流速和风力等情况，确定每根的沉桩作业时间，确保沉桩质量和安全；熟悉详细的地质资料，以便施工过程中预测沉桩阻力及时调整锤击频率。

3.2.2 移船抛锚定位 打桩船由起重量为15t的抛锚艇负责抛锚，使用4个10t、3个8t海军锚进行海上移船定位工作，每个锚上配用Φ38mm起锚钢丝绳及浮漂，定位船、运桩驳船停泊在打桩船附近，保持150m左右间距。在锚缆设置上，船体左右抛设交叉十字锚和单前进缆以及尾八字锚，锚绳大约布置350m左右，以保持船身平稳。

3.2.3 起桩与立桩 ①起桩。紧松锚缆，将打桩船移至运桩驳船一侧，令两船的中心线保持互相垂直状态，龙门架前倾，下放主副吊钩。钢管桩上设有3个吊点，2个120t主吊钩吊挂靠近桩顶的2个前吊点，1个80t副吊钩吊挂桩尖部位后吊点。待起吊钢丝绳卡环锁好钢管桩后，主副吊钩同步上升，使钢管桩脱离运桩驳船，通过移船绞车松紧锚缆移动打桩船至桩位附近，准备立桩。②立桩。打桩船左边120t主钩与右边80t副钩采用2点起吊将钢管桩由水平状态调整到竖直状态，同时右边120t主钩逐渐带劲，钢管桩将绕轴心扭转180，观察操作台称重计量器，使左右两钩受力平衡，即由2个主钩共同承担桩身自重，此时可将桩身下部副钩吊点的抽销卡环解脱。最后操作桩架变幅油缸使龙口架后倾，让钢管桩与龙口架滑道基本保持平行，桩身靠上龙口架卡背板。启动抱桩器，通过液压支臂抱桩并锁定，操作桩锤绞车使替打沿龙口架轨道滑移，套住桩顶完成立桩。

3.2.4 GPS定位与落桩 ①GPS定位。海上测量定位采用“海工工程远距离GPS打桩定位系统”，该系统主要由三台固定在船体上的GPS流动站和岸基GPS参考站以实时动态模式控制船体的位置、方向和姿态。GPS流动站的坐标数据经信号反馈线路传入计算机测控软件，软件根据船上3台GPS流动站与2台激光测距仪的相对位置，推算出2台测距仪的坐标数据，结合输入软件的桩基要素，从而推算出桩基中心坐标，并在测控软件上显示设计桩位坐标的位置。后续只需将船体动态桩基位置移至设计桩基位置，即可完成精确定位工作，定位精度达到2cm以内。②落桩。通过移船绞车松紧锚缆，按照GPS软件的指示使钢管桩到达设计的桩位，并将钢管桩调整至设计斜率；慢慢下放主吊钩，待桩尖入土2～3m后，暂停下桩，观察GPS软件显示界面，对桩体进行进一步的校正，然后继续下桩，直至在桩体自重作用下不再下沉为止。在此基础上落下桩锤，此时管桩将继续下沉直至稳定，微调船体左右平衡，要求桩锤、替打和桩身保持同一轴线上，检查无误后，解开2个主钩吊索卡环，完成落桩工作，具备开锤条件。

3.2.5 动态控制锤击过程 D-180柴油锤有四个档位，可通过外置手柄拉索控制供油量来调整柴油锤爆发能量应对不同地层情况。一般开锤前，通过关闭柴油锤供油装置的方式，用“空锤”锤击钢管桩3～4次，进一步下沉钢管桩，避免海底淤泥层过厚造成“串桩”现象。待桩身稳定后打开抱桩器和背板，启动桩锤，开始正常施打，开始锤击时油门需控制的小一些，以后逐步加大，直至打至要求的设计标高或控制贯入度。

在盘锦荣兴港30万吨原油码头项目的沉桩施工中，起始地层标准贯入度N≤30击，属于中密砂土层，D-180柴油锤通常使用2挡沉桩。当桩尖进入密实砂土层时，标准贯入度也随之增大，D-180柴油锤切换为3挡沉桩。当标准贯入度N≥60时，沉桩贯入度急剧变小，为突破该地层需切换为4挡沉桩直至桩尖位置达到设计要求。通过实践，“葛飞腾2”打桩船配备的D-180柴油锤在锤击过程中按照地层变化实时动态控制柴油锤锤击状态，可以有效地穿透标准贯入度60＜N＜70的海底粉细砂地层，在满足设计要求的同时，锤击数减少30%，可以有效地延长柴油锤的使用寿命。

3.2.6 停锤 按照本工程钢管桩沉桩停锤标准，以标高控制为主，贯入度为辅。桩尖达到设计标高，最后10击平均贯入度不应大于5～7mm/击。

4 结束语

配备D-180柴油锤和GPS卫星打桩定位系统的“葛飞腾2号”93.5m打桩船，工作精度高，柴油锤爆发能量大，在盘锦荣兴港钢管桩沉桩施工中，成功穿透极密实粉细砂层，可在类似大型海上桥梁工程和港口工程的桩基施工中应用和推广应用。

[1]JTJ 254-98，中华人民共和国行业标准《港口工程桩基规范[S].交通部第三航务工程勘察设计院编制.

[2]许清侠，胡中雄.沉桩的挤土效应[J].地下工程与隧道，1998（03）.

[3]陈海丰，朱宁.沉桩效应的差异分析[J].电力勘测设计，2005（01）.