可重复利用桩靴在排水板施工中的应用

◎ 邓集波 中交四航局第三工程有限公司

1.前言

在排水板施工过程中，因为插板工程量大，工期紧张，对桩靴强度及质量要求极高，桩靴在插板机施工过程中是非常重要的一个环节，当在进行插板施工时，一次性桩靴在实际施工中发现有较多不利因素：一次性桩靴在插板机施工过程中对地质要求较苛刻，本项目水上PVD施打厚度最厚处为26m，水上插板机桩锤激振力为20t，但水下地质情况复杂，施工中遇到砂层或硬夹层后一次性桩靴很容易被破坏，导致插管堵管且留不住带，极大地影响水上插板施工质量及功效；桩靴需要按照插管芯轴尺寸定制，芯轴不能随意更换，如一次性桩靴尺寸与芯轴尺寸偏差较大，那么桩靴很难在施打过程中保护插管不堵管，将极大地影响施工功效；插板机施工平台空间有限，一次性桩靴需要从海上转运至插板机平台上，但平台无法存放足够多的一次性桩靴，需要来回转运，海上运输时间长，运输成本大，将极大地影响施工进度与成本控制；一次性桩靴为方形结构，厚0.35mm的柔性铁片，在本项目地质情况复杂的情况下，非常难以协助插管击穿中间硬质夹层，且极容易被破坏使得插管堵管断带，极大增加施工成本及降低了施工功效；本项目排水板合计约3万根，如使用一次性桩靴需要3万个且需要进口，相比可重复利用桩靴而言数量极多，增大了施工成本。所以本文用另一种思路改进它，来保证施工的安全、质量、功效和成本。

2.工程概况

科托努5号码头工程位于非洲西部，贝宁国境东南部，几内亚湾北岸。防波堤总长350m，东护岸总长891m，2个10万吨级通用泊位，码头岸线550m，码头后方陆域约21.0万m2，陆域回填251万m³砂（含堆载用砂）以及旧堤拆除和北护岸，合同总造价约12,202.5万欧元，总工期38个月（含8个月准备期）。

科托努5号码头工程排水板总工程量约3万根，排水板需插入海床以下的深度8.6m-26m，排水板施打深度较大，最大排水板需插入海床以下的深度26m，最小排水板需插入海床以下的深度8.6m。

3.基本原理

该可重复利用桩靴在使用时会通过桩靴上的U型卡拉住排水板，在排水板施打至设计深度后上提插管时，通过与孔壁之间的摩擦力使桩靴与插管分离，桩靴与排水板端头暂时留在原地；随着插管上提，周边的泥土涌至原来插管所在处盖住桩靴与排水板端头；插管上提超过铁链长度后，桩靴被一同提起上拉，排水板在经过反复试验确定的70cm厚泥土掩盖所产生的摩擦力与土压力作用下留在指定深度。桩靴随插管一同提至平台上清洗后即可开始下一个点位施工。

整体改进想法来源于项目团队在水上插板机初期试机过程中发现一次性桩靴易损坏、插管容易堵管、插板机打不到设计深度和留不住带等问题，通过对桩靴接触泥面的一面和包裹芯轴的一面进行改良，将桩靴与插管通过铁链连接实现了桩靴的优化。经过多次优化设计，从“铁链+角钢+钢板+底部锯齿状钢板+U型卡”到“铁链+角钢+钢板+底部尖底钢板+U型卡”，逐步减少桩靴钢材用量，测试其可操作性、穿透能力、施工工效及阻挡泥沙堵管效果；调整铁链长度，得到了最佳的链条长度为70cm，最后确定“铁链+角钢+钢板+U型卡”的形式［1］，经过试验，满足本项目使用要求。

图1 可重复利用桩靴正视示意图

图2 可重复利用桩靴侧视示意图

图3 桩靴三维示意图

图4 现场安装图

4.材料与设备

采用钢板、角钢、链条、U型卡等组成整套可重复利用桩靴。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺特点及施工准备工作

第一，施工工艺特点。本工艺改进后，施工速度快、便捷，脱带容易，基本不会造成回带现象，桩靴能够重复利用，不需重复更换，简单高效。施工过程中，工程部验证各工序的效率和预设参数的准确性[2]，确保施工精度和质量。同时分析环境对施工的影响，包括长周期波、海流和风等因素。确定工效，并记录插板机在不同土层交接面和PVD末端位置的压力变化。工程部收集参数和数据，并进行整理和分析。质检部按照验收标准进行验收，并将施工参数的收集分析总结逐步推广至涌浪较大环境中施工。根据现场条件，与船机部联合改进可能出现的操作问题[3]。完成施工后，进行总结并再次进行技术交底，确保下一步工作的顺利实施。第二，施工准备工作。技术人员、船员和操作手需熟悉PVD技术规格书、施工图纸等技术文件，勘测现场并了解施工环境和水文天气条件，如地质、浪高、波周期、流速、风力等。技术主管和测量班按设计要求布置塑料排水板，整理各点位坐标，准备施工安全技术交底，记录施工情况。C型塑料排水板需经第三方检测合格后方可进场，确认厂家证书及质检报告符合要求，订货并运至现场。施工区附近搭建临时仓库存放排水板等材料，整齐防雨晒。插板机平台为坐床式门架，重约75.5吨，安装横移、纵移系统、振动锤、卷扬机、桩架等。重心在底座以上11.5m，驳船吊装协助移动。排水板钢管、振动锤卡槽安装在桩架上，卷扬机吊装振动锤，桩架侧上下插板；桩架、卷扬机等装在纵移小车上，油缸移动纵向1.7m，横移大车齿轮条驱动横向移动。插板机桩架高43m，最厚处施打26m，满足设计需求。支腿液压升降调整水平和垂直度。

5.2 操作要点

可重复利用桩靴使用角钢作为桩靴的底部，再在角钢上焊接一块足够封堵插管芯轴的钢板，在钢板上焊接一个U型卡，用以固定排水板，再把钢板的一端与插管用铁链焊接，链条长度为70cm，当排水板施打至设计标高，插管上提时，桩靴的一端（U型卡封口端）会被插管周边的土体挂住，而另一端（U型卡开口端）将被连接在插管上的铁链上提，上提到一定高度时，桩靴将松开排水板，此时排水板将被插管端头的周边土体压住，随即排水板端头将保持在该设计标高。需要注意的是，塑料排水板在进场前需要经过第三方检测单位的合格检测。确认其厂家产品合格证和质量检测报告已获得批准，并符合技术规格书和ITP要求。然后进行批量订货，并组织运送至施工现场。通过GPS对驳船进行定位并固定锚缆，平台缓慢下放至触底，利用平台上的GPS和液压支腿调整桩架垂直度。施打平台标记入水深度刻度。操作人员在作业平台上操作横移大车和纵移小车，将插板机准确移动至设计桩位，复核垂直度和平面精度，并记录。在作业平台上，将塑料排水板插入套管，用铁丝固定，再折回20cm插回套管，确保排水板完好无损。桩靴尺寸与排水管接近，长度不小于排水管最大长度。操作人员控制振动锤进行插板，防止淤泥堵塞通道，确保排水板通畅。在插板过程中，辅助工人整理和检查排水板，清理插板机带出的淤泥。打入地基的排水板需整板，若需要接长，满足搭接要求。接长板要分散使用，相邻板无接头，搭接长度≥30cm，记录在表中。拔起桩管，观察回带现象并记录，若回带长度超过500mm，补打一根。同时启动震动和提锤，禁止单纯使用卷扬机硬拔。根据定位移动插板机至下一桩位，进行下一根排水板施工，安排专人记录。当船位所有桩位完成后，将作业平台吊起，移船至下一船位。

表1 一次性桩靴制作成本

表2 可重复利用桩靴制作成本

5.3 技术组织措施

进行水上塑料排水板典型施工时，首先分发和学习专项施工方案与典型施工方案。然后进行二、三级施工安全技术交底，确保施工安全。在施工过程中进行详细记录，并进行典型施工总结。最后进行二次交底，以确保施工顺利进行。

6.优势分析和推广价值

1）改良后的桩靴通过铁链与插管连接，通过反复试验，得到了最佳的链条长度在70cm（太短容易回带，太长容易断，不经济），在插管上提时，铁链能及时提拉桩靴并带动桩靴拉钩解开排水板，方便快捷，可重复使用，节约成本。

2）使用钢板替换铁片，提高了桩靴强度，使其能够承受较大压力，有效避免桩靴破损，并且增强了对硬质层的穿透能力。

3）使用“铁链+角钢+钢板+U型卡”桩靴，能够使得插管在施打过程中少进泥沙，减少堵管现象发生。

4）可重复利用桩靴相比一次性桩靴在水上PVD施打施工中，提升了使用性，利于向市场推广，可进一步用于本项目陆上插板以及其他项目类似场景。

施工现场经过大量实践表明：可重复利用桩靴在施工过程中，施工速度快，施工方便，减少资源浪费，节省了施工成本，也保障了施工质量；经过改造，更加实用，利于向市场推广。

本项目所用的桩靴改造材料基本为废料，不需要单独购买。经过询价与比较，可重复利用桩靴的制作成本（含损耗）相对本项目的一次性桩靴费用减少97%，极大地节省了材料费和较多的加工成本及陆上和水上运输成本，施工质量效果好，水上插板的施工效率提升明显。

7.结论

采用可重复利用桩靴替代原来的一次性桩靴，通过铁链与插管连接在插管到达设计深度上提时，铁链能及时提拉桩靴并带动桩靴拉钩解开排水板，方便快捷，可重复使用，节约项目成本，使用钢板替换铁片，提高了桩靴强度，使其能够承受较大压力，有效避免桩靴破损，并且增强了对硬质层的穿透能力，使用“铁链+角钢+钢板+U型卡”桩靴，能够使得插管在施打过程中少进泥沙，减少堵管现象发生，可重复利用桩靴相比一次性桩靴在水上PVD施打施工中，提升了使用性，利于向市场推广，可进一步用于本项目陆上插板以及其他项目类似场景。