鋼護筒海上施工工藝與質(zhì)量控制研究

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摘要：巴基斯坦深水港碼頭前擋墻樁基施工克服了樁基總算多，直徑大，海上施工及地質(zhì)條件復(fù)雜等困難，通過不斷實踐，針對連排式含鎖扣鋼護筒施工總結(jié)出行之有效的控制方法。

關(guān)鍵詞：鋼護筒；無覆蓋層；騎跨式導(dǎo)向架

1工程概況

1.1概述

巴基斯坦深水港碼頭項目位卡拉奇港keamari防波堤東側(cè)，為新建集裝箱深水碼頭，采用連續(xù)錨定板樁碼頭的結(jié)構(gòu)形式。前擋墻長1.6km，基礎(chǔ)由637根帶鎖扣的鋼護筒鉆孔灌注樁。樁與樁間通過鎖扣連接，間距為2600mm，鋼護筒外徑為2500mm，壁厚20mm，長25m。

1.2工程地質(zhì)條件

前擋墻鋼護筒施工在碼頭區(qū)域挖泥至-18m之后進行，地質(zhì)層主要以堅硬的泥巖層和砂巖層為主（無側(cè)線抗壓強度qu為13~53（kg/cm2））。

1.3工程水文條件

水位：最高天文潮位+3.4m；平均最高高潮位+2.4m；平均最低高潮位+2.3m；平均海平面高度+1.6m；平均最高低潮位+1.1m；平均最低低潮位+0.4m；最低天文潮位-0.6m。

1.4工程特點

①前擋墻鋼護筒之間采用L型和T型鋼咬合的鎖扣連接，鎖扣間隙小，使得鋼護筒之間相互制約影響，樁身垂直度及平面樁位具有累加性，可調(diào)整空間小，對質(zhì)量控制精度要求高。

②施工區(qū)域挖泥到-18.0m后，海床面只有30~50cm厚的回淤細(xì)泥沙，以下為堅硬的巖層。在沉樁過程中鋼護筒會直接遇到堅硬巖層，沉樁過程中樁身穩(wěn)定性差。

③平均海平面高度+1.6m，海床面為-18.0m，加之受導(dǎo)向架遮擋影響，長25m的鋼護筒在樹樁調(diào)整階段平均觀測長度僅有3-4m，對垂直度調(diào)整造成極大干擾。

④本項目鋼護筒采用機械半自動卷制螺旋焊管。在卷制過程中受人工微調(diào)及卷制誤差影響。鋼護筒樁身每道鋼板之間會出現(xiàn)0~5mm的錯位，產(chǎn)生局部的突起或凹陷，在觀測長度短的情況下對樁身垂直度判斷造成極為不利的影響。

2施工方案

2.1施工方案簡述

2.1.1階梯型騎跨式液壓導(dǎo)向架的定位及固定

將導(dǎo)向架放置在上一根已沉設(shè)鋼護筒上，在測量工程師的協(xié)助下對導(dǎo)向架前端鎖扣限位槽進行定位確保鋼護筒的沉設(shè)在前排樁前進軸線上。定位完成后夾緊導(dǎo)向架液壓夾鉗，并對導(dǎo)向架定位點進行復(fù)測，控制誤差在垂直前進軸線±10mm。

2.1.2鋼護筒的起吊與豎樁

鋼護筒運抵現(xiàn)場時，首先須檢查鋼護筒及鎖扣的線性、直徑，初步判斷鋼護筒是否大小頭、局部突起或凹陷，一并作為鋼護筒垂直度控制的調(diào)整依據(jù)。起吊之前鋼護筒底口處廢輪胎，防止在起吊過程中因鋼護筒自重使底口變形。豎立后，割除底口的十字內(nèi)撐放入導(dǎo)向架，避免鋼護筒碰撞導(dǎo)向架。

2.1.3鋼護筒垂直度、樁位調(diào)整

在測量工程師的觀測配合下，通過在樁身頂端與底端鎖扣處焊接調(diào)節(jié)墊塊及兩端調(diào)節(jié)頂輪對鋼護筒的垂直度進行調(diào)整，確保沉樁后滿足樁基施工技術(shù)要求，平面位置偏差小于50mm，垂直度偏差不允許超過1/100。

2.1.4鋼護筒初沉

振動錘在起吊過程中要慢、穩(wěn)，避免碰撞。壓錘后復(fù)測垂直度，垂直度滿足要求后開始。振動錘啟動后先采取低轉(zhuǎn)速點震，使鋼護筒平穩(wěn)穿過海床回淤層，避免出現(xiàn)鋼護筒急速下沉的情況。隨著鋼護筒遇到堅硬巖層或如入深度較多而導(dǎo)致貫入度下降時，才逐漸提高振動錘轉(zhuǎn)速。當(dāng)貫入度連續(xù)3分鐘低于5cm/min或鋼護筒頂口距導(dǎo)向架空間不足時停錘，當(dāng)入土深度滿足穩(wěn)樁要求時便可進行下一根鋼護筒的沉設(shè)。

2.1.5鋼護筒復(fù)沉

在鋼護筒內(nèi)旋挖過后進行，進行鋼護筒復(fù)沉，振動錘采用低轉(zhuǎn)速起震，再逐漸增加振動錘轉(zhuǎn)速至鋼護筒開始下沉。當(dāng)貫入度突然增大或鋼護筒接近設(shè)計標(biāo)高時應(yīng)立即降低振動錘的轉(zhuǎn)速，并用采用點震的方式沉設(shè)到位。在復(fù)沉的過程中，如果貫入度連續(xù)3分鐘為0cm/min時應(yīng)及時停錘，避免造成鋼護筒或振動錘的損傷。

3質(zhì)量控制方法

3.1垂直度控制

垂直度控制是鋼護筒沉設(shè)質(zhì)量控制的核心，分為豎樁調(diào)整、沉樁預(yù)防和整體預(yù)估三個方面。

3.1.1豎樁調(diào)整

當(dāng)鋼護筒自然豎立在導(dǎo)向架中時，依據(jù)測量工程師提供的兩個軸線方向的垂直偏量分別可調(diào)節(jié)滾輪和在樁身頂端與底端鎖扣的焊接調(diào)節(jié)墊塊對鋼護筒的垂直度進行調(diào)節(jié)。在垂直度符合規(guī)范要求后，吊裝振動錘并在壓錘穩(wěn)定后再次檢測鋼護筒垂直度，確保沉樁前垂直度小于1/200。

3.1.2沉樁預(yù)防

由于海床面無覆蓋層，地質(zhì)堅硬，在沉設(shè)過程中鋼護筒的穩(wěn)定性極差，樁身會出現(xiàn)劇烈的反彈和搖擺，從而使垂直度發(fā)生變化。應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)情況調(diào)整豎樁的垂直度精度。同時在沉設(shè)過程中及時調(diào)節(jié)振動錘的震動頻率，降低不利影響。

3.1.3整體預(yù)估

鋼護筒海上沉設(shè)施工采用鋼護筒全長25m，海床標(biāo)高-18m，平均海平面高度+1.6m，加之受導(dǎo)向架遮擋、鋼護筒頂口變形的影響，鋼護筒在樹樁調(diào)整階段平均有效觀測長度僅有3-4m，對鋼護筒的局部凹陷或凸起，在如此短的觀測長度下幾乎無法發(fā)現(xiàn)，可能造成對樁身垂直度的誤判，甚至出現(xiàn)同一軸線兩側(cè)垂直偏量方向相反的自相矛盾的情況。

因此需對鋼護筒的垂直度控制還需采取整體預(yù)估的方法。鋼護筒的垂直度會受到前一根的影響，形成累計誤差。沉設(shè)鋼護筒在自然豎立的情況下垂直度應(yīng)呈現(xiàn)出之前已沉設(shè)鋼護筒總體垂直度狀態(tài)，當(dāng)觀測結(jié)果自相矛盾或與已沉設(shè)鋼護筒整體垂直偏量方向有沖突時以整體偏量方向為判斷依據(jù)，由此可排除對垂直度的誤判，確保沉樁質(zhì)量。

3.2鋼護筒平面位置控制

平面位置控制可分為初沉、復(fù)沉階段控制和連排式鋼護筒總體長度控制。

3.2.1初沉階段控制

鋼護筒初沉階段主要依靠騎跨式階梯型液壓導(dǎo)向架控制樁位，通過導(dǎo)向架前端鎖扣限位槽控制鋼護筒的樁位。但是在鋼護筒沉設(shè)過程中，受基槽開挖不平、振動錘油管自重以及海床經(jīng)無覆蓋層、地質(zhì)堅硬所造成的樁身現(xiàn)劇烈的反彈和搖擺引發(fā)的樁位位移，情況嚴(yán)重時甚至引起的導(dǎo)向架發(fā)生錯位。為克服以上不利情況，初沉過程中樁位位移方向具有階段的一致性。根據(jù)已沉設(shè)鋼護筒的樁位位移情況對導(dǎo)向架前端鎖扣限位槽的定位進行反方向調(diào)整，同時在初沉過程中避免強震，從而對樁位進行控制。

3.2.2復(fù)沉階段控制

在鋼護筒復(fù)沉的過程中，強震是必須手段的。為了避免對鋼護筒樁位造成不利影響，可以通過以下兩種方式進行控制：①護筒初沉后，入土深度不滿足穩(wěn)定性要求時需復(fù)沉，當(dāng)鋼護筒與導(dǎo)向架發(fā)生劇烈晃動時應(yīng)立即調(diào)整振動錘震動頻率。②護筒初沉后，入土深度滿足穩(wěn)定性要求但樁頂距離導(dǎo)向架沒有足夠空間進行復(fù)沉，應(yīng)繼續(xù)施打下一根鋼護筒，待需復(fù)沉鋼護筒兩端被已沉設(shè)鋼護筒固定后方可經(jīng)行復(fù)沉。③護筒初沉后，入土深度不滿足穩(wěn)定性要求且樁頂距離導(dǎo)向架沒有足夠空間進行復(fù)沉，應(yīng)進行護筒內(nèi)旋挖后方可復(fù)沉。

3.2.3連排式鋼護筒總體長度控制

前擋墻鋼護筒共637根，鋼護筒的沉設(shè)后實際總體長度決定了碼頭的整體長度。在鋼護筒沉設(shè)過程中，受鋼護筒直徑誤差及鎖扣焊接誤差的影響，軸線長度誤差不斷累積變化。在優(yōu)先確保垂直度的前提下，通過鎖扣處焊接調(diào)節(jié)墊塊增大或減少鎖扣之間的間隙，從而對樁位軸線總長度做出微調(diào)，確保其在可接受的區(qū)間內(nèi)，處于可控狀態(tài)。

4工程進展中出現(xiàn)的問題及解決方案

4.1騎跨式階梯型液壓導(dǎo)向架焊縫開裂

在沉樁過程中導(dǎo)向架始終處于劇烈震動狀態(tài)，搖晃和抖動對導(dǎo)向架產(chǎn)生極大的影響，日積月累造成導(dǎo)向架的焊縫出現(xiàn)開裂，甚至脫焊。為避免導(dǎo)向架的過度損壞，在鋼護筒樹樁調(diào)整的過程中嚴(yán)禁將兩端的可調(diào)節(jié)滾輪頂死，預(yù)留少量間隙以防止在沉樁過程中鋼護筒帶動導(dǎo)向架發(fā)生共振。如果在沉樁過程中由于地質(zhì)層堅硬造成鋼護筒劇烈搖擺跳動所引發(fā)的導(dǎo)向架劇烈擺動，當(dāng)立即降低振動錘的震動頻率，以避免對導(dǎo)向架造成過多損害。在沉樁完成后對導(dǎo)向架進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時修補，防止問題擴大造成導(dǎo)向架無法使用或發(fā)生安全事故。

4.2鋼護筒頂口開裂

鋼護筒頂口開裂可分為三種情況：其一，護筒在沉設(shè)過程中在貫入度較低的情況下累積施打時間過長，造成鋼護筒頂口夾鉗處鋼板產(chǎn)生金屬疲勞而發(fā)生撕裂。應(yīng)視沉樁貫入度的大小而定，當(dāng)累積沉樁時間達到20-30分鐘后發(fā)生頂口撕裂屬于正常情況，在地質(zhì)條件較好時應(yīng)避免強震以減少此類情況發(fā)生。其二，護筒累積施打時間短，貫入度較大（15-20cm/min），且振動錘整體出現(xiàn)不正?；蝿?，鋼護筒頂口夾鉗處鋼板整體斷裂，斷裂處向內(nèi)凹陷。此類情況是由于振動錘夾鉗齒板無法夾緊或夾鉗整體松動引起的鋼護筒頂口夾鉗處鋼板溫度急速上升并受拉斷裂引起。更換夾鉗齒板或檢修夾鉗后可避免此類情況發(fā)生。其三，鋼護筒累積施打時間短，貫入度較小（5-15cm/min），且振動錘動力頭發(fā)生劇烈跳動，鋼護筒頂口夾鉗處鋼板發(fā)生整體斷裂，該情況在排除上述第二種情況之后仍繼續(xù)發(fā)生。應(yīng)是地質(zhì)堅硬造成振動錘整體反彈，使得頂口夾鉗處鋼板溫度急速上升并受拉斷裂引起?？稍阡撟o筒頂口夾鉗處焊接加強板避免此類情況發(fā)生。

4.3鋼護筒垂直度及樁位在沉設(shè)過程中發(fā)生較大變化

鋼護筒在沉設(shè)過程的傾斜和位移將對質(zhì)量控制造成不利影響。主要原因如下：地質(zhì)堅硬和無覆蓋層導(dǎo)致鋼護筒在沉設(shè)過程中穩(wěn)定性差；基槽不平，造成鋼護筒底部受力不均勻；鋼護筒頂口不平，造成擊振力無法垂直向下傳達。以上因素會造成鋼護筒的垂直度及樁位發(fā)生變化，可通過在樹樁調(diào)整過程中在鎖扣處焊接調(diào)節(jié)墊塊預(yù)防垂直度可能出現(xiàn)的變化，并提高垂直度控制要求至1/200。而對于樁位的變化可通過將導(dǎo)向架鎖扣限位槽進行反方向預(yù)留1-2cm進行預(yù)防。當(dāng)發(fā)現(xiàn)在沉設(shè)過程中出現(xiàn)較大的變化時，應(yīng)立即停止施打。如果滿足入土深度要求停止；如果不滿足入土深度要求，則重新夾緊導(dǎo)向架夾鉗后復(fù)沉，復(fù)沉?xí)r注意調(diào)節(jié)振動錘的震動頻率，避免強震。

4.4鋼護筒鎖扣在沉設(shè)過程中發(fā)生熔化

在沉樁過程中，鋼護筒始終處于震動狀態(tài)，使其與鄰近鋼護筒和鎖扣摩擦、熔化，最終導(dǎo)致鋼護筒相互連接無法復(fù)沉，甚至護筒內(nèi)壁出現(xiàn)瘤狀物無法旋挖成孔。為了預(yù)防以上現(xiàn)象，可以通過焊接調(diào)節(jié)墊塊將相鄰鋼護筒的鎖扣相互分離，減少摩擦面，并在沉樁過程中采取噴水降溫的方式防止鋼護筒和鎖扣發(fā)生熔化。

4.5鋼護筒大小頭、中部突起或凹陷

鋼護筒受加工誤差影響，會有少量鋼護筒出現(xiàn)大小頭、中部突起或凹陷。此類鋼護筒可通過鋼護筒內(nèi)徑驗收數(shù)據(jù)或目測發(fā)現(xiàn)。大小頭型鋼護筒可根據(jù)現(xiàn)場已沉設(shè)鋼護筒垂直度修正方向決定其大頭向上或向下，妥善運用可加大單根鋼護筒對垂直度的糾正效果，有益于連排式鋼護筒垂直度調(diào)節(jié)、控制。而中間突起或凹陷型鋼護筒則需要提前記錄其位置，避免在樹樁調(diào)整階段造成垂直度的誤判，同時鎖扣焊接調(diào)節(jié)墊塊應(yīng)避開問題部位，防止鋼護筒下放的過程中出現(xiàn)鎖扣卡死的情況。

4.6沉設(shè)完成后鋼護筒底口變形

個別鋼護筒沉設(shè)完成后旋挖成孔過程中，在鋼護筒底口處發(fā)生卡鉆。經(jīng)過鋼護筒內(nèi)抽水后對鋼護筒內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，鋼護筒垂直度滿足1/100要求，但底口失圓變形嚴(yán)重，無法滿足旋挖鉆頭直徑要求，該情況是由于相鄰兩根鋼護筒鎖扣方向的垂直偏量方向相反造成的，使得鋼護筒底口部位相互擠壓變形，造成鎖扣方向內(nèi)徑變小。由此得出，連排式鋼護筒沉設(shè)垂直度控制需逐步糾正，不可單次大幅度調(diào)整，嚴(yán)禁相鄰鋼護筒軸線先進方向垂直偏量方向相反。

5結(jié)束語

該項目前擋墻樁基鋼護筒沉設(shè)施工克服了樁基總數(shù)多，直徑大，海上施工及地質(zhì)情況復(fù)雜等諸多困難。通過不斷是實踐，針對連排式含鎖扣鋼護筒施工總結(jié)出行之有效的質(zhì)量控制方法。由于連排式鋼護筒彼此相連、相互影響、相互制約，以其獨有的特性對鋼護筒沉設(shè)的質(zhì)量控制提出了更高的要求。在施工過程用要勤觀察、勤測量、勤總結(jié)，堅決不可麻痹大意，力求穩(wěn)妥，切忌求快。只有在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上才能保證進度。

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作者：胡仁華 單位：中交二航局五分公司