海上移动打桩平台打设钢管桩施工

王春兵

摘要：以沉设完成的工程桩作为支撑，安装海上移动打桩平台，履带吊行走在移动平台上，采用履带吊吊打的施工工艺完成竖向钢管桩的沉设施工；通过在平台上安装斜桩导向架，履带吊起吊锤笼完成斜向钢管桩的沉桩施工。海上移动平台打设钢管桩，解决了海况复杂的海域打桩船无法沉桩或者沉设钢管桩无法满足技术要求的难题，施工速度快，钢管桩偏位小，起到了很好地技术经济效果。

关键词：打桩平台；柴油锤；锤笼；导向架；送桩器

1引言

智利圣文森特国际码头扩建和修复项目是由我公司承建的一项国际项目，其中项目包括在1、2、3#既有泊位方向上，新建一个4#泊位，新建4#泊位长264m，宽38m，横向44个排架，纵向6排钢管桩，其中D、G轴为斜桩，B、E、F、H轴为直桩，共330根钢管桩，直桩198根，斜桩132根，桩径为1000mm，桩位分布如图1-1。

前期钢管桩施工是由我公司打桩船进行沉桩施工。工程所在的海域波浪属于长周期波，波的周期为16～26s，浪高经常达到2.1m，涌浪大，打桩船打桩过程中尽管采取了双重测量校核控制、打桩船加大吃水深度、选择波高小于1.3m时打桩等措施，打桩船受涌浪的影响仍然摆动很大，无法精确定位，造成桩位偏差和倾斜均严重超出技术规格书要求，打桩工程一度被业主停工。并且在新建4#泊位的施工过程中，不能影响1、2、3#既有泊位的正常运营，打桩船经常给来往船只起锚让道，不能连续施工，打桩有效工作天数少，平均每月沉桩有效天数为7天。为了解决偏位较大的问题保证沉桩质量和提高沉桩效率，经过公司专家组的多次讨论和论证，参考智利当地钢管桩施工经验，由我公司研发中心设计的海上移动平台打桩能够保证钢管桩精确定位，保证了沉桩质量，并且海上移动平台打桩受风浪的影响较小，可以连续施工，大大提高了沉桩功效。

2.3平台打桩

在安装好的平台上安装250吨履带吊，吊机各构件由方驳运输，打桩船负责安装。根据直桩和斜桩桩位分布，合理编排直桩和斜桩的沉桩顺序，每跨中先完成直桩的沉桩施工，直桩采用履带吊吊打施工工艺完成沉桩，斜桩采用导向架导向、锤笼吊打施工工艺完成斜桩的施工。

2.4平台的移动

2.4.1打桩平台四跨总梁编号为1、2、3、4，三片行车道板编号为①、②、③。首先完成平台前方第一排E、F轴直桩的沉桩，切割桩头至设计标高。吊机驻位在①、②两块行车道板上。如图图4-7。

2.4.3吊机吊临时存放在定位架上的③号行车道板安装在前排4、1号两跨主梁上，完成行车道板的前移工作。如图图4-9。

3.2平台沉桩施工工艺介绍

3.2.1钢管桩落泊就位

方驳运桩船运桩至沉桩现场。方驳装桩时，按照平台打桩顺序排列钢管桩在方驳上的顺序。

3.2.2履带吊索桩、吊装

每根钢管桩的端头4m处焊接两个对称的吊耳，钢管桩一端起吊，履带吊吊起钢管桩一头的两个吊耳缓缓起吊，钢管桩另一端打开移动小车的刹车装置，小车在吊机的牵引下缓缓前进（小车轨道是由26#槽钢焊接在方驳甲板上），完成钢管桩的立桩工作。

3.2.3直桩入定位梁限位器内

测量人员提前在定位梁上放样出桩位，精确安装直桩限位器，履带吊吊桩入限位器内，插桩时随时观察桩位垂直度，桩在限位器内垂直度有偏差，调整吊索使桩体垂直，桩在自重的作用下插入泥中，桩体自沉稳定后，解开桩头吊耳处索具。

3.2.4斜桩入导向架内

测量人员根据桩位放样出导向架安装控制点，精确安装导向架。履带吊移动钢管桩入导向架限位器内，缓慢下放，下放到一定深度转动吊机大臂，使钢管桩倒进导向架上的液压抱箍器内，缓慢下放钢管桩，完成钢管桩的自沉。

3.2.5柴油锤吊打

直桩吊打时吊机吊柴油锤套在直桩上进行沉桩，柴油锤打桩初时，低档位轻击数锤。锤击沉桩过程中，吊机司机时刻关注钢丝绳的松紧程度，及时松绳，避免柴油锤锤击力作用在钢丝绳，损坏起吊设备或造成安全事故。

斜桩吊打是平台打桩的难点和重点，技术要求高，施工难度大，要始终保持柴油锤、桩体在一直线上，打桩过程中随着桩体下沉，吊机司机既要及时调整钢丝绳松紧程度，根据斜桩的下沉及时调整大臂角度，使柴油锤、桩体在一直线上。吊打斜桩过程中，专人负责操作液压抱箍器，当锤笼靠近液压抱箍器时，及时打开液压抱箍器，防止锤笼碰撞液压抱箍器，损坏液压抱箍器或者造成安全事故。

3.2.6PDA动测

桩体要至设计桩底标高时或贯入度达到设计要求时，进行PDA动测实验，应按经高应变检测确定的档位锤击，以确保桩的承载力在设计要求的停锤贯入度下达到设计承载力。

图3-1：平台沉设直桩

图3-2：平台沉设斜桩

3.3柴油锤选择计算

3.3.1柴油锤选择考虑因素

a.能保证单桩承载力达到设计要求

b.要考虑桩的入土深度即桩的自重大小

c.要考虑锤击力不大于桩的极限强度的50%。

3.3.2柴油锤选择

根据各地经验，每个型号的柴油锤，其最大的成桩能力（单桩极限竖向承载力）约为100倍的型号数（KN），本工程单桩极限承载力为10000KN，柴油锤型号大于100KN。初步选择D-125柴油锤，经过动载试验测试，D-125柴油锤满足现场施工要求。

4移动平台的优点

4.1海上移动平台打桩是以中间两跨（E、F轴）的直桩作为平台的支撑体系，不需要另外打设辅助钢管桩，大大减少了作业量。同时打桩平台可以实现一次倒运、打设多根，提高了打桩效率。

4.2海上移动平台打桩过程中通过履带吊对平台构件的吊装，自行完成平台的向前向后自由移动，在打桩的同时平台还可以后移兼顾上部结构纵横梁的施工。并且平台组成构件较少，总共包括4跨总梁和3块行车道板，平台移动时起吊次数少，移动速度快。

4.3沉桩质量得到保证：打桩平台桩位控制精度高，误差在10cm以内，沉设的钢管桩偏位都在设计误差范围内。

4.4沉桩效率高：由于受海况、天气、港区进出船等因素的制约，打桩船沉桩功效为每月15根。通过采用打桩平台，由水上施工变陆地施工，受海况的影响较小，可以连续施工，沉设直桩每天2根，斜桩每天一根，平均每月完成35根，沉桩工效大大提高。并且桩位控制精度高，沉设的钢管桩偏位都在设计误差范围内。

4.5平台整体性高，平台组成部件较少，减少了吊装的次数及存放的位置，提高了吊装的效率。

4.6相比于打桩船，打桩平台在打设过程中如果出现短桩等情况时，可以跳过短桩继续向前沉桩，不影响沉桩施工正常推进，等短桩海上接桩完成后，利用打桩平台回头完成短桩的复打工作。对于打桩船一旦出短桩情况，由于打桩船打桩顺序不能改变，打桩船必须停止施工，等待接桩完成后才能复打。

5平台打桩中施工重点和难点

5.1平台各构件焊接一定要牢固，由于平台各构件都要承受上部较大的上部荷载，250吨履带吊重为243T、D125柴油锤加锤笼重为42T，导向架重为41T，平台自重也非常大，总梁自重为34T，行车道板自重为19T，加上打桩过程中，打桩锤带来巨大冲击力，必须保证平台各构件的焊接质量，各构件焊接全部采用气保焊，所有构件全部采用坡口焊接，构件关键焊接部位全部做探伤和UT。保证平台的焊接质量。

5.2总梁安装定位要准确，如果总梁安装偏移较大，可能导致总梁定位梁侧边在斜桩理论位置上，斜桩无法沉设。总梁偏位过大，导致U型加固器无法使导向架固定在定位梁上。

5.3平台施工过程中，平台工作面小，所有的构件都集中在平台上，平台工作面小，250吨履带吊体积庞大，只能在平台上短距离移动，正常施工时导向架一直竖立在导向梁上，履带吊吊装、转向都受到很大制约；1台吊机同时兼顾导向架安拆、吊打桩、更换锤、平台推进转移，如何有效提高工作效率困难较大。平台沉桩操作过程中都是大吨位构件作业，总梁、行车板、导向架、钢管桩等构件定位操作难度大。利用小车单侧吊桩时，控制小车送桩速度难度大，要采取充分措施避免钢管桩滑移速度失控。导向架安装在定位梁上，人员操作难度大，并且导向架高度为24m高，定位安装都有很大的困难。

5.4打桩过程中，人员配备一定要充足，尤其在沉设斜桩过程中，设置专人负责液压抱箍器的打开工作；专人负责检查打桩平台和导向架工作状况，打桩过程中如发现如发现打桩平台和导向架位出现位移、震动异常，及时停锤，查找原因；专人负责观察打桩锤的工作状况，是否有溜桩等现象发生，出现异常，及时停锤。现场设置一名总调度，所有人员听从指挥，现场每人配备一台对讲机，出现异常情况及时通知，停止打桩。

5.5打桩平台施工过程中，起重频繁，所有的吊具必须经过精确的计算，方可使用。起吊打桩锤吊具选用的是钢丝绳；起吊总梁、行车道板、导向架吊具选用的是吊带，起吊这些构件吊具较长，选用钢丝绳直径在40mm以上，自重太大、起吊角度较大，人员很难操作。

5.6合理编排沉桩顺序，确定平台前移跟打桩顺序的关系，确定每根斜桩导向架跟平台的相对位置，以及吊机的站位。

6平台打桩施工中遇到的问题及解决办法

6.1导向架起吊开始采用托底4点起吊，导向架总高24m，中心在8m高度，起吊过程中稍微碰撞，导向架极易发生倾覆，经过多次研究，在导向架顶部另设一根抽芯缆，五点起吊，很好地解决了导向架不稳定问题。

6.2第一次斜桩沉设时，锤笼无法自由套在钢管桩上。经过仔细的分析，锤笼不滑动是由于柴油锤、替打都是锤笼的滑道内自由滑动，起吊锤笼的吊点在锤笼的骨架上，而不是在柴油锤上，当替打套在斜桩上，松动起吊钢丝绳，柴油锤的重量跟着压在锤笼上，锤笼一直别在钢管桩上，锤笼根本无法自由落体下滑套在钢管桩上。找出原因后，必须解放锤笼，锤笼方可下滑，最后采用大钩起吊锤笼，利用小钩辅助起吊柴油锤。

6.3打桩平台斜桩沉桩过程中，送桩器送桩时，钢管桩出现卷边现象，主要是钢管桩受力不均匀，出现了单点受力，钢管桩很容易卷边变形。钢管桩内径为950mm，送桩器下部插头直径为925mm，长度为1.9m，送桩器插头经过一层焊接加厚，长度加长，处理后的下部插头直径为935mm，长度为2.5m，送桩器套在钢管桩上，锤笼套在送桩器后，送桩器跟钢管桩受力面接触面积在85%以上，保证了钢管桩均匀受力，顺利解决了钢管桩卷边问题。

6.4平台设计时只考虑了吊机的最大起吊距离，未考虑吊机的最小起吊距离，在施工中，吊机站在两个行车道板上，另外一个行车道板在前移过程中，由于安装距离小于吊机的最小起吊距离，行车道板无法安装，最后采用倒链辅助才安装到位。同样为考虑吊机最小起吊距离，个别斜桩导向架安装遇到同样的问题，仍然需要利用倒链辅助才能安装到位。

7效益评估

采用打桩船打桩，由于涌浪太大，打桩船有效工作天数很少，加上新建码头施工期间，不能影响码头的正常运行，打桩时打桩船必须给所有的进出港的船只起锚让道，导致打桩船工作窗口极少，打桩船平均每月完成15根钢管桩的沉设。利用打桩平台沉桩，沉设一根直桩需要4小时，沉设一根斜桩需要7小时，平均一月能完成35个钢管桩，较之打桩船施工效率大大提高；并且打桩平台是一种新的沉桩工艺，打破了传统的单一的海上沉桩施工工艺，大大增强了海上沉桩的施工能力。

8总结

随着海外市场的不断拓展，港口工程建设区域不断扩大。港址从自然条件良好的天然海湾逐渐向外海转移，有些港口工程建设区域往往位于强浪海域或中长周期波浪海域，海况复杂，气候恶劣，传统沉桩方式受到了很大的制约，利用海上平台沉设钢管桩，受海况和天气的影响制约小，作为一种新的海上沉桩施工工艺，随着对海上打桩平台理论研究的不断完善及施工技术的不断改进，平台打桩施工工艺具有广阔的发展前景。