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浅谈液压振动锤沉桩施工技术陈广庆，林小弟，许师文，潘寸发（中交二航局第三工程有限公司，212003）【摘 要】本文主要介绍了苏州港张家港港区长江国际码头结构加固改造工程采用液压锤沉斜桩的施工工艺方法。总结了一套在复杂地质条件下钢管桩施工的经验，以供类似码头改造工程钢管桩施工参考。【关键词】钢管桩；施工工艺；液压锤；斜桩1 项目概况1.1工程概况苏州港张家港港区长江国际码头位于长江下游澄通河段中段福姜沙南水道，张家港保税区内十字港河口上游，上游距鹅鼻嘴炮台圩节点航道里程约16km，距吴淞口航道里程约140Km，现有1#、2#、3#散装液体石化产品专用泊位各1个。本工程水工建筑物需新建高桩墩式结构的系靠船墩5座，墩台基础采用6根1000钢管桩及2根1000钻孔灌注桩，交错布置。墩台施工前需拆除作业平台相应位置内的横梁、纵梁、面板和桩基，然后沉桩并浇筑墩台。系靠船墩台前方设有750KN快速脱缆钩，前沿布置DA-B600H型橡胶护舷。1.2地质条件本工程位于长江水道右岸低河漫滩，岩土层主要为第四系全新统河流冲积形成的河床相及漫滩相地层组成。土层可分为人工填土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉细砂、粉质粘土夹砂、粉土。上部软土、中部粉细砂、下部粘性土夹砂、底部粉细砂这四部分组成。拟改造码头区段岸线较为顺直，陆域现为长江国际罐区及转运、分装区，场区地面高程为+7.0米左右，建成的码头区岸坡坡脚有抛石保护，引桥两侧见有芦苇草丛，低潮时泥面出露。1.3方案与设备优化选择 新建1#-5#系靠船墩的钢管桩施打工程共计有30根桩。其中斜率为4:1的桩为15根，斜率为8:1的桩为15根，单根桩长度为40-47m不等，累计桩长为1320m。由于可以直接完成施工的水上全旋转式打桩船全部在国外作业，调遣费用巨大；而若采用常规打桩船来进行钢管桩沉桩，所能提供的施工断面不能满足常规打桩船作业半径的施工要求。经过多方面考虑，故采用水上起重船+振动锤附加水冲的方法施工。方案经过设备需求、质量、安全、进度和成本等对比分析，确定采取现有150t浮吊和55NF液压振动锤吊打施工工艺。2 设备特性及要求2.1起吊设备要求 该工程的管桩最长为47m，振动锤的高度以及吊钩钢丝绳的位置高度6m，施工过程的起升总高度为53m。锤自身重量8t，管桩自身重量为:W=470.0246616（1000-16）=18.247t，总重量26.247t。河床泥面距旧码头的面层高度为17m，水深12m。考虑到原码头的承载能力及施工作业面，确定起重设备为150T浮吊负责施工作业。另配备25t汽车吊作导向架的加工及拆移工作。2.2桩锤选型根据 粘质土 4 砂质土 以及苏州港张家港港区长江国际码头结构改造加固工程施工图纸及地质勘察报告可以得出公式： =1360KN 其中T为摩擦阻力，H为沉桩入土深度，N为贯入系数，D为管桩直径，H、N取最大值（H=30，N=28，D=1），为4:1斜桩的斜边比直角边。 经综合考虑，选择ICE永安机械的55NF型振动锤（如图4）,其最大激振力为2223KN，额定激振力为1700KN，满足设计要求。主要性能数据见下表1： 55NF型振动锤 表1序号名称型号（大小）单位1偏心力矩54Kgm2最大转速1700rpm3额定激振力1710KN4最大激振力2223KN5长宽高mm254079029886总重Kg7000 选择新设备液压振动锤具有以下优势详见表2。 ICE高频液压振动锤对比 表2相对电动锤的优势相对柴油锤的优势锤身的全封闭设计，可在水下作业免除撞击打桩的高噪音构造简单，维修保养工作量小没有油料污染，对环境有利体积小重量轻却能提供强大性能。在相近性能下，重量只是电动锤的一半以下高效施工能力，施工速度一般比柴油锤工法高6-10倍操作安全，免除高压电的危险性对不同桩径作出快速调整，不受桩长的限制根据土质需要可做限级振动频率调节打桩和拔桩用同一套设备，不须任何改变高频率振动大量减低土壤阻力，使打桩拔桩更加顺利仅需吊机配合使用，操作容易闭式液压油路设计，可以根据载荷自动调整功率输出，提高沉桩效率做钻孔桩时，同一钢套管能重复使用 ，节省成本主动振动轴承润滑冷却系统，最大限度降低发热延长产品寿命选择齿轮油冷却系统，可以在高热及艰难地质条件下顺利施工2.3桩长选定钢管桩在选定桩长的时候，应充分考虑接桩部位及导向架固定等因素。由于桩底标高为-35m至-41m，泥面标高为-11m，导向架的底部标高为7m，因此第一节桩长选定30m，第二节桩长为余下长度。3 沉桩工艺3.1工艺流程钢管桩的沉桩施工工艺流程如图1所示：1：拆除新建系船墩施工区域结构物钢管桩采购、检验、防腐2：搭设工字钢平台3：定位安装导向架4：钢管桩插桩、沉桩5：钢管桩接桩、再沉桩6：桩位复测、调整7：施工平台拆除和移场 图1 钢管桩沉桩施工工艺流程图3.2导向架的制作根据本项目设计要求，导向架加工制作4:1与8:1各作一套，导向架主要由工字钢与槽钢构成，结构刚性较好。导向架高3米，主梁为长2.3米的槽钢，横撑为2根长1.3米的12角钢与2根1.3米的20槽钢。如图2和图4所示：图2 导向架设计图 图4 55NF液压振动锤 图5 导向架实物图 3.3工作平台固定首先测量需要的孔位，并在码头面层钻孔，孔径4.5cm。用4cm的对拉螺杆将8080cm的钢板固定在码头面层上，然后将2根双拼工字钢横跨在钢板上，并用三角筋固定牢固。如图6所示。图6 工字钢梁平台3.4施工要点控制3.4.1沉桩定位及桩位的控制根据现场情况，沉桩测量定位采用任意角交会，交会角介于30150，采用水平仪、经纬仪和全站仪三种仪器进行沉桩测量控制。当沉桩完毕后解除振动锤时，管桩由于其自身倾斜所产生的重力方向上的分量，会使桩有轻微的后仰。因此，需估测换打前后的偏位值，以确定斜桩仰俯角和桩位的提前预留量。3.4.2沉桩监控方法利用导向架倾角控制系统调整桩的仰俯角，现场施工技术人员可用三角尺配合水平尺进行检测。浮吊船调整好自身的水平、方位和确定振动锤夹钢管位置后替打，测量再次观测桩的偏位和倾斜度，确定各项控制数据完全达到设计要求时，可以开始施打。起先锤击原则：打桩初时，起锤激振力应较小，通过观察桩身、导向架、振动锤等中心轴线一致后，方可转入正常施打，以避免偏心振动。振动沉桩过程中，起先宜采用激振力低振，在桩由软土层进入硬土层时，应改用高振动力；快至设计桩顶标高时，应按使用高激振力档位施工，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，无特殊原因，振动要保持连续，以免土壤恢复而增加其对沉桩的阻力。3.4.3吊桩方式选择在钢管桩桩顶下方约10cm处对称开两个6cm的孔，然后对该孔进行适当的打磨，以利于卡环的卡扣，在吊桩时，钢丝绳配卡环卡扣在已打好的6cm孔内，同时用副钩钩住桩尖，水平移动离开其装载的方驳后，副钩慢慢下放，卡环吊住桩顶徐徐上升，直至该桩垂直，进入导向架口。钢管桩在起吊过程中应避免由于碰撞、摩擦等原因造成涂料破损、管节变形和损伤，同时在起吊、沉桩过程中应避免钢索、钢抱箍、导向架口等接触、摩擦、碰刮钢管桩，并在接触面、点采取包裹柔性材料的措施。3.4.4沉桩控制标准（最终控制标准按现场试打桩而定）1) 沉桩以贯入度控制为主，标高作为校核。控制贯入度为最后三次激振力锤击不大于5mm/击，但应注意避免引起钢管桩桩尖卷口。若桩尖标高距设计标高超过1m时，应与设计单位研究解决。2) 桩端已达到设计标高，而贯入度大于控制贯入度时，应继续锤击，使贯入度接近控制贯入度，沉桩如受施工水位影响，应协同设计单位研究解决。3) 沉桩控制标准根据现场沉桩的实际施工情况作适当的调整。4) 沉桩时要根据打桩趋势及标高情况进行掌握，以免钢管桩桩尖卷口。4 关键问题及解决措施 浮吊与液压锤结合施打的工艺中，完善的组织协调以及现场操作人员的熟练度是施工关键点。总结分析此方案还存在如下问题如下表3。 关键问题及解决措施 表3序号关键问题解决措施 1平台、导向架的安全性由专业技术人员仔细验算，焊接牢固，确保可靠安全2上下管桩焊接优化浮吊性能，采用环形铁皮固定桩口，确保无缝隙对接3管桩斜率控制测量定位确保底座双拼工字钢必须水平，导向架定尺制作4施工进度控制可以采用全回转浮吊，优化焊接工序，增加焊机设备5接桩的质量控制通过测量器具，确保接桩同轴，采用直流焊机及时探伤检测5 总结ICE高频液压振动锤沉桩工艺初步在码头结构加固改造项目中运用，解决码头特殊区域