海上CANTITRAVEL平台桩基施工关键技术

中交第一航务工程局有限公司中交一航局第二工程有限公司2018年11月目录一、 引言 3二、 工程概况及重难点 32.1工程概况 32.2工程特点及难点 4三、 施工总体安排 4四、 施工总平面布置 5五、 CANTITRAVEL平台介绍 65.1 施工方案比选： 65.2 海上CANTITRAVEL平台设计 6六、 施工工艺及操作要点 76.1施工流程： 76.2CANTITRAVEL平台施工要点 7七、 施工效果介绍 187.1施工效率 187.2施工质量控制 18八、 实践中的经验和教训（完善中） 18九、 工艺创新点 18十、 结语 19引言厄瓜多尔波索尔哈多用途码头项目位于瓜亚斯省波索尔哈镇，瓜亚斯河河口、瓜亚基尔港口下游，距离瓜亚基尔市约120公里，约两个小时车程。工程主体为顺岸板式高桩码头，码头长度为400m，桩基结构为混凝土桩，岩层以上全护筒包裹，护筒壁厚0.95cm，设计总量320根桩基；边坡采用块石护坡，边坡1:2.1，桩基上部为预制桩帽，安装预制面板，上部为现浇钢筋混凝土结构，分2层浇筑，整个上部结构梁厚1.5m。码头面宽36.43m，设1道伸缩缝。码头后方采用抛石堤护岸，上部设混凝土搭板与码头相连。本文根据项目所在地区位于深水港、工期紧、任务重等特点，研究出新的施工工艺，采用海上CANTITRAVEL平台桩基施工工艺，为以后类似工程项目施工提供借鉴经验。图1.1码头典型断面图图1.1码头典型断面图工程概况及重难点2.1工程概况厄瓜多尔波索尔哈多用途码头工程，为新建400m顺岸式高桩板式结构码头，共64排架，每排架有5跨，分别为A-E轴，其中A和E轴桩基为φ1016mm，BCD轴桩基为φ914mm，桩基为混凝土灌注桩，岩层以上采用钢护筒包裹，设计最大桩长33.25m，设计最小桩长17.35m，设计总数320根，码头区域平均水深8-11m，最大波高2.1m-2.4m,潮差2m，潮流达1.6m/s，地质主要为泥岩和砂岩结构。2.2工程特点及难点结合本项目实施情况，具体以下特点及难点：1）码头施工工期639天，包含设备调遣等时间，工期紧，任务重，且当地设备资源匮乏，设备调遣周期长，费用高。2）采用国内常规工艺，即打桩船进行沉桩、钢平台进行混凝土灌注的方式无法满足工期要求，且成本大，施工难度高。3）拟建工程地质较为复杂，主要为砂岩与泥岩结构，泥岩地质容易造成塌孔严重。4）当地法律对安全及环保要求高，对施工过程中的安全、噪音、环境保护等均有明确要求，尤其是水上作业，严禁污染海域。充分考虑以上各种因素，在保证履约的同时，最大可能地减少施工成本，综合分析，创新研究了海上CANTITRAVEL平台桩基施工工艺。原理是CANTITRAVEL平台利用已完成桩为基础，将水上作业变为陆上作业，采用平台上吊机与钢丝绳的牵引力为动力，使钢平台通过行走轮沿行走梁轨道槽行走，达到位置后设置车挡，防止溜车，测量并调整限位架，进行循环施工。施工总体安排平台是从多米尼加采购二手设备，根据桩基间距和工期要求，对钢平台重新设计，现场进行焊接拼装。考虑钢平台拼装区域沉降，在底部安装6个大型混凝土块作为支点，混凝土顶部标高与桩基保持一致，形成过渡面，拼装完成后钢平台上吊机，然后安装行走梁，并通过吊机牵引力形成动力，将钢平台沿行走梁轨道槽移动，实现钢平台陆转海施工。后通过行走轮调整方向实现钢平台转向，最后在钢平台上进行桩基施工，一个循环可打设10根桩基，B/D4根桩基作为行走梁支点，待桩基混凝土强度达到24MPA后可移动钢平台至下个循环施工。施工总平面布置1.钢平台组装：钢平台组装和焊接需要较大场地，结合项目施工总平面，综合考虑优先从桩基南侧（南围堰）施工，由于钢平台需要在陆地上进行组装，后通过行走梁方式实现陆转海施工，在南围堰靠近1-3排架后沿桩基施工区域采用块石回填一块区域，并安装6个混凝土支墩（两排）作为钢平台基础，混凝土支墩中心与1-3排架桩基中心保持一致。图4.1平台组装区域平面图和断面图2.制桩场和钢筋笼场地：规划桩基先从南围堰区域开始施工，钢护筒长度24-30m，钢筋笼绑扎也需要30m，由于受场地和设备资源限制，需缩短钢护筒与钢筋笼的倒运距离，在靠近南围堰区域规划制桩场地和钢筋笼绑扎场地。图4.1平台组装区域平面图和断面图CANTITRAVEL平台介绍施工方案比选：项目桩基设计要求：桩基采用混凝土灌注桩形式，岩层以上采用全护筒包裹，两种规格形式桩基，即φ1016mm和为φ914mm，钢护筒为薄壁结构，厚度9.5mm。方案一：采用国内调遣打桩船组的方式进行钢护筒沉设，然后搭设钢平台进行混凝土灌注；方案二：设计打桩平台进行桩基所有施工作业。基于桩基形式以及钢护筒厚度等因素，海外调遣船机周期长、成本高，风险也大，而且该类型钢护筒不适合采用打桩船沉桩，采用贝雷架搭设的钢平台循环次数少，浪费资源，无法上大吊机进行施工作业，效率慢，无法保证项目履约。综合分析，设计加工海上CANTITRAVEL平台进行桩基施工，可以连续作业，不受任何海况影响，加工改造周期短，成本低，适用范围广。海上CANTITRAVEL平台设计CANTITRAVEL平台由巴西EXE设计计算，可以满足250t履带吊、桩顶钻机作业、振动锤以及发电机等施工机具设备的存放荷载要求，平台主要包括四大系统，分别是作业系统、打桩定位系统、支撑行走系统、夹桩系统，为确保履约，我方参与整个设计过程，通过工期计划分析，将设计由打一排桩替换成两排桩同时进行，进一步提高施工效率，经论证该设计可行。图5.2.1CANTITRAVEL平台效果图图5.2.1CANTITRAVEL平台效果图注：红色代表行走梁和钢桩帽；棕色代表钢平台；蓝色代表悬挑梁和垂直支架，浅红代表限位架；绿色代表正在打设得桩基（2排10根桩基），深蓝代表已浇筑完成桩基，黄色代表桩帽。施工工艺及方法6.1施工流程图：施工施工准备平台移动实现陆转海安装定位系统和平台转向桩基钻孔及浇筑安装桩帽及连接杆（夹桩系统）安放行走梁并移动桩基结束，下码头6.2CANTITRAVEL平台施工要点6.2.1施工准备平台拼接组装：CANTITRAVEL平台为旧设备改造，严格按照设计尺寸加工，采用分块拼装焊接方式形成整体，为了缩短加工周期，直接在已浇筑完成的混凝土支墩上进行组装。组装流程：行走梁及行走轮安装—一侧主梁安装—一侧悬挑梁安装—同理另外一侧主梁安装及悬挑梁安装—吊机主梁安装—次梁及支撑架安装—铺设钢板网和栏杆扶手等附属设施。详细安装图见下：第一步：安装行走梁及行走轮安装第二步：安装一侧主梁及悬挑梁安装第三步：另外一侧主梁及悬挑梁安装第四步：吊机梁安装CANTITRAVEL作业平台CANTITRAVEL平面图6.2.2平台移动实现陆转海结合现场吊机性能，将180T吊机进行拆解，分块吊装至钢平台顶部，然后在平台上进行再次组装，缩短吊机上平台的时间。钢平台移动前，先完成1-3排架D和C轴桩基，1-3排E轴桩基位置打设直径1.5m钢护筒，防止回填块石挤压D轴和C轴桩基。平台组装区域混凝土支墩轴线与桩基保持一致，前沿2个混凝土支墩中心距离D轴桩基中心12.57m，即行走梁长度，平台移动前，先将已完成的6根桩基与混凝土支墩采用连接杆固定，形成夹桩系统，避免平台移动过程中产生侧压力造成偏位引起事故；行走梁支撑桩钢护筒外侧安装钢桩帽，钢护筒外侧增加两道同厚度竖向加强板，进行焊接，防止钢桩帽侧向压力挤压钢护筒产生侧向位移。图6.2.2-1CD桩基与混凝土支墩连接图图6.2.2-1CD桩基与混凝土支墩连接图待准备工作完成后，安装钢丝绳，采用吊机+平衡架垂直提举牵引钢丝绳产生一个水平力，使钢平台通过行走梁沿着行走梁轨道槽移动，直至达到位置。图6.2.2-2CDCANTITRAVEL平台移动由陆转海图图6.2.2-2CDCANTITRAVEL平台移动由陆转海图注意事项：1）行走梁翼板之间采用螺栓连接，梁底与混凝土支墩预埋钢板和钢桩帽进行焊接连接；2）平台组装完成后，调整高度，使混凝土支墩标高与D轴桩基标高保持一致，保证两道行走梁接口处间距小于1cm，无错台，行走梁顶面斜度小于0.5°；3）行走梁安放在钢桩帽中心，防止偏位造成事故。6.2.3安装定位系统和平台转向安装定位系统：CANTITRAVEL平台由陆转海移动到指定位置后，前轮安装车挡，后轮采用三角板将行走轮与行走梁点焊，防止平台溜车。平台定位系统分前侧和两侧，可同时打设10根桩基，主要包含悬挑梁安装，垂直支撑架，上下两层限位架。图6.2.3-1定位系统图限位架限位轮垂直支架悬挑梁限位架限位轮垂直支架悬挑梁图6.2.3-1定位系统图定位系统控制整个打桩精度，安装过程中确保精度满足设计要求，定位系统分两次安装，第一次是平台移动至海上后安装一侧定位系统，然后打设1-3排架A和B轴桩基，完成后拆卸该侧定位系统，平台转向，然后安装前定位系统，增加配重，再安装两侧定位系统，届时整个CANTITRAVEL平台全部完成，具备循环施工条件。定位系统中悬挑梁安装是关键工序，为了确保悬挑梁不变形，悬挑梁垂直插入钢平台次梁内，搭接长度不小于1m，采用四周满焊连接。平台转向：转向原理即是将平台由垂直于码头方向调整为平行于码头方向前进，主要通过调整行走轮的方式改变行走方向。1-3排架A-D轴桩基全部完成后，在平行于码头方向安装两道12.57m行走梁，主要支撑桩是1B和3B；1D和3D，安装完成后CANTITRAVEL平台移动至B轴和D轴桩基之间，通过计算确定移动长度，最终要确保转向后行走轮支撑点刚好位于平行于码头方向的行走梁中心。图6.2.3-2行走梁布置图图6.2.3-2行走梁布置图注：红色和紫色为12.57m行走梁；蓝色和绿色为8.47m行走梁钢平台+吊机总重量为330T,每个行走轮支撑点82.5T，现场有2个200T液压千斤顶，调整行走轮方向先从一侧（2个）进行调整，然后再调整另外一侧（2个）行走轮。采用2个200T千斤顶同时均匀将一侧平台顶起1-3cm，然后采用手拉葫芦将行走轮取出，后调整至平行于码头方向的行走梁位置，安装完成将行走轮与钢平台进行焊接连成整体，同样方法移动另外一侧行走轮并焊接。图6.2.3-3平台转向原理图图6.2.3-3平台转向原理图注意事项：1）行走轮与钢平台焊接位置提前焊接25厚度平钢板，面积大于行走轮顶部平面，竖向采用25厚度钢板焊接井字架，加固支撑点受力；2）2个液压千斤顶在平行于码头方向同时起顶，注意观察行走轮，顶起1-3cm即可。6.2.4桩基钻孔及浇筑桩基混凝土达到25Mpa后可以安装行走梁，即48小时后可移动平台。BD轴桩基是支撑行走梁，为避免桩基浇筑完成后，混凝土强度未达到而耽误平台移动，所以桩基浇筑顺序为N(B/C/D轴桩基)—N-1/N-2(A轴桩基)—N+1（BCD轴桩基）—N-1/N-2(E轴桩基)。一个循环10根桩基，两排架，前方2排B/C/D轴桩基，两侧2排A轴和E轴桩基，单根桩基施工流程如下：插打钢护筒—桩顶钻机钻孔—桩顶钻机拆除—安装钢筋笼—清孔—安装混凝土导管及浇筑—安装桩帽和灌浆—安装夹桩系统—移动平台至下一循环1）插设钢护筒：采用振动锤进行插打钢护筒，两种直径钢护筒，为了缩短调整振动锤夹具时间，在陆地接桩时，914直径钢护筒顶部采取变径方式，长度1.5m,另外为防止钢护筒底部在打设过程中变形，底部焊接加强板。图6.2.4-1钢护筒打设图图6.2.4-1钢护筒打设图2）桩顶钻机钻孔：钻机原理是反循环钻机，配套机具有动力柜和空压机，钻头为亚伦钻，适用于地质较硬区域，具有钻孔快、无扩孔、操作方便等优点。采用吊机将钻机垂直吊至钢护筒上，钻机与钢护筒纵轴线对齐后紧固抱桩系统，使得钻机与钢护筒连成整体。钻机安装完成后，吊机依次安装钻头和钻杆，然后开始钻孔。桩顶钻机原理是通过抱桩系统内部的密封圈和抱桩器使护筒内部形成一个密封空间，施工期间不断向钢护筒中注入高压水，并且与钻杆系统配合。在钻杆高速旋转过程中，钻杆内部流速快于钻杆外部流速，根据流体流速不同形成压强差。使钻渣与水顺着钻杆排出护筒。由于钻渣为原海底物质，未添加任何成分，直接排放至海底，并定期检查水质情况。图6.2.4-2钻机钻孔流程图第一步：吊钻机第二步：安装钻杆第三步：钻孔第四步：钻完后吊离3）钢筋笼安装：桩基钢筋笼分两节制作，分别是底部变径钢筋，顶部加长钢筋，所有绑扎接口需要焊接，防止绑扎接口松开。安装过程中采用130T吊机配合平台上180T吊机作业。4）二次清孔：钢筋笼安装完成后，二次测量孔深，底部沉渣超过5cm，需要采用气举管进行二次清孔，采用气举反循环原理进行清孔，直到孔底无沉渣为止。图6.2.4-3二次清孔图图6.2.4-3二次清孔图5）混凝土浇筑：由于泵车长度无法直接将混凝土泵送至导管顶部，在平台上提前布置地泵管。混凝土坍落度以22±2cm为宜，并有一定流动度，保持坍落度降低至15cm的时间不少于1小时。施工前做好交底，防止导管提出混凝土面。为了确保浇筑桩基浇筑高度，在设计桩顶位置开口，开口处安装一个容器，用于接收混凝土沉渣。图6.2.4-4混凝土浇筑图图6.2.4-4混凝土浇筑图6）PDA试验检测：按照设计要求，安装桩帽前进行PDA检测，数量为抽取设计总量10%。图6.2.4-5PDA检测图图6.2.4-5PDA检测图6.2.5安装夹桩系统1）桩帽安装及灌浆：桩帽与钢抱箍桩采用螺栓连接，制作十字吊架，通过手拉葫芦调整桩帽标高，桩帽安装完成后，桩帽内侧与钢护筒空隙处进行灌浆，由于灌浆部分区域在水下，需要借鉴灌注桩浇筑的方式进行灌浆，自制一个直径约4cm（间隙5cm），长度2m的漏斗，顶部扩大口，将漏斗伸入间隙内。浇筑前在底部铺设一层5cm的小石子，防止底部漏浆，为提高施工效率，采用分层灌注的方式进行施工，第一层浇筑高度为50-80cm，浇筑12小时后，将间隙内的水抽干后再进行灌浆，二次灌浆完成24小时后，可以取下吊装架和手拉葫芦。图6.2.5-1桩帽安装图6.2.5-1桩帽安装2）安装连接杆：完成桩帽灌浆后，按照设计要求，安装连接杆，将已完桩基形成整体，连接杆与钢桩帽采用插销连接，方便安拆。图6.2.5-2夹桩系统安装图6.2.5-2夹桩系统安装6.2.6安放行走梁并移动待桩基混凝土强度达到25Mpa后，可进行平台的移动，移动前在支撑行走梁桩基上安装钢桩帽，钢护筒焊接加强板，调整钢桩帽顶部标高，保持一致，采用平台吊机将后面两道12.57m行走梁安装在前面，与平台底部行走梁顺接，调整接口尺寸并焊接连接，平台移动前，先将平台底部与行走梁之间连接杆拆掉，然后采用吊机+平衡架方式拉伸钢丝绳牵引形成水平力，直到平台移动至下一跨并固定，平台底部与行走梁之间连接杆铰接，形成整体。图6.2.6平台移动图图6.2.6平台移动图6.2.7CANTITRAVEL平台下码头所有桩基完成后，CANTITRAVEL平台需要下码头，由于支撑行走梁钢桩帽顶标高+5.55m，BD轴位置码头面层标高为+5.60m，高差5cm，行走梁长度12.57m，坡度为0.3%，小于设计要求的0.5%，满足要求，最终行走梁一端安装在桩基，一端安装在码头面层上，形成过渡层。移动步骤：1）移动前，先将定位系统架、配重块和其他设备机具通过履带吊吊装至码头面层，并通过平板车倒运指定位置，目的是减少整个平台配重；图6.2.7-1定位系统及施工机具吊装2）吊机牵引力为动力将整个平台缓慢通过行走梁行驶到码头面层；3）在码头面层上通过250T吊机将180T吊机进行拆解，并通过平板车运到指定地方再次组装；图6.2.7-2平台移动至码头并拆解4）同理，平台在码头面层上进行拆解，然后采用250T吊机分块吊离。图6.2.7-1定位系统及施工机具吊装图6.2.7-2平台移动至码头并拆解注意事项：1）安装在码头面层上的行走梁之间应采用连接杆连接，尤其是端头，采用两道连接杆连接，形成整体；2）码头面层上行走梁底部铺设两层土工布，防止破环混凝土面层。施工效果介绍7.1施工效率海上CANTITRAVEL平台上配备一台180T吊机，可进行所有桩基作业，不受其他施工和自然环境干扰，最高效率可达1.5根/天，包含桩基浇筑、桩帽安装和灌浆等施工作业，单纯钻孔及浇筑可达2根/天，施工效率较其他工艺有极大提高。7.2施工质量控制海上CANTITRAVEL平台进行桩基施工，采用上下两层限位架控制桩位平面位置和垂直度，施工质量容易控制，平面位置偏差≤50mm；桩基垂直度平均不超过0.5°误差。实践中的经验和教训8.1在钢平台限位