鋼護(hù)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(shí)踐，針對(duì)連排式含鎖扣鋼護(hù)筒施工總結(jié)出行之有效的控制方法。
關(guān)鍵詞：鋼護(hù)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(xiàng)目位卡拉奇港keamari防波堤?hào)|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(hù)筒鉆孔灌注樁。樁與樁間通過鎖扣連接，間距為2600mm，鋼護(hù)筒外徑為2500mm，壁厚20mm，長25m。
1.2工程地質(zhì)條件
前擋墻鋼護(hù)筒施工在碼頭區(qū)域挖泥至-18m之后進(jìn)行，地質(zhì)層主要以堅(jiān)硬的泥巖層和砂巖層為主（無側(cè)線抗壓強(qiáng)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(diǎn)
①前擋墻鋼護(hù)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(hù)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(duì)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(jiān)硬的巖層。在沉樁過程中鋼護(hù)筒會(huì)直接遇到堅(jiān)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(hù)筒在樹樁調(diào)整階段平均觀測長度僅有3-4m，對(duì)垂直度調(diào)整造成極大干擾。
④本項(xiàng)目鋼護(hù)筒采用機(jī)械半自動(dòng)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(hù)筒樁身每道鋼板之間會(huì)出現(xiàn)0~5mm的錯(cuò)位，產(chǎn)生局部的突起或凹陷，在觀測長度短的情況下對(duì)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(hù)筒上，在測量工程師的協(xié)助下對(duì)導(dǎo)向架前端鎖扣限位槽進(jìn)行定位確保鋼護(hù)筒的沉設(shè)在前排樁前進(jìn)軸線上。定位完成后夾緊導(dǎo)向架液壓夾鉗，并對(duì)導(dǎo)向架定位點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，控制誤差在垂直前進(jìn)軸線±10mm。
2.1.2鋼護(hù)筒的起吊與豎樁
鋼護(hù)筒運(yùn)抵現(xiàn)場時(shí)，首先須檢查鋼護(hù)筒及鎖扣的線性、直徑，初步判斷鋼護(hù)筒是否大小頭、局部突起或凹陷，一并作為鋼護(hù)筒垂直度控制的調(diào)整依據(jù)。起吊之前鋼護(hù)筒底口處廢輪胎，防止在起吊過程中因鋼護(hù)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(hù)筒碰撞導(dǎo)向架。
2.1.3鋼護(hù)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(duì)鋼護(hù)筒的垂直度進(jìn)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(hù)筒初沉
振動(dòng)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(dòng)錘啟動(dòng)后先采取低轉(zhuǎn)速點(diǎn)震，使鋼護(hù)筒平穩(wěn)穿過海床回淤層，避免出現(xiàn)鋼護(hù)筒急速下沉的情況。隨著鋼護(hù)筒遇到堅(jiān)硬巖層或如入深度較多而導(dǎo)致貫入度下降時(shí)，才逐漸提高振動(dòng)錘轉(zhuǎn)速。當(dāng)貫入度連續(xù)3分鐘低于5cm/min或鋼護(hù)筒頂口距導(dǎo)向架空間不足時(shí)停錘，當(dāng)入土深度滿足穩(wěn)樁要求時(shí)便可進(jìn)行下一根鋼護(hù)筒的沉設(shè)。
2.1.5鋼護(hù)筒復(fù)沉
在鋼護(hù)筒內(nèi)旋挖過后進(jìn)行，進(jìn)行鋼護(hù)筒復(fù)沉，振動(dòng)錘采用低轉(zhuǎn)速起震，再逐漸增加振動(dòng)錘轉(zhuǎn)速至鋼護(hù)筒開始下沉。當(dāng)貫入度突然增大或鋼護(hù)筒接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)應(yīng)立即降低振動(dòng)錘的轉(zhuǎn)速，并用采用點(diǎn)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(shí)應(yīng)及時(shí)停錘，避免造成鋼護(hù)筒或振動(dòng)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(hù)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(gè)方面。
3.1.1豎樁調(diào)整
當(dāng)鋼護(hù)筒自然豎立在導(dǎo)向架中時(shí)，依據(jù)測量工程師提供的兩個(gè)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(duì)鋼護(hù)筒的垂直度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在垂直度符合規(guī)范要求后，吊裝振動(dòng)錘并在壓錘穩(wěn)定后再次檢測鋼護(hù)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(jiān)硬，在沉設(shè)過程中鋼護(hù)筒的穩(wěn)定性極差，樁身會(huì)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(shí)在沉設(shè)過程中及時(shí)調(diào)節(jié)振動(dòng)錘的震動(dòng)頻率，降低不利影響。
3.1.3整體預(yù)估
鋼護(hù)筒海上沉設(shè)施工采用鋼護(hù)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(hù)筒頂口變形的影響，鋼護(hù)筒在樹樁調(diào)整階段平均有效觀測長度僅有3-4m，對(duì)鋼護(hù)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(duì)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(duì)鋼護(hù)筒的垂直度控制還需采取整體預(yù)估的方法。鋼護(hù)筒的垂直度會(huì)受到前一根的影響，形成累計(jì)誤差。沉設(shè)鋼護(hù)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(hù)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(hù)筒整體垂直偏量方向有沖突時(shí)以整體偏量方向?yàn)榕袛嘁罁?jù)，由此可排除對(duì)垂直度的誤判，確保沉樁質(zhì)量。
3.2鋼護(hù)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(hù)筒總體長度控制。
3.2.1初沉階段控制
鋼護(hù)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(hù)筒的樁位。但是在鋼護(hù)筒沉設(shè)過程中，受基槽開挖不平、振動(dòng)錘油管自重以及海床經(jīng)無覆蓋層、地質(zhì)堅(jiān)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(shí)甚至引起的導(dǎo)向架發(fā)生錯(cuò)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(hù)筒的樁位位移情況對(duì)導(dǎo)向架前端鎖扣限位槽的定位進(jìn)行反方向調(diào)整，同時(shí)在初沉過程中避免強(qiáng)震，從而對(duì)樁位進(jìn)行控制。
3.2.2復(fù)沉階段控制
在鋼護(hù)筒復(fù)沉的過程中，強(qiáng)震是必須手段的。為了避免對(duì)鋼護(hù)筒樁位造成不利影響，可以通過以下兩種方式進(jìn)行控制：①護(hù)筒初沉后，入土深度不滿足穩(wěn)定性要求時(shí)需復(fù)沉，當(dāng)鋼護(hù)筒與導(dǎo)向架發(fā)生劇烈晃動(dòng)時(shí)應(yīng)立即調(diào)整振動(dòng)錘震動(dòng)頻率。②護(hù)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(jìn)行復(fù)沉，應(yīng)繼續(xù)施打下一根鋼護(hù)筒，待需復(fù)沉鋼護(hù)筒兩端被已沉設(shè)鋼護(hù)筒固定后方可經(jīng)行復(fù)沉。③護(hù)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(jìn)行復(fù)沉，應(yīng)進(jìn)行護(hù)筒內(nèi)旋挖后方可復(fù)沉。
3.2.3連排式鋼護(hù)筒總體長度控制
前擋墻鋼護(hù)筒共637根，鋼護(hù)筒的沉設(shè)后實(shí)際總體長度決定了碼頭的整體長度。在鋼護(hù)筒沉設(shè)過程中，受鋼護(hù)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(duì)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(jìn)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(dòng)狀態(tài)，搖晃和抖動(dòng)對(duì)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(hù)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(hù)筒帶動(dòng)導(dǎo)向架發(fā)生共振。如果在沉樁過程中由于地質(zhì)層堅(jiān)硬造成鋼護(hù)筒劇烈搖擺跳動(dòng)所引發(fā)的導(dǎo)向架劇烈擺動(dòng)，當(dāng)立即降低振動(dòng)錘的震動(dòng)頻率，以避免對(duì)導(dǎo)向架造成過多損害。在沉樁完成后對(duì)導(dǎo)向架進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修補(bǔ)，防止問題擴(kuò)大造成導(dǎo)向架無法使用或發(fā)生安全事故。
4.2鋼護(hù)筒頂口開裂
鋼護(hù)筒頂口開裂可分為三種情況：其一，護(hù)筒在沉設(shè)過程中在貫入度較低的情況下累積施打時(shí)間過長，造成鋼護(hù)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(shí)間達(dá)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(shí)應(yīng)避免強(qiáng)震以減少此類情況發(fā)生。其二，護(hù)筒累積施打時(shí)間短，貫入度較大（15-20cm/min），且振動(dòng)錘整體出現(xiàn)不正?；蝿?dòng)，鋼護(hù)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(dòng)錘夾鉗齒板無法夾緊或夾鉗整體松動(dòng)引起的鋼護(hù)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(hù)筒累積施打時(shí)間短，貫入度較?。?-15cm/min），且振動(dòng)錘動(dòng)力頭發(fā)生劇烈跳動(dòng)，鋼護(hù)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(jiān)硬造成振動(dòng)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(hù)筒頂口夾鉗處焊接加強(qiáng)板避免此類情況發(fā)生。
4.3鋼護(hù)筒垂直度及樁位在沉設(shè)過程中發(fā)生較大變化
鋼護(hù)筒在沉設(shè)過程的傾斜和位移將對(duì)質(zhì)量控制造成不利影響。主要原因如下：地質(zhì)堅(jiān)硬和無覆蓋層導(dǎo)致鋼護(hù)筒在沉設(shè)過程中穩(wěn)定性差；基槽不平，造成鋼護(hù)筒底部受力不均勻；鋼護(hù)筒頂口不平，造成擊振力無法垂直向下傳達(dá)。以上因素會(huì)造成鋼護(hù)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(duì)于樁位的變化可通過將導(dǎo)向架鎖扣限位槽進(jìn)行反方向預(yù)留1-2cm進(jìn)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(shí)，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(dòng)錘的震動(dòng)頻率，避免強(qiáng)震。
4.4鋼護(hù)筒鎖扣在沉設(shè)過程中發(fā)生熔化
在沉樁過程中，鋼護(hù)筒始終處于震動(dòng)狀態(tài)，使其與鄰近鋼護(hù)筒和鎖扣摩擦、熔化，最終導(dǎo)致鋼護(hù)筒相互連接無法復(fù)沉，甚至護(hù)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(hù)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(hù)筒和鎖扣發(fā)生熔化。
4.5鋼護(hù)筒大小頭、中部突起或凹陷
鋼護(hù)筒受加工誤差影響，會(huì)有少量鋼護(hù)筒出現(xiàn)大小頭、中部突起或凹陷。此類鋼護(hù)筒可通過鋼護(hù)筒內(nèi)徑驗(yàn)收數(shù)據(jù)或目測發(fā)現(xiàn)。大小頭型鋼護(hù)筒可根據(jù)現(xiàn)場已沉設(shè)鋼護(hù)筒垂直度修正方向決定其大頭向上或向下，妥善運(yùn)用可加大單根鋼護(hù)筒對(duì)垂直度的糾正效果，有益于連排式鋼護(hù)筒垂直度調(diào)節(jié)、控制。而中間突起或凹陷型鋼護(hù)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(shí)鎖扣焊接調(diào)節(jié)墊塊應(yīng)避開問題部位，防止鋼護(hù)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(hù)筒底口變形
個(gè)別鋼護(hù)筒沉設(shè)完成后旋挖成孔過程中，在鋼護(hù)筒底口處發(fā)生卡鉆。經(jīng)過鋼護(hù)筒內(nèi)抽水后對(duì)鋼護(hù)筒內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)，鋼護(hù)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(hù)筒鎖扣方向的垂直偏量方向相反造成的，使得鋼護(hù)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(hù)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(hù)筒軸線先進(jìn)方向垂直偏量方向相反。
5結(jié)束語
該項(xiàng)目前擋墻樁基鋼護(hù)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(shí)踐，針對(duì)連排式含鎖扣鋼護(hù)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(hù)筒彼此相連、相互影響、相互制約，以其獨(dú)有的特性對(duì)鋼護(hù)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(jiān)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(jìn)度。
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作者：胡仁華 單位：中交二航局五分公司
