高桩梁板结构码头桩基施工技术

'栏目名··高桩梁板结构码头桩基施工技术摘要高桩梁板结构码头由于施工工艺成熟、工期短、经济效益明显等优点而广泛应用于港口建设中。但是高桩码头施工过程复杂，需要注意的问题较多，本文以武汉新港唐家渡港区临港新城综合码头桩基工程为例，总结桩基沉桩施工过程中测量控制、运桩、沉桩等施工工艺，分析了各个施工环节技术要点。关键词桩基工程沉桩施工施工测量贯入度ConstructionTechniquesofPileFoundationforHighPileBeamSlabStructureWharfHuLian1，LiYanqing2(1.CRCCHarbour&ChannelEngineeringBureauGroupCo.,Ltd,ZhuhaiGuangdongProvince,519000,China)Abstract:Duetotheadvantagesofmatureconstructiontechnology,shortconstructionperiodandobviouseconomicbenefit,highpilebeamslabstructurewharfhasbeenwidelyappliedinportconstruction.However,theexecutionprocedureofhighpilewharfiscomplicatedandmanyissuesneedtobenoticed,thisstudytakesthepilefoundationengineeringofintegratedwharfinLingangNewCityofTangjiaduportareaofWuhanXingangasanexampletosummarizetheconstructiontechnologyofmeasurementcontrol,pilecarryingandpilesinkinginthepilefoundationsinkingconstructionprocess,andmakesananalysisonthemainpointsofconstructiontechniquesindifferentperiod.Keywords:PileFoundationEngineering;Pile-sinkingConstruction;ConstructionSurvey;penetration5/6··1工程概况及工程特点1.1设计概况武汉新港唐家渡港区临港新城综合码头位于长江中游的黄州河段唐家渡港区，与鄂州市三江港区隔江相望，水路上行100km可达武汉、下行50km可达黄石，距巴河口约30km。该码头岸线长494m，采用高桩梁板式结构，由码头作业平台及引桥组成。平台为整体式结构，平台长494.0m，宽28.0m，排架间距为8.0m（上下游两端为5m），共63个排架。每个排架由2根Φ900（δ16mm）钢管桩及5根Φ1000PHC桩（含1对叉桩），共计7根管桩组成。总桩数为451根，其中38m钢管桩126根、38mPHC桩（B型-130mm）203根及39mPHC桩（B型-130mm）122根，所有桩基均为整根制作，不存在接桩，且均为摩擦端承桩，桩基持力层为强风化岩。码头平面布置如下图1-1所示：5/6··5/6··图1-1码头桩位平面布置示意图5/6··1.2地质情况施工区域主要分布地层为第四系全新统冲积及冲洪积成因的粉细砂层，下伏基岩为泥盆系粉砂岩，未见基岩裸露。场地内土层情况自上而下分别为素填土、粉质粘土、粉砂、强风化泥质粉砂岩及5/6 ··中风化泥质粉砂岩。1.3施工水位径流年内分配不均，每年自11月进入枯水期至次年4月结束，其中12～3月为全年水位最低的时段。考虑到拟建码头的结构型式、工程进度的要求，桩基工程全部于枯水季节施工，本工程施工水位取10.16m。1.4工程特点及难点⑴本工程由于桩基数量多，且当时施工期水位较低，需要辅助沉桩挖泥；⑵整个桩基工程必须在翌年桃花汛期前完成桩基任务，工期紧；⑶长江上适合本工程桩基施工的船机设备资源稀缺，几乎无备选备用设备，工期延后风险较高；⑷管桩的运距较大，制桩厂在江苏南通，到黄冈项目的水上运距约900km，运输过程中存在较多不确定因素，影响打桩进度。2施工流程和施工方法2.1工艺流程本工程桩基采用锤击沉桩法，根据桩基规格型号及本工程地质情况，经综合分析比较，选用航工桩5（自带GPS、D125柴油锤）打桩船负责本次的沉桩施工任务。在进行沉桩施工前首先是GPS基站的建立和打桩船的进场，同时管桩的制作和运输也要跟进。为了保证打桩船的吃水深度，还需提前进行水深测量和挖泥等准备工作。运桩驳和打桩船抛锚定位后，开始沉桩施工。施工顺序为从上游往下游推进，先岸侧后江侧，并按阶梯形进行，并尽可能减少打桩船抛锚和换缆的次数，以提高工效。施工工艺流程如图2-1所示：施工准备测量控制网复核及GPS基站建立辅助沉桩挖泥运桩驳抛锚打桩船抛锚、吊桩移船定位桩施打停锤退船至下一根桩图2-1水上沉桩施工工艺流程图2.2施工方法和安排2.2.1测量控制系统建立⑴GPS控制网的建立首先对业主提供的GPS点进行静态观测，同时在原控制网上新增GPS点（作为GPSRTK测量时基准站用）建立控制网，所布GPS网满足D级网--工程控制网的精度要求。⑵基准站的建立根据监理工程师复核确认的控制点，在岸上建立一个装有固定频率的数据链发射电台的基准站，满足GPS定位需求，定位时以此为基准，不再另设基准站。2.2.2桩基的运输⑴按照项目部编排的沉桩顺序表进行管桩的落驳；⑵桩驳图根据现场沉桩顺序绘制，遵循“一驳桩以先打后装，后打先装”的原则，避免翻桩。每驳叠放不超过3层，且同一层内，先用的放在两侧，后用的放在中间；⑶装载量不超过甲板驳装满载量的70%，保证航行安全；⑷底层为多支点搁置，搁置点设置在吊点位置，垫楞要在同一平面上，底层以上各层桩采用木楔支垫，支垫要在同一垂直线上；要求桩驳完成后，管桩稳固，无活动现象，同时，用钢丝绳张紧固定，避免运输过程中造成PHC桩的损坏；⑸5/6 ··桩基运到工地后由质检员会同监理工程师对桩的规格、桩身质量进行全面的检查，对不合格规范要求的桩进行退场处理。2.2.3沉桩施工⑴运桩驳就位首先是运桩驳的就位：根据该驳所沉放管桩的范围和打桩船吊桩便利的要求，运桩驳停靠在下游不影响桩船沉桩施工的位置。⑵打桩船抛锚定位打桩船定位通过8组锚缆系统来完成，其中2个锚固点为岸上设置的地垄，其余6个在江中抛锚作为锚点。根据打桩船上GPS定位系统显示的数据，打桩船通过自身锚缆系统移动到码头桩位处，进行粗定位。打桩船和运桩驳的就位情况如下图2-2所示：5/6··5/6··图2-2打桩船抛锚定位示意图5/6··⑶吊桩管桩均采用四个吊点起吊，吊点位置经计算，分别位于距桩端0.13L及0.26L处。吊桩时确保吊钩和钢丝绳轻放至桩身上，吊桩离开桩驳的瞬间要迅速，以避免拖桩、激烈碰桩等情况的发生。为了提高工效，捆吊桩配备两套吊具和吊绳。⑷桩位控制桩进入桩架后，操纵室通过观察桩架上角度测量仪来调整桩架的倾斜度，以使桩身斜率符合设计要求；再根据预先输入的单桩平面扭角（方位角）、平面坐标，依据船上专用的GPS定位系统显示的图形和数据，通过调整船位的方法，使桩到达设计位置，同时施工人员通过高频电话与岸上测量人员进行桩位比对校验。⑸GPS监测及沉桩测量控制GPS系统平面定位精度为±10mm、高程控制精度为±15mm（距基站1km内时）。沉桩定位主要采取正交控制，在受施工条件限制的情况下采取任意角交会控制，同时打桩船配备GPS测量控制系统，双重控制，确保沉桩定位准确。①正交及任意角交会控制：圆形直桩和斜桩定位如图2-3所示：5/6 ··图2-3斜桩前方交会定位为提高桩位精度，采用精确法计算斜桩定位放样角，每根斜桩建立如图所示的x°、oy°坐标系，通过坐标转换，计算控制点i在各x°、oy°坐标系的坐标值，通过计算机进行数据处理。②GPS比对测量GPSRTK定位精度（平面位置和高程）已达到厘米级，可以满足沉桩精度要求；利用GPSRTK定位技术进行沉桩定位测量具有定位方便、速度快的特点，可实时提供放样点的三维坐标且不受天气影响，可全天候作业。通过GPSRTK粗定位，与岸上前方交会测量数据比对，做到平面定位双重控制。③打桩船就位为了打桩时，打桩船上各锚缆互不干扰，合理分布，同时保证船体的稳定性，桩船到达打桩的桩位时，根据各锚的锚位坐标，在抛锚艇上以RTK测量方式进行各个锚的定位抛锚。④桩的定位下沉将先前计算好的各桩的X坐标值、Y坐标值、船位角度、桩倾斜度和Z坐标值输入MicrosoftAccess数据库，打桩时从该数据库中调用所打桩的定位数据，经核对，确认无误后，启动监测程序，开始监测船位，屏幕上显示出桩的偏位图，移船方向和移动的量值，按照监测显示的图形和数据移动桩船向预定船位靠拢，直到当前船位与预定船位的横向和纵向差值小于5cm，同时扭角小于0.5度时，与前方交会人员数据比对，正确后下桩，压锤。开锤前，由现场技术员记录开锤前的数据，然后开始打桩。打桩过程中，技术员现场记录锤击数并观察贯入度，当桩顶标高和贯入度双控达到设计要求后通知船长停锤，通知上下游与江岸侧测量人员报停锤时桩基的偏位情况。图2-4打桩船定位打桩⑹锤击沉桩桩就位后，让桩在自重下慢慢下沉稳桩，同时监测桩位的变化，如果桩位变化超过允许的误差范围，立即停止桩的下沉，将桩拔起，查明原因，重新定位。稳桩后压锤，待桩不再下沉后，查看桩位是否符合要求，如果桩位变化超过允许的误差范围，立即停止桩的下沉，将桩拔起，查明原因，重新定位。桩在压锤稳定后，松开抱桩器，启动柴油锤，沉桩。开始时要重锤轻打，以防溜桩，待贯入度正常后，再逐步加大能量。在沉桩过程中，如出现贯入度异常、桩身突然下降、过大倾斜、移位等现象，应立即停止沉桩，及时查明原因，采取有效措施。⑺停锤标准钢管桩：控制贯入度（最后10击）小于等于3mm/击。PHC管桩:控制贯入度（最后10击）小于等于2mm/击。⑻沉桩偏差控制标准如下表2-1所示：表2-1沉桩平面位置控制表序号项目允许偏差(mm)直桩斜桩1设计标高处桩顶平面位置内河和有掩护近岸水域1502002桩身垂直度1%3施工成果3.1管桩平面测量和贯入度情况本次沉桩施工的451根管桩，未发生桩基贯入度不达标和桩顶标高小于设计标高的情况，桩顶标高平均高出设计2.0m5/6 ··左右。说明该区域地质条件较好，各地质层分布均匀，持力层高差不大。桩位平面坐标和垂直度控制良好，均在规范允许范围内。在符合停锤的标准下，PHC管桩的锤击数集中在500～600锤，钢管桩沉桩锤击数集中在200～300锤。3.2船机利用率和工效的分析根据水上沉桩施工工艺流程图2-1可知，准备工作完成后，沉桩过程分为如下步骤：捆桩吊桩→移船定位→锤击沉桩→停锤→退船，这五道工序是决定打桩船施工速度的主要因素。根据现场施工记录，对于单根PHC管桩的施工作业时间如下：捆桩吊桩：17~21分钟移船定位：18~22分钟锤击沉桩：11~17分钟（本项目管桩均是整体式制作，故本工序不包括接桩时间。）停锤退船：5~9分钟。以上各工序时间相加，PHC管桩单桩施工周期为75分钟左右；钢管桩因重量相对于PHC管桩小，且有相应的已加工好的吊点，每道工序所需时间均少于PHC管桩，单桩作业时间约50分钟。正常情况下，扣除准备工作时间，每天08:00开工，18：00收工，可完成PHC管桩8根，钢管桩可完成10根。本工程水上沉桩总数量为451根，计划沉桩工期为75天（每天沉桩数量为5-7根），实际沉桩工期为52天，每天施工时间12个小时，比计划工期提前了15天，现场实际每天完成8-15根不等，PHC管桩最多每天完成13根，钢管桩最多每天完成15根。要最大限度的发挥打桩船的工效，现场一定要合理组织和调配，主要体现在桩基制作、运输等关键环节的配合；运桩船根据打桩船的正常施工工况，按提前到场，确保桩基的连续供应。本项目桩基施工的圆满完成，为后期公司类似项目在船机的配备、施工组织等方面提供了宝贵的经验。3.3工程组织管理、安全管理通过项目部合理的施工组织和精心策划，实现了进场快，开工早的良好局面，前期挖泥的施工也为后续沉桩施工创造了良好条件。施工期间，设备的组织及维护很重要，对于大型的关键船机设备，要保证其正常作业。因为长江上的大型船机设备资源有限，重新组织设备进场的难度大，而且周期长、费用高。水上施工安全至关重要，为了达到“无安全事故工程”的目标，施工中，认真贯彻“安全第一、预防为主，综合治理”的方针，坚持“管生产必须管安全”的原则：⑴所有施工管理及作业人员必须持证上岗，特殊工种人员必须持有相应的安全操作证及技术操作证，施工前对所有的施工人员进行安全技术交底。⑵所有施工人员进入施工现场必须戴好安全帽，水上作业必须同时穿好救生衣，高空作业须系好安全带，上船前严禁饮酒。⑶沉桩等大型船舶设备施工前必须与海事部门即时联系，发出航行通告，制定切实可行的安全技术措施，确保施工水域安全。⑷在进行沉桩施工时，打桩船白天挂好信号、夜间开信号灯，通知过往船只。沉桩必须有专人指挥，分工明确，统一信号。⑸严格根据打桩船的抗风浪能力安排施工时段。密切注意天气变化情况，在大风浪来临之前做好施工船舶的避让工作。4经验教训项目开始沉桩作业施工时，长江水位处于枯水期，低于设计给出的施工水位0.8m，整个码头平台靠岸侧的三排桩基无法沉桩施工，需要辅助开挖才能沉桩作业。在沉桩施工前，首先安排了一艘1m3的抓斗式挖泥船配套280m3的开体泥驳对不能满足沉桩的区域进行辅助挖泥，保证前期打桩船沉桩吃水深度的要求，使得桩基施工能如期进行。4.1测量方面水上施打预制桩是一个成熟的施工工艺，质量保证的关键是测量技术。在GPSRTK测量模式下应注意的问题有：⑴用GPS的后处理软件，通过点校正工作，计算将WGS-84坐标转换到地方坐标系的基准转换参数，即通常所说的计算转换七参数的基准转换；平面转换；高程转换必须通过。5/6 ··⑵GPSRTK模式测量前，在已知控制点上测设的实时坐标计算出距离与实际距离进行比对，发现超过规定，应及时检校。同样也要进行实时测设的高程与实际高程进行比较，避免出现因这些情况，导致测量放线定位的错误，测量时应特别注意。⑶由于GPSRTK是在实时动态中进行初始化，加上多路径效应等影响，应注意出现的“假锁”现象（即卫星信号较好，质量因子及HDOP值均满足要求，但结果明显错误的现象）。⑷RTK测量时间应避免在11:00～15:00之间，这个时间段，高度角大的卫星数目少，GPS接收机容易出现因卫星数目不够而产生的失锁现象。4.2桩基施打方面⑴沉桩作业过程中，吊桩前要认真核对桩的规格型号，检查桩身的外观质量。⑵开锤前应检查锤、替打与桩是否在同一轴线上，避免偏心锤击，造成桩顶变形。⑶桩自沉、压锤、开锤过程中不得移船校正桩位避免造成断桩。⑷沉桩过程中若发生异常情况，如桩身破裂及贯入度反常等，应做好详细记录并及时与设计单位联系。⑸沉桩过程中随时注意检查桩锤、替打和桩架龙口，发现问题及时处理。⑹严格执行沉桩停锤标准，沉桩施工中如出现贯入度反常、桩身突然下沉、过大倾斜、移位等现象，均应立即停止锤击，及时查明原因，采取有效措施。⑺沉桩完成后，应及时夹桩，使其连成整体。防止桩顶位移或桩身倾斜而影响工程质量，基桩桩身严禁带缆，在沉完的基桩区域四周应设置明显标志，夜间设置红灯，白天挂旗，以策安全。5结束语高桩梁板码头桩基施工中包括制桩、运桩，捆桩，沉桩施工以及测量等各个施工环节都需要层层把关，才能确保施工安全、顺利，保证工程质量。相信随着设计理论的不断进步，施工设备的不断更新，以及施工人员素质和管理水平的不断提高，高桩梁板码头施工工艺将更加成熟，应用范围也将更为广泛。参考文献[1]中交第一航务工程局《港口工程施工手册》人民交通出版社；[2]中华人民共和国交通运输部发布《港口工程桩基规范》（JTJ167-4-2012）;[3]中华人民共和国交通运输部发布《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）；[4]中华人民共和国交通部发布《水运工程测量规范》（JTJ203-2001）。.5/6··5/6'