钢板桩沉桩施工工艺

曹妃甸煤码头起步工程钢板桩沉桩施工工艺汇报材料一航局一公司第五项目经理部2006年9月曹妃甸煤码头起步工程钢板桩沉桩施工工艺汇报材料1、概述曹妃甸煤码头起步工程码头、港池航道疏浚、陆域形成、北护岸和码头临时围堰工程位于河北省唐山市曹妃甸港区规划挖入式港池的西岸线。本工程包括10万吨级泊位2个、7万吨级泊位1个、5万吨级泊位1个、7万吨级待泊泊位1个，年通过能力为5000万吨。码头长度为1564米(包括两侧过渡段)，码头面顶高程为4.5米，码头前沿设计水深为-15.5米。码头结构采用遮帘式钢板桩结构方案，桩顶标高为1.00m，前墙采用HZ975B和AZ18 10/10型组合钢板桩，共875套（含1套异型桩）。其中HZ975B型钢板桩桩长29m（锁口长24米），AZ18 10/10型钢板桩桩长24m，总重量10129.624t。2、工程地质勘察区地层比较复杂，工程区土层分布较有规律，自上而下为：粉细砂、1粉质粘土、2粉土或粉砂、3粉质粘土或粘土、1粉质粘土、1粉土、2粉砂、粉质粘土、粉土、粉质粘土。钢板桩经过土层为：粉细砂、粉砂、粉质粘土或粘土等。野外钻探和土工试验成果揭示，2粉细砂在区内分布较广泛，层位稳定，平均标贯击数N49.1击，可作为良好桩基持力层。根据钻孔地质勘察资料，选择具有代表性的钻孔地质资料作为本施工方案着重考虑的地质参数，列表如下：标准N100标准N53.6标准N88.2标准N75代表性钻孔编号代表性深度范围（m）标贯击数（击）孔口高程（m）备注MB59.159.30100-1.94MB712.1212.3760-2.7624.6224.8275-2.7625.6327.9568.2-2.76MB810.6510.9255.6-2.8427.5828.74100-2.84MB99.159.4060-2.91MB257.6510.9545-2.44MY1110.6510.9353.6-2.5824.1024.3075-2.5825.1325.3088.2-2.58MY139.1526.1550-2.71MK326.6426.8765.2-2.7727.6227.75115.4-2.7728.6328.8278.9-2.77MK47.6530.6045-3.02注：表中的“标贯击数”均为资料中显示的N值，按照相应比例转换为理论标准贯入试验N值。3、钢板桩沉桩施工主要工程量序号项目名称单位工程量1HZ975B12/AZ18 10/10钢板桩t10129.6242HZ975B12/AZ18 10/10钢板桩沉桩套8753钢板桩拼装、防腐项14、钢板桩装卸运输与堆存和防腐施工4.1钢板桩装卸运输与堆存钢板桩采购国外产品，钢板桩到岸地点为天津港区。将钢板桩直接从外轮吊装上运桩方驳后，由水上运输至曹妃甸本工程施工区。卸船时，分别从运桩驳船上由起重船吊卸至码头临时围埝上，再由码头临时围埝上的150t履带吊倒放至距离码头前沿线约714m范围内。 卸船施工流水由码头北端向南逐渐推进的方式进行。结合钢板桩防腐，可用陆地吊车在防腐流水过程中将钢板桩移动至码头钢板桩沉桩轴线位置的海侧。钢板桩堆存数量采取就近原则，应满足堆存部位顺码头长度方向沉桩数量，尽可能避免沉桩过程中钢板桩的倒运。堆存时，依据板桩墙桩位间距及钢板桩单根长度，每堆码放18组钢板桩。为防止码头临时围埝及附近区域的侧向位移，造成岸坡失稳，在钢板桩现场卸船、倒运、堆存和沉桩过程中，应加强临时围埝的沉降位移观测。卸船过程中的施工顺序如下所述：（1）起重船由拖轮邦拖至码头临时围埝东侧，船头朝西，与码头临时围埝呈“丁”字驻位。在接近停泊位置约150m处开始自行抛出左后锚，然后缓慢靠近临时围埝，由交通船带缆，分别将左、右前锚与预先在码头临时围埝后方的地锚连接，再由起锚艇协助起重船将右后锚抛出约150m远。（2）起重船驻位稳当后，运桩方驳由拖轮缓慢邦拖至起重船侧面，邦靠于起重船的右弦。（3）驻位稳当后，拖轮退场至安全位置，抛锚监护。（4）预先在码头临时围埝上铺设好200200mm木方，木方间距约45m，长度约4m。（5）起重船开始从方驳上吊钢板桩卸船，落地于铺设好的木方上，每堆码放18根H型钢板桩后，码放18根AZ型钢板桩于H型桩上方。（6）待第一堆钢板桩落地完毕，起重船带着方驳向南方向平移至第二堆钢板桩落地位置后，150t履带吊移车至第一堆钢板桩后方，开始倒放至距离码头前沿线714m范围内。（7）运桩方驳卸船完毕后，由拖轮邦拖，带出施工区域，抛锚待命。 施工区水深情况图4.2 钢板桩防腐施工4.2.1 钢板桩涂层防腐设计保护范围钢板桩设计低水位以下部位采用外加电流与涂层防腐相结合的形式。设计保护年限为50年，标高-3.0m以上部位（包括水位变动区）采用涂料防腐，涂装长度为3m。4.2.2 设计使用年限本工程要求钢板桩防腐蚀涂料使用寿命20年，与阴极保护系统有良好的相容性和配套性。5、钢板桩陆地沉桩施工5.1 钢板桩沉桩施工工艺流程测量放线导桩定位振沉导桩调整标高安装导架固定导架吊立H桩H桩入槽夹头夹桩微调桩位振沉H桩抽导架、拔导桩振沉导桩安装导架第二组H型板桩吊立AZ组合桩AZ组合桩仞槽DH608打桩机夹头夹AZ组合桩微调桩位振沉AZ组合桩复打H桩复打AZ组合桩复打送桩到位150t吊机100t吊机5.2 钢板桩沉桩施工方法和要点5.2.1 测量施工5.2.1.1 施工控制网的建立依据业主提供的测量控制基准点，在岸侧建立GPS基准站，采用先进的双频GPS、全站仪进行施工平面控制。依据业主给定的基准点，在牢固且适宜的地方，施设施工平面测量辅助基线，在施工过程中直接而方便地以辅助基线对工程进行施工平面控制，各辅助基线必须定期以平面测量控制体系为依据进行技术复核。5.2.1.2 测量定位与控制（1） 施工区测量控制点的测放拟选用GPS静态测量放样法。拟在平行于码头施工沿线，距离码头前沿线约80m的码头陆侧修建5座测量平台。测量平台采用砖砌埋石，大小为1.51.5m，高为1.5m的结构形式。在施工期间，采用GPS静态观测或全站仪复核的方式定期检测测量控制点的准确性。（2）在进行钢板桩振沉施工前，先测放出板桩墙前沿线，并撒白灰作标记线。（3）按照指定的导桩位置，使用全站仪进行定位测放，并使用水准仪控制导桩桩顶标高。（4）导桩沉放完毕后，使用水准仪测量导桩槽口底标高，垫铁块等物以调整导架梁底高度，使得导架梁安装入槽后导架顶面保持水平，确保钢板桩垂直入槽。（5）钢板桩振沉过程中，使用水准仪控制桩顶标高。（6）为了能够及时发现后续钢板桩振沉过程中，已沉完钢板桩受土体共振造成的桩偏位，使用全站仪和水准仪对已沉完钢板桩桩位进行定期检测。5.2.2 钢板桩沉桩施工5.2.2.1 沉桩导向装置本工程钢板桩沉桩采用在板桩墙轴线方向上布置双层双向导架的形式。通过导架上下两层的导向槽控制H型钢板桩的沉桩位置。导架的固定依靠布置在导架两侧的6根导桩作为基础，通过导架梁与导桩的连接固定形成一个稳定的结构体，从而保证导架在沉桩过程中起到H型钢板桩的限位作用。导架通过底部的导架梁安装进入导桩槽口内，作为导架的定位限制。在槽口内的空隙中，塞铁楔子并固定牢固以防止导架与槽口（导桩）相对位移。（1）导桩根据本工程土壤特征和施工工艺要求，导桩拟选用厚度为12mm，直径为800mm，长度为10m的钢管桩。为了避免在导桩振沉过程中，桩体旋转致使槽口位置不能满足导架梁的安装，故而在导桩内设置长度为80cm的桩尖“一字板”。施工区地面标高约为4.10m，导桩桩顶标高控制在5.10m，据此可控制导架梁座底标高为4.50m，从而使导架顶面标高保持在8.60m。导桩的结构形式如下列图所示：（2） 导架导架的结构布置采用桁架形式，构件主要受力杆件材料使用300300mm和600200mm的H型钢。双层双向导向槽内塞铁楔子，以控制H型钢板桩的导向限位。插打完H型钢板桩后，即将铁楔子移除以增大H型钢板桩与导架之间的间隙量，使得导架能够顺利的从已插打完的7根H型钢板桩中抽出。为了施工安全和方便施工人员上、下导架，在导架中间部位设置一个钢爬梯，并在导架顶面操作平台四周设置钢护栏。导桩、导架的结构形式及细部结构如下列图所示：5.2.2.2 沉桩施工过程副钩动滑轮主钩绳（1）立桩时，吊机垂直吊起振动锤，通过振动锤上附加吊耳拴链条，吊钢板桩桩顶位置的吊点；（2）在150t履带式吊机垂直吊立APE400型振动锤及H型钢板桩后，即可将H型钢板桩缓慢送入导架导向槽内；（3）待桩身稳定后，吊机吊钩缓慢下放，使桩尖依靠自重垂直接触地面后使用吊机副钩稳定桩身。这时，将桩顶卡环的销轴抽出，然后起主钩使卡环离开桩顶。再降落主钩使振动锤夹头对准钢板桩桩顶，即可夹紧钢板桩；（4）当振动锤夹头夹紧H型钢板桩，形成一体后，可将副钩松劲，然后开始通过使用铁楔子等物微调钢板桩桩位；（5）桩位最终确定误差在容许偏差范围后，启动振动锤，开始振沉H型钢板桩；（6）H型钢板桩振沉施工顺序采取跳跃式往复打法。振沉桩位编号顺序为6 4 2 1 3 5,初步计划每根H型钢板桩初打一次、复打一次后当H型钢板桩桩顶到达导架顶面以上约1.5m的高度即可将导架抽出。再将导架0桩位置的导向槽套入已沉完的6H型钢板桩上，作为第二组预沉H型钢板桩的施工导向；沉桩施工方向桩号 0 1 2 3 4 5 6沉桩顺序（7）导架抽出后，使用100t履带式吊机执行与150t吊机同样的打桩步骤。100t吊机将小型钢架吊起挂在H型钢板桩腹板位置的侧面，操作人员通过支架木梯进入，作为AZ型组合钢板桩纫槽操作平台。（8）100t履带式吊机所配备的DZJ200型电动振动锤通过锤上附加吊耳用链条与AZ型组合钢板桩连接，吊机先将DZJ200型电动振动锤和AZ型组合钢板桩吊起，将AZ型组合钢板桩锁口对准H型钢板桩锁口并缓慢放松钩头，利用AZ型组合钢板桩的自重自由沉放，以调整AZ型组合钢板桩对H型钢板桩桩位偏差的适应性，然后再将振动锤缓慢下放使得振动锤夹头对准AZ型组合钢板桩桩顶套入并夹好；（9）调整AZ型组合钢板桩桩位，使得锁口顺直后启动DZJ200型电动振动锤进行AZ型组合钢板桩的插打施工，使桩顶达到与H型钢板桩桩顶标高基本一致，打桩顺序与H型钢板桩的插打施工顺序相同；（10）AZ型组合钢板桩插打施工完毕后，使用DH608型履带式打桩机对已沉完的H型和AZ型组合钢板桩依照初打顺序分别进行复打并直接送桩至设计标高处。复打、送桩施工顺序与之前的插打施工顺序相同。 导架拆除实例图AZ型组合钢板桩仞槽实例图 H型钢板桩沉桩施工流程示意： 5.2.3 沉桩停锤控制标准钢板桩沉桩控制以标高为主。5.2.4 操作要点5.2.4.1 技术、质量、安全保证措施（1）为了保证板桩墙前沿线顺直，板桩墙轴线方向垂直度的偏差（容许值0.5）和垂直于轴线方向垂直度的偏差（容许值1.0）均满足设计要求。使用全站仪测放板桩墙前沿线和桩位位置，使用经纬仪监测钢板桩垂直度时，需严格控制测量仪器与正在沉桩施工区域的相对距离，避免因沉桩振动对测量仪器造成误差。（2）沉桩过程应确保桩锤和桩处于同一轴线，避免产生偏心沉桩，沉桩过程应加强观察，并严格按照设计和技术规范要求控制停锤标准。（3）沉桩施工过程中，应认真做好沉桩施工记录，将实际沉桩情况与地质资料相结合，遇到复杂地质应提前做好相关准备。（4）为了防止出现已沉完钢板桩受到后续沉桩的土体振动影响，造成已沉完板桩墙倾斜或桩体位移等情况，当钢板桩沉放完毕（包括预沉桩）后，立即使用型钢将钢板桩焊接，连成一体。（5）钢板桩倒运吊装时，在吊装钢板桩设置钢丝扣或夹具的锁口处放置胶皮垫，以防止钢丝扣或夹具对锁口产生破坏。 （6）沉桩施工过程中，应认真做好已沉钢板桩的桩位观测记录及各种数据的收集和比较，及时调整沉桩过程的技术控制方法，如预沉桩深度、复打深度、桩位偏差控制范围等。（7）在施工过程中，按照相关规定，在钢板桩桩尖一定长度范围内的锁口处，设置锁口脱落检测仪。若发现锁口脱落或其他不正常现象，应及时上报相关人员研究处理办法。锁口脱落检测仪如下列图所示：检测仪正在沉桩已沉完的桩5.2.4.2 沉桩质量标准序号项 目钢板桩的允许偏差1桩顶水平偏位50mm1桩底标高偏差120mm2垂直板桩墙纵轴线方向的垂直度1.0%3沿板桩墙纵轴线方向的垂直度0.5%沉桩施工中，可能出现的桩位偏差情况如下列图所示：根据AZ型钢板桩制作特性，可调的最大伸缩幅度为80mm。5.3 施工机械5.3.1 打桩锤的确定通过收集各种振动锤性能资料，结合本工程地质特征，使用十余种方法进行比选，计算出了本工程钢板桩振沉施工桩侧摩阻力参考值。计算结果主要依据“弹性系数法”，针对特定钻孔（最具代表性钻孔）计算出钢板桩振沉桩侧摩阻力值约为208t，故本工程若使用振动锤将钢板桩振沉到设计标高（1.00m）处，所选用的振动锤需满足激振力具备210t以上。我国水运工程施工一书中在介绍振动锤振沉桩摩阻力的计算时，推荐振动锤的起振力P（激振力）应能克服土壤对桩周围的阻力T0。 PT0 （式11）式中：土壤弹性影响系数（主要受振动加速度a的支配。振动加速度加大，将会使土壤产生液化现象，减小土壤的粘着阻力），此处我们选0.3；对于板桩： （式12）式中：S桩周长；桩入土范围内各类土层厚度； 相应的单位阻力系数。通过讨论研究，决定使用现有的APE400型液压振动锤进行H型钢板桩的预沉桩施工，将H型钢板桩桩顶振沉至导架顶面以上约1.5m处（桩顶距离地面约6.5m）；然后使用一台新购置的DZJ200型电动振动锤，进行AZ型组合钢板桩的插打。使得AZ型组合钢板桩桩顶标高达到与H型钢板桩桩顶标高基本一致处；最后使用现有的DH608型履带式