[工作精品论文]浅谈滑道桩基水下切割技术的应用木

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集484浅谈滑道桩基水下切割技术的应用许勇木汤明（中交四航局二公司新会基地工程项目部广东510300）摘要本文主要介绍组合桩基水下切割工程施工中应用水下电氧切割技术和机械切割技术，进行切割钢管桩和PHC桩桩头，通过优化施工工艺及切割方式，如何提高切割技术、控制桩顶切割标高、切割平整度的施工措施等方法。关键词水下电氧切割金刚石绳锯机切割水下切割钢管水下切割砼管桩切割定位箍切割线导箍切割标高桩顶平整度1前言20世纪初水下切割技术用于打捞沉船工程，多用于水下破坏性切割，以切断材料为目的，对于割缝质量不高。近几十年来，随着海洋事业的发展，如今已成为水下工程结构建造和解体不可缺少的工艺手段。本文主要介绍水下切割技术应用于我局自承建新会基地滑道项目，对其水下切割标高、平整度等施工质量控制。本工程水下切割桩头在施工中通过不断优化施工工艺及切割方式，提高了割缝的质量、标高控制、平整度。现就施工过程中碰到的问题和积累的经验介绍如下，希望在今后类似工程施工中有所借鉴。2工程概况本工程滑道水下部分桩基采用1000组合桩（砼管桩2M钢管），共分为24个排架，每个排架设13根直桩，桩总数量为312根，设计桩顶标高为248M1074M按18坡度成阶梯形控制。由于滑道组合桩沉桩标准为以贯入度控制为主，标高校核，故必须对高出设计标高部分须进行水下切割。水深条件为2M15M之间，施工水域潮流为往复流，涨潮流速大于落潮流速，水质浑浊无能见度。（详见图1滑道组合桩设计桩顶标高断面图）。砾砂强风化花岗岩全风化花岗岩中砂淤泥钢桩靴强风化花岗岩砾砂淤泥粗砂粉砂粉质粘土淤泥粉砂砾砂强风化花岗岩粗砂600管桩600管桩三桩1000组合桩钢管桩钢管桩壁厚20MM滑道组合桩设计桩顶标高断面图1000组合桩1000组合桩1000组合桩1000组合桩1000组合桩1000组合桩PHC桩图1滑道组合桩设计桩顶标高断面图组合桩结构形式由下端PHC桩AB型与上端2M钢管桩对焊连接组成，2M钢管桩内壁横向设有2道宽为200MM的加强箍，与PHC桩连接端在内壁设置22道加强肋板，长度为500MM和800MM，按22等分交错分布焊接。详见图2滑道1000组合桩结构图。作者简介许勇木（19813），男，福建省龙海市人，助理工程师，从事港口工程施工管理。中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集48520001000PHC（AB型）桩2001000钢板加强箍1000钢管桩加强肋板加强肋板18截面1000钢管桩16,416,416,416,4图21000组合桩结构示意图3水下切割施工技术的选用由于本工程要求采用贯入度和标高控制，但由于地质情况与钻勘位存在一定差异，故桩顶设计2M钢管桩以便于水下切割，个别位置由于地质起伏突变的原因，桩顶实际标高超出2M钢管桩范围。对大多数桩超出设计标高2M以内的桩则采用水下切割钢管桩，选用水下电氧切割技术；对个别桩超出2M钢管的桩则采用水下切割砼管桩，选用金刚石绳锯机水下切割技术。4水下切割桩头施工工艺流程水下切割施工工艺流程见框图5水下切割钢管桩51水下电氧切割的原理水下电氧切割属熔化氧化型水下热切割法，其工作原理是利用空心电极（亦称割条）与工件之间产生的电弧使工件熔化，氧气从电极孔中吹出，使热态金属氧化燃烧，并吹掉熔化金属和熔渣而形成切口，随着水下电弧的不断移动和氧气的不断供给获得所需要的切割长度，从而达到工作船定位测量高程控制安放切割线导箍吊起桩头切割桩头切割砼管桩准备切割钢管桩准备安装操作平台架安放切割平台架安放切割定位箍安装切割机装置复测桩顶标高和桩位工作船定位安放切割线导箍安放切割定位箍安放切割线导箍安放切割定位箍测量高程控制吊起桩头复测桩顶标高和桩位切割桩头中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集486切断被割金属材料的目的。52水下电氧切割设备及器材选用水下电氧切割的设备和器材有切割电源、切割电缆、切割炬、断电控制器（单向单掷闸刀开关）、氧气瓶、氧气调压表、氧气管、钢管切割电极（亦称切割条）等。切割电源。为了保证潜水员的安全，选用了型号为2X5630可控硅整流弧焊机。额定输入容量大于50KW，额定输出电流不小于500安培，额定输出电压不大于44伏。切割电缆。选用额定工作电流在400500安培，导电截面积不小于75MM2的软电缆。切割炬。是水下切割的重要组成部分，选用我国自行设计制造的SG型水下氧弧切割刀，水下重量为075KG；切割炬头部构件与被切割金属接触时，能自动断弧，以防止烧坏切割炬头部。断电控制器。为防止触电确保潜水员安全，在电焊机接到切割刀的电缆上装单向单掷闸刀开关，潜水员水下更换切割条时或停止工作时，用闸刀开关切断电压，闸刀的开关由水下作业潜水员指挥，水面专人负责开关断电。水下切割条。选用我国生产的水下电氧切割条为特304，规格长400，割条芯外径8，内孔径3，钢管外涂压药条皮，每1约有6根，其性能不亚于国外同类产品。（如下图3所示）。在施工过程中切割条的外涂绝缘层不能达到真正绝缘效果，还存在有轻微的触电感觉和发麻现象。为防止出现严重触电现象和确保潜水员水下作业安全，必须采取加强绝缘效果，在外涂层采用另包上一层电工绝缘胶带，在施工过程可达到较好的绝缘效果，降低了电流对人体的伤害作用。图3COESS1041钢管切割电极示意图53水下电氧切割的接线方法水下进行电氧切割操作前，接好氧一弧切割电路和气路是最重要的水面准备工作之一。故接线方法采用水面部分和水下部分串接的方法，水下切割电源、断电控制器或闸刀开关、氧气瓶和减压器置于水面设施上，切割电缆、氧气胶管一部分在水面，一部分在水下。（具体如下图4所示）。中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集487钢管桩头减压表氧气管SG水下切割刀电缆线单启式控制开关负极接头ZX5630可控硅整流弧焊机水下切割条正极接头图4水下氧一弧切割电路和气路的接线方法示意图54水下切割钢管桩施工工序541潜水工作船定位先将工作船抛锚在施工区域内，采用GPS定位系统按桩位布置工作船平行定位到施工排架位，并测定出切割桩头的平面位置，详见图5切割钢管桩船机布置图。水上工作台切割桩位图5切割钢管桩船机布置图542测量高程控制测量高程关键在如何确保控制测杆垂直度和提高测量标高精确度。测量时如选用通用测量塔尺很明显是达不到要求，故对测杆的选用主要是确保材质钢度好、垂直而不易扭曲、轻便使用。通过不同材质的实验作对比，最终选用30MM、50MM、80MM不锈钢管作为测杆的材质，根据不同深度的桩顶标高，进行组合加工三根不同长度的测杆，长度分别为6M、9M、12M。测量桩顶标高时，选在风浪最小或平潮的时间段进行，在测杆上固定一把5M的测量塔标尺和水平尺。由潜水员将测杆立在桩顶上，水上扶尺人员利用水平尺控制前后垂直度，测量时由岸中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集488上测量员观测控制左右垂直度，并观测高程。如图6和图9所示。图6测量高程控制图543安放切割定位箍由于设计的每个排架桩顶标高由陆侧向海侧降低，随着标高深度的增加，控制桩顶标高测量精确度及水下切割桩头平整度也随着加大难度，如何精确定出切割标高是本工序的重要环节之一。（1）切割定位箍材料的选用选用W405MM扁钢将定位箍加工成钢抱箍型式，在箍外围设置可调节调校螺栓，做为调校标高用，其可便于潜水员在水下能轻便作业。（2）制定切割标高由于每根联系梁横向设置两根桩作为支撑，并且沉桩后会出现桩顶有高出和低于设计标高，确保预制帽梁时做到一一对应。故根据实际桩顶标高数据，推算出切割标高并制定了以下的措施1）两根桩都高出设计标高值，都切割桩头至设计标高值；2）两根桩都低于设计标高值，不进行切割，预制帽梁时加大厚度；3）两根桩一高出一低于设计标高值，将高出10CM以上的桩切割桩头至低桩标高，高出2CM以上或10CM以内时，不进行切割，预制帽梁按高低厚度。（3）安放定位箍由潜水员下水将定位箍安装在大概切割位置后，测量员复测标高，指挥潜水员进行调校，将四个调校螺栓全部调节到所需标高位置，详见图6所示。544安放切割线导箍切割线导箍主要是确保每根桩桩顶切割标高的精确度和平整度。在测量放样安装定位箍后，在其上加套一个切割线导箍，要确保切割线准确无误，由测量复测线导箍顶标高，（详见图7所示）。线导箍采用扁钢加工成钢圈型直接使用，在切割过程中发现钢套圈被切割条熔渣吹除损坏较严重及熔断现象，为防止在切割过程中钢套圈被切割条熔渣吹除损坏，经对产生的原因进行分析和技术改进，采取在钢圈顶面上加设了绝缘胶管，这样可让钢圈与切割条能较好绝缘效果，也确保了切割平整度（详见图8所示）。中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集489图7切割定位箍和线导箍安装示意图图8切割线导箍545安放切割平台架在施工时常会遇到被割桩头超过潜水员的高度，且桩头周围泥面浮淤较厚，在水下需要进行悬浮位置的切割，这种位置切割时，稍有不慎，可能造成潜水事故，给切割操作造成一定的困难。为让潜水员能安全、方便、可靠的进行切割，在悬浮位置切割时采取特别的安全措施，桩身安放工作平台架。546切割桩头在进行水下切割钢管桩前，潜水员水下检查桩头周围的环境，并了解桩位切割标高的情况，对桩内和桩外有杂物或淤泥需清理处理。对高出12M以内的桩头，在桩外沿切割线导箍直接一次性切割完毕。高出12M以上的桩头设有加强肋板，先在桩外沿切割导向线箍进行切割，留住约10CM的长度不切割，再到桩内沿着钢管的割缝将22道加强助板全部割除，最后将留刀处割除，并全面检查是否全部割除。（具体施工详见图9水下切割工序示意图）。水准仪测量定位船工作平台架切割线导箍测杆调校螺栓标高定位箍1安放标高定位箍2测量调校定位箍3安放切割线导箍4安放工作平台架工作平台架平面示意图5复测桩位和高程测杆垂球标高定位箍测盘图9水下切割工序示意图547吊桩头切割线导箍切割定位箍中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集490钢管桩切割后折除工作平台架，采用卷扬机将桩头拉倒在泥面上，再将桩头吊出水面。548复测桩顶标高和桩位复测桩顶标高和桩位主要是为便于下一步帽梁预制和安装施工顺利进行。对切割后的桩进行复测桩顶标高和桩位中心坐标，并保存好测量数据记录，认真检查切割后桩顶平整度，对不符合要求的桩进行返工处理。具体施工详见图9水下切割工序示意图。复测桩顶标高采用上述工序测量标高方法进行复测标高，并将实测高程的数据统计成图表，做为帽梁预制和安装施工的参考资料。复测桩位由于设计桩顶标高为248M1074M按18坡度成阶梯形控制，这给测量桩中心偏位精确度带来一些的困难，为解决些难题，我们根据该施工水域水文、潮汐、风浪等情况，故采用以下两种测量方法进行，具体施工详见图9水下切割工序示意图。方法1，标高在248M561M的桩采用长测杆方法，先在桩顶安放测盘定出桩中心点后，将不锈钢管（直径50MM、长度6M）套中心点引出水面，由测量调校垂直后，用全站仪测量三次数据，选两组最相近数据的平均值。方法2，标高在623M1074M的桩采用吊垂球方法（垂球重5KG），先在桩顶安放测盘定出桩中心点后，由潜水员在水下指挥船上移动吊垂稳定于中心点后，再用全站仪测量三次数据，最后取两次数据最相近的值。55水下切割操作程序及技术切割潜水员携带切割炬下潜至切割桩的工作平台架，切割条放入特制的小口袋中，系在潜水员身上要稳妥使用方便的部位。进行水下切割作业，切割潜水员一手握切割炬，另一手持割条，将割条装入切割炬钳口内，拧紧固定，然后将切割条置于切割点上。切割时，为不使割条内孔堵塞，必须在通知供电同时开启氧气，引弧进行切割。当更换割条或停止切割时，应先通知断电后，再关氧气。当切割作业人员交替时，必须切断电源，切割炬应妥善放在割缝附近，不可随意搁置，本施工区域水质比较浑浊无能见度，在切割时要特别注意。水下切割时，切割条能与工件接触的情况下进行，切割前将每根割条进行检查通气孔，保证接触良好，否则，将影响切割效果及烧坏切割刀，操作顺序为开始切割时先开氧气后开引弧，停止切割时先断弧后关氧气。在切割操作时，割条一般不做摆动，也不进行运条，只沿切割导向线箍进行运作。当割条燃烧到相距切割炬钳口为35毫米剩余长度时，应停止切割，并更换新割条，以防烧损切割炬及造成更换切割条的困难。56水中判断割缝的方法由于本施工区域水质浑浊无能见度，切割时潜水员观察不到切割缝深度，只能靠感觉和经验进行判断。故必须对已完成的割缝及时进行检查，采用较硬质细钢条插入割缝中，沿割缝进行检查，如通行无阻，则表明已全部割透；反之，则表明有未割透的地方，立即进行补割，这样可确保后续顺利吊桩头，及大大减少进行补割的工作量。6水下切割砼管桩本工程沉桩完成后，高出设计桩顶标高21M以上的桩，需截除砼管桩桩头，考虑如采用潜水员在水下将C80混凝土凿除至平整是件较为棘手的事。经多次研究探讨决定，引用陆上金刚石绳锯机切割工艺，优化为水下切割砼管桩工艺。中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集49161金刚石绳锯机切割原理金刚石绳锯机切割其工作原理是利用夹紧导向装置将金刚石串珠绳固定在砼管桩切割位置，垂直与主动轮连接组成。由金刚石绳锯机驱动装置带动主动轮高速旋转，使张紧的金刚石串珠绳做循环运动，实现其沿管桩的横向进给运动，金刚石串珠绳在液压马达驱动下绕切割面高速运动研磨切割体，来完成切割工作的。详见图10所示。图10水下砼管桩切割示意图62水下切割砼管桩施工工序在待切割的砼管桩桩顶安装支架作为施工操作平台，支架与桩顶钢管连接固定，安装切割机设备，进行桩头切割，割断后由工作船将桩头吊出水面。具体操作如下621潜水工作船定位先将工作船抛锚在施工区域内，采用GPS定位系统将工作船船头垂直定位到施工排架位，并测定出切割桩头的平面位置后，潜水员下水详细检查桩头周围的环境情况，如桩内和桩外有杂物或淤泥，需进行清理和清淤处理。622安装操作平台架利用工作船的起吊扒杆将操作平台架吊起放至水下，由潜水员水下指挥将操作平台架安放到切割桩头顶，并将支架与桩顶钢管连接固定。如图11所示。图11安装平台架中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集492623测量安放切割定位箍同上述水下切割钢管桩施工工序、步骤进行操作施工。624金刚石锯机辅助装置导向轮装置及安装由潜水员根据切割位置将金刚石绳导向轮装置固定在桩身上，正确合理地使用导向轮，是保障串珠锯顺利切割的极其重要环节之一，详见图12、13所示。图12、13导向轮装置及安装A水平导向轮水平导向轮主要用于金刚石串珠锯进行水平面切割时，控制金刚石串珠绳包角，也控制金刚石串珠绳外露部分的运动轨迹范围。B换向导向轮换向导向轮主要用来于改变运动方向，进行水平面切割时，通过换向导向轮来改变金刚石串珠绳的运动方向，从而实现对水平切割面的锯切。C控制包角导向轮在水平导向轮和换向导向轮边上安装34个包角导向轮，用于控制金刚石串珠绳在主飞轮上的包角，保证主电动机功率的有效传递。动力头的回转装置及移动机构动力头的回转装置及移动机构主要用于推动和控制金刚石串珠绳工作过程中的张紧状态，将其安装固定在操作平台架上，使金刚石串珠绳与主动轮连接起来，这就达到金刚石串珠绳在主动轮带动下具备回转及上下移的功能。如图14、15所示图14、15动力头的回转装置及移动机构中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集493625进行切割在开始进行切割前，由潜水员水下配合将金刚石串珠绳与主飞轮组成的切割面调整到与管桩被切割面重合的位置。进行切割过程定时暂停检查金刚石串珠绳是否移位，如发现有异常，立即进行调整。如图16所示图16进行切割示意图626吊桩头砼管桩桩头切割断后，拆除动力头的回转装置和移动机构，利用工作船扒杆将平台架和桩头一起吊出水面放置岸边，再将拆除金刚石绳导向轮装置，并检查切割面平整度。如图17和18所示。图17、18吊桩头及切割面示意图7水下切割操作注意要点在水下进行切割作业时，作业中的安全操作是十分重要的。必须强调安全操作，掌握安全操作技术水下切割作业前，应当认真调查作业区域的环境，作业人员应熟悉被割结构的状况和有关的安全操作规程。水下进行切割作业应做好充分的作业准备，接好切割的电路和气路，清除作业区