中铁大桥局上海工程有限公司 上海 200000
摘要：本文以玉环变－乐清变500KV双回输电线路大跨越段海中铁塔基础为对象，结合本工程实际经验，就长大钢管桩（含斜桩）整体一次性插打、斜桩钢筋笼下放和斜桩水下混凝土灌注施工等技术难题进行了研究和总结，希望能为类似工程提供参考。
关键词：长大钢管桩；斜桩；海中基础
1 工程概况
玉环变－乐清变500KV双回输电线路大跨越段海中铁塔基础位于乐清电厂综合码头和卸煤码头之间的海中，取水口的西南面，距离综合码头最近距离约254m。海中铁塔采用自立式钢管塔，呼高156m，全高201m，塔脚根开36.44m。
铁塔基础平面尺寸为53m×53m，中间为20.5m×20.5m的孔口，为高桩式结构，平台下设置65根直径为1.8m的钢管桩，桩内自桩顶以下39.8m灌注钢筋混凝土。
2 施工方案
本工程基础主体桩为φ1800mm钢管桩，长度分别为91.3m和91.8m。周边防撞桩分别为φ1800mm和φ1200mm钢管桩，整根长度分别为63m和56m。
设计要求主体钢管桩在厂家一次性加工完成，现场整根插打，以确保桩身焊缝和防腐涂层质量，故根据桩长、桩重、海域水深和设计要求的单桩轴向极限承载力等要求，选用“大桥海威951”打桩船和D180-32柴油锤作为打桩设备。
在已搭好的上吊挂平台上进行钢管桩内清淤、钢筋笼下放和水下混凝土灌注。
3 长大钢管桩施工
3.1 打桩设备
基础主体钢管桩桩长分别为91.3m和91.8m，上、中、下段壁厚分别为22mm、20mm和18mm，上段和中段桩长度分别为45m和16.5m，其余长度为下段桩，单桩重约为83t（含十字桩间、桩顶加强环和吊耳重）。总共65根，9根直桩，其余56根为斜桩，倾斜度为5：1，方向各异。施工水域高、低潮位水深分别为10.3m和7.2m。根据其中高度、起重量和水域条件等因素，选用“大桥海威951”打桩船作为打桩设备，其性性表见表一。低潮位时桩机起重高度与水深之和小于桩身长度，故钢管桩插打作业只能在高潮位时进行。
表一：“大桥海威951”打桩船性能表
3.2 钢管桩施工
3.2.1沉桩顺序
沉桩前充分考虑各种影响因素，事先确定科学合理的沉桩顺序，并在图纸空间内予以模拟验证，确保沉桩顺利高效进行。确定桩序需考虑如下主要影响因素：1、对于在不同方向倾斜的斜桩插打，需通过不断变换打桩船船身的方向和位置，依靠前倾和后仰桩架才能完成俯桩和仰桩的定位和插打，如沉桩顺序不合理，将会出现后续桩施工时打桩船因前桩影响而无法就位的情况，从而导致个别桩无法插打，为此因遵循前桩不影响后桩的原则排序；2、根据试桩要求，应先将E5、B2两根试桩、试验锚桩以及受上述桩影响而无法插打的其余个别桩综合考虑排序，作为首批插打的桩。3、打桩船抛锚定位需抛锚挺和拖轮配合，花费巨大且费时较长。为此因通过合理排序，使打桩船完成一次抛锚定位后，在此锚位通过调整锚绳改变船位的方式尽可能多的完成局部钢管桩的插打，以减少抛锚定位次数。
3.2.2钢管桩运输
大型运桩船有运桩成本低、运输安全性高、管桩供应保证性强等优点，但同时存在打桩时船舶等待费用高、钢管桩过驳困难和对场地要求高等不足，小型运桩船则正好相反。基础所在海域位于电厂卸煤码头、综合码头、连接栈桥半包围中，临近电厂冷取水取水口三个警示灯塔，施工海域空间受限较为严重，大型运桩船进出施工海域时风险较大。综合考虑打桩船过驳时最大工作幅度、钢管桩插打速度、运桩成本、运桩船往返时间、定位驳储桩能力和施工场地等因素，选择总长为91.6m，型宽24.6m的铁驳船，由拖轮拖运的方式运桩。
钢管桩装船时应严格按照打桩顺序，将先打桩置于上层，后打桩置于底层，避免因桩序造成的二次倒桩。所有桩桩头朝向保持一致，且具体朝向应方便打桩船取桩。钢管桩装船堆码层数不能超过三层，必须采用捆绑钢丝绳、木楔抄垫和设置型钢固定块等方式固定牢固。所有钢丝绳、型钢与钢管桩接触处设橡胶垫，以防桩身涂层破坏。运输至现场后将部分桩过驳至定位驳，然后插打定位驳上所有钢管桩，依次取完运输船上所有桩，运桩船利用插打最后一批定位驳上钢管桩的时间返回厂家运桩，往返时间应与打桩船做到好衔接，以免大型设备窝工造成的巨大损失。
3.2.3吊点布置
吊桩采用三钩四点法，右侧主钩一钩两点，左侧副钩一钩一点，中间主钩一钩一点，如下图所示。右侧主钩和左侧副钩吊点置于桩身正面，用于起桩和立桩，中间主钩置于桩身背侧，起吊和立桩初期时不受力。
图二：吊点布置图
吊点布置应注意如下几点：1、在起吊、立桩过程中，桩身、吊耳、钢丝绳受力满足强度和变形要求；2、避免因吊点布置过高、未充分考虑吊具等因素的影响，致使无法达到最大起重高度造成竖桩困难；3、吊点位置合理，易于桩头方向调整，以便桩头进入桩帽；4、右侧主钩和中间主钩最低一个吊点位置在到达抱桩器之前时应使入土部分桩身能达到自稳，且应有足够的安全距离，否则主钩吊点索具将会无法解掉。
3.2.4钢管桩插打
打桩船和定位驳提前抛锚定位，打桩船通过绞锚行船至定位驳处取桩，挂好吊钩后升右主钩和左副钩，待钢丝绳受力时停止吊钩动作，检查吊点位置无异常状况，再行平吊起桩，退船。定位驳亦通过绞锚方式移船至安全距离以外。
在起吊、立桩时，先通过调整右侧主钩和左侧副钩高度，使桩尖入水靠近海床面，桩顶部缓慢提升至最大高度，同时右侧吊耳方向由竖直方向朝右后方旋转，此时提升中间主钩，松左侧副钩，通过调整右侧主钩和中间主钩，立直桩架，将桩身调正立直，抱桩器抱桩，移船至桩位。
通过改变桩架角度和吊钩左右调节使桩帽入桩头，根据要插打桩的仰、俯角倾斜桩架，根据平面扭角调整船身方向，利用GPS进行定位，并经码头上全站仪复核无误后开始压桩。锤卷扬机和吊钩卷扬机同时做下降动作进行压桩作业，直到吊钩、桩锤无负载为止。
解除所有吊点索具，将桩锤与桩帽用链条连接固定，收回抱桩器，落下发火架，待指挥人员发出开锤信号后进行沉桩作业。为了防止溜桩前三锤采用打焖锤的方法作业，再连续沉桩至规定标高和贯入度。
具体步骤为：行船到桩驳取桩→吊桩→立桩→抱桩→对桩帽→行船→精确定位→解除左侧副钩吊点索具→稳桩、压锤→解除右侧主钩和中间主钩吊点索具→桩锤与桩帽连接固定→开锤→停锤→吊起桩帽→继续行船到桩驳取桩。
本工程主体桩较长，竖桩时需入水十米，涨落潮时水流速较大，不利于竖桩定位，且存在较大的安全隐患，为此选择在高平潮时进行竖桩压桩。
沉桩后对根桩的倾斜度、标高和平面扭角进行复核，并根据复核结果计算桩尖平面位置偏差已避免因打桩时的偏差造成底部桩位置相互冲突，并借助三维图予以验证。
3.2.5沉桩情况
锤击沉桩以贯入度控制为主，标高进行校核。根据设计要求，具体停锤标准为：最后10击的平均贯入度小于1mm/击，持续锤击100mm或30～50击，且贯入度无增大的趋势，停锤。
根据沉桩情况，不考虑地质情况实际误差，钢管桩进入圆砾层均不深，与设计标高略有出入，从E5和B8钢管桩静载试验结果看，钢管桩承载力在上述贯入度和标高标准控制下，可满足设计极限承载力19000KN要求。
4 斜桩灌注
4.1 清孔
桩顶以下39.8m范围内填充水下混凝土，塔基承台处海中地层面标高约为-10.0m，需桩孔中清淤20m深，均为流塑状淤泥。
根据淤泥的特性，清孔采用综合效率较高的φ300空气吸泥机与高压射水配合使用的空气吸泥方法。用螺旋式吸泥机边旋转边吸泥，加快吸泥速度，遇到较硬土层时辅以高压射水。斜桩时在吸泥机管端部加设环向支撑结构，辅以高压射水，以提高斜桩上侧孔壁清泥效果。
4.2 斜桩钢筋笼下放
首节钢筋笼顺管壁直接下放，此节钢筋笼采用吊机主钩副钩两点起吊，通过调整主、副钩高度使第二节钢筋笼倾斜度与已入孔的第一节一致，再进行钢筋笼套筒连接。
钢筋笼下放时还应注意如下事项：1、钢筋笼与钢管壁紧贴部分混凝土垫块应保证足够数量和足够强度，以免钢筋笼在下放过程中垫块被压碎。2、副钩在钢筋笼起吊过程中作用仅为将单节钢筋笼倾斜度调至与管桩一致，而不能作为主要受力点，在钢筋笼接头套筒连接完成后应先松副钩并解除吊具，再升主钩，抽调孔口扁担梁，由主钩单点受力下放。3、主、副钩吊点位置设于钢筋笼内加强筋上，内加强钢筋与主筋需焊接牢靠，并应采用加焊短钢筋的方式对加强筋与主筋焊点处予以补强。4、钢筋笼加工时设置十字支撑筋，以避免在储存、运输和起吊工程中变形，造成安装困难。
4.3 斜桩水下混凝土灌注
在首节导管中部利用四块椭圆形钢板制成凸起导正器，导管在上下串动过程中，导正器钢板支撑在钢筋笼箍筋上滑移，可避免导管卡挂在钢筋笼箍筋或内加强环钢筋上，从而保证导管下入到钢筋笼底中心位置。钢板的弧度应平顺且端面光滑，导管移动才能顺畅。导正器钢板高度设置时应使导管大致居中，但高度不能设置过大，应在钢筋笼内部余有15～20cm空间，易于导管下放。
本项目斜桩倾斜度为1：5，灌注桩斜长39.8m，经计算在导管端头只设置一个导正器时导管中部挠度过大，需在导管中部增设一个，两个导正器分别位于底节导管和最中间节导管，下部的导正器距底管口2.0ｍ。
斜桩灌注砼时，由于导管倾斜无法进行丝扣连接，为此漏斗底部下料管管口切成5：1斜口，并将最顶部一节导管丝头切除，分别在两管口焊接连接法兰盘，改为法兰连接。至此，可解决斜桩灌注时遇到的所有问题，其他需注意事项均与直桩灌注相同。
5 小结
海上长大钢管桩施工时所需船舶设备较多，如打桩船、定位驳、运桩船、抛锚挺、拖轮和交通船等，受台风、大风和大雾等客观条件影响较大，存在设备费用高昂和安全风险较大的特点，为此必须对施工方案提前进行细致和深入的研究，制定详细的施工计划和保障措施，做到施工过程中成本可控。
参考文献：
[1]孙剑文,肖邦汉. 大直径长钢管桩技术在日本的应用[J]. 世界桥梁,1998(3)：5.
[2]黄增财，彭立志，吴健. 海上超长直径钢管桩基础施工技术[J]. 施工技术,2005(S1)：1.
[3]李近元,张吉,王淼,盛迎新,祝亮,董礼涛. 南日岛海域海上自立型测风塔设计施工技术探讨[J]. 海洋科学,2013(02)：95-100.
[4]李勇,闫维明,刘晶波,王巾杰,周大兴. 桥梁结构缩尺模型模拟地震振动台试验研究进展[J]. 工程抗震与加固改造,2013(05)：1-10.
[5]王永东，杨胜龙. 全旋转打桩船“海力801超长超重钢管桩沉桩技术”[J]. 中国港湾建设,2011(2)：42-46.
论文作者:颉建中
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/18
标签：钢管论文; 钢筋论文; 导管论文; 导正论文; 标高论文; 分别为论文; 倾斜度论文; 《基层建设》2017年4期论文;