姜明佐

（中交一航局第二工程有限公司，山东青岛 266000）

0 引言

长岛综合试验区小钦岛、北隍城二级渔港升级改造及维护项目工程分别位于山东省的最北端小钦岛及北隍城岛上。

该工程为码头兼防波堤结构，水工主体设计采用嵌岩钢桩管，共计173 根。钢管桩长度均在31m 以内，最短长度为8.2m。设计要求钢管桩打入中风化岩2m以上，且大部分为1∶4 斜桩。

设计桩顶标高1.8m，高潮位＋2m，压桩后打桩船原有的抱桩器无法进行抱桩，共计有119 根17m 以下钢管桩无法正常抱桩；打桩船进行仰桩施工时，龙口高于水面0.5m 左右，在高潮位打桩船替打有滑脱风险，造成打桩船无法正常施工。如何解决超短桩的正常打设是工程顺利实施的关键[1]。

1 课题研究内容

为解决超短钢管桩的正常施工，需从以下几方面进行深入的研究：

第一，选择合适的桩锤，保证钢管桩嵌岩的深度符合设计要求。

第二，解决超短钢管桩在入泥前的稳定问题，防止出现溜桩及替打滑脱现象。

第三，工程斜桩较多，桩顶标高较设计高水位低，解决全天候沉桩难题。

2 技术原理

2.1 桩锤的选择

从2 个岛屿工程中选取一段覆盖层最厚及中风化强度最大的断面进行计算分析，见图1。

图1 桩基断面图

参数选取见表1。

表1 各岩土层参数表

钢管桩：北隍城钢管桩直径1100mm，桩长取30.9m，壁厚为18mm（其中50cm 桩靴壁厚为36mm），桩重为13.6t，入泥深度19m。拟选用D138 柴油冲击锤验算沉桩的可能性，见图2。

图2 D138-32 筒式柴油打桩锤技术参数表

可打性计算结果如图3所示。

图3 可打性计算结果

结论：从可打性分析结果看可以实现沉桩，终锤贯入度为6mm（较低），锤击数为356 锤（与施工时数据基本相同）。

2.2 简易抱桩器的使用

钢管桩设计桩长较短，最短仅有8.2m 长，而打桩船抱桩器距离甲板有5m 高，在钢管桩施工稳桩过程中，由于桩长较短压桩后桩顶即低于抱桩器，抱桩器无法发挥作用，需要将液压抱桩器整体改造至水面位置方可使用，所有的油路、电路、控制系统均需进行改造，且改造时间较长，将严重影响船机进场时间[2]。

按照经济快速的原则，在打桩架靠近水面位置，参考原有的液压抱桩器设计加工一套利用绞车控制的简易抱桩器。主要在桩架上使用轴承连接两根2m长的32#H 型钢（两翼加焊筋板），并在前后左右四个方向安装与原有抱桩器相同的导向滑轮。简易抱桩器的开闭采用定滑轮与甲板上的2 台绞车钢丝绳连接进行控制，见图4。

图4 简易抱桩器

2.3 送桩器的设计

由于设计桩顶标高为＋1.8m，而高潮位为＋2m，打桩船在仰桩施工时龙口高于水面0.5m 左右，在高潮位施工时，打桩船桩帽有脱落的风险，造成打桩船无法在高潮位施工，严重影响打桩效率。

为解决高潮沉桩难题，经过研究加设送桩器，使钢管桩在沉桩过程中不受潮汐涨落影响，大大提高施工效率。具体做法：采用壁厚20mm（壁厚大于钢管桩）、长度3m 的钢管桩加上厚50mm 的替打钢板以及定位筋板制成送桩器。在高潮位提前将送桩器连接在钢管桩上，打桩船替打直接套在送桩器钢管上进行打设，可保证打桩船连续进行沉桩施工，不再受潮水影响。见图5、图6。

图5 送桩器施工图

图6 送桩器加工图

2.4 操作要点及注意事项

第一，钢管桩立桩后，简易抱桩器通过操控甲板上的两台绞车将钢管桩抱紧，需先安排人员检查抱桩器上的四个滑轮是否与钢管桩贴紧，再采用起降钢管桩的方式检查抱桩器抱桩是否稳固，检查无误后操作人员将抱桩器前端的固定杆锁紧，最后再调整桩架的斜度进行斜桩施工。

第二，在高潮位进行锤击施工时，由于设计桩顶标高较低，需时刻注意防止桩帽和替打从龙口脱落。如不能一次性沉桩到位，打桩船可先将桩帽脱离后吊起送桩器安装至钢管桩上；安装完成后安排人员检查送桩器与钢管桩对接是否紧密，防止出现单点受力的情况；在复打时首锤采用1 挡施工，锤击时技术人员应随时观察该对接位置是否出现异常扰动，见图7。

图7 送桩器安装图

3 工艺实施效果

3.1 工程实施的创新点

第一，该工程通过计算确定桩锤选型，保证钢管桩的嵌岩深度符合设计要求。

第二，通过技术改进，应用简易抱桩器解决了超短型嵌岩钢管桩在稳桩时因桩长太短抱桩器无法抱桩定位而导致出现的溜桩及替打滑脱现象。

第三，通过技术改进，采用送桩器加长钢管桩，解决了受设计桩顶标高影响高潮位无法正常施工的难题。

在已完成的钢管桩中通过高应变检测桩基承载力均满足设计要求。

3.2 工艺需改进之处

第一，送桩器与钢管桩安装完成后，务必安排人员沿对接接口进行检查，确保对接严密、不存在单点受力的情况，方可指挥打桩船锤击。锤击时需试打一锤，观察钢管桩是否有大的扰动，确认无误后打桩船再继续施打。

第二，该送桩器底部定位十字筋板高度为50cm，在实际使用时发现深入钢管桩内定位长度不足，造成打桩船需要反复调整就位方能对接严密。送桩器的十字定位筋板高度应取桩内径的1 倍以上，加工时应严格控制尺寸。

第三，简易抱桩器仅通过钢丝绳与甲板后方绞车连接，在施工时由于钢丝绳由延展性，在斜桩施工时在受力下出现抱桩不稳的情况，在抱桩器闭合完成后在前端采用一根加固杆进行加固锁紧后方可满足施工要求[3]。

4 效益评估

目前，钢管桩打设已完成34 根，利用送桩器打设完成8 根，经过高应变检测，所施打钢管桩均满足设计要求。

送桩器的加工费用为8000×3.1＝2.48 万元，每天2 个潮水共增加6 小时的作业时间，仅每天船机费用减少6/24×5.2＝1.3 万元（打桩船费用4 万元/天、运装船1 万元/天、锚艇0.2 万元/天），该工程预计作业30 个作业日，预计最少产生效益：1.3×30-2.48＝36.52 万元。

改造原有抱桩器，厂家报价为55 万元，且改造时间最少15 天以上；简易抱桩器费用仅为1.24 万元（钢材费用1.6t×5000＝0.9 万元、人工费300×8＝0.24万、辅材费用0.1 万元），生产效益53.76 万元。

通过技术革新，仅船机直接费用就节省了90.28万元。

5 结语

该工程是长岛地区因国家环保政策影响首个由重力式码头变更为高桩码头的项目，超短型嵌岩钢管桩在长岛地区无任何经验可以借鉴。超短型嵌岩钢管桩的顺利施打为长岛后续的码头建设提供了宝贵经验、打消了大家能否在长岛地区进行钢管桩码头建设的疑问。目前，长岛后续已有多个岛屿码头已经立项均采用了钢管桩码头结构，社会效益和经济效益巨大。