海上钢管桩沉桩施工技术要点分析

吴志鹏

上海振华重工（集团）股份有限公司 上海 200120

海上沉桩施工风险高、难度大，需要考虑各种自然和人为的影响因素，故对施工技术要求很高，本文分析了南通市洋口港区桥梁和液化码头工程PPP项目中的子项目液体化工码头二期海上钢管桩沉桩施工所需关注的主要问题及存在的难点问题，从保证施工安全和质量的角度出发，提出在沉桩施工技术当中的重点控制过程及要素。

1 工程概况

南通港洋口港区阳光岛南侧液体化工码头二期工程拟建于洋口港区西太阳沙码头区，从一期码头栈桥向外延伸，距已建海巡艇码头393m，距已建重件码头477m。

本工程包含栈桥和码头两部分，栈桥长347m，宽为12.35m，设有4个补偿器墩及4个固定墩。码头G2、G3泊位长度均为195m，与工作平台统一布置。每个码头泊位均设置2组靠船墩，每组有2座靠船墩，每个泊位共4座靠船墩。栈桥与码头夹角内侧设置辅建平台，上部布置码头前方综合用房。本工程所有桩基均为钢管桩，本工程桩长在51m～67.5m之间，共计339根，其中直桩95根，斜桩244根[1]。

2 工程特点及难点

2.1 施工环境复杂，有效作业时间短。

本工程地处江苏外海，常年风浪比较大，每年7～9月份为台风多发期，受台风的影响大；每年11月至翌年3月冬季寒潮大风频繁，海上涌浪大，最大波高超过3m，持续时间长，全年平均可作业时间不足15天/月。

2.2 工况条件恶劣，对施工船舶的要求高。

施工水域潮差大，常年风浪大，最大潮差达到8.08m，涨落潮水流流速急，对施工船舶的稳定性要求高，尤其是起重船，船型宜选择1000t以上的平板驳，考虑到大型钢模板吊装和现场的吊距、吊高的需求，起重船的起重能力要达到50t以上。

2.3 桩位布置复杂，扭角差异大，沉桩难度大，工效低

本工程墩台和平台的桩位布置比较复杂，桩基的扭脚差异较大，墩台间桩位互相影响，打桩过程中需要频繁的起、移锚调整打桩船船位，沉桩的难度大，工效低[2]。

3 重点控制过程及要素

3.1 施工准备

在沉桩施工实施前，要确保人员、船机设备、材料全部进场到位，做好各项准备工作。人员进场后，进行安全技术交底，确保交底到每个作业人员，并开展安全教育。船机设备进场后进行全面排查，确保船机设备的性能、船况、配员等均能满足现场施工要求。按照分项工程开工报审的要求，人员、材料、船机设备等各项报审手续完备后，开始进行水上沉桩施工。

3.2 钢管桩制造及运输

桩基是码头工程施工的重点，钢管桩的制作及涂装的质量直接影响码头的耐久性和结构安全，本工程地处外海，自然条件极恶劣，为了保证钢管桩的生产质量，选用专业厂家进行制作，制作完成后在厂内进行防腐，再由运输驳运输到现场安装，每批管桩出厂时需同时提供出厂合格证和质保书，厂家按照提供的每驳管桩加工计划加工完成并经验收合格后，再按顺序进行落驳，由拖轮拖运至施工现场。

本项目采用驳船运输，驳船具备足够的长度和稳定性，装驳时按照沉桩顺序及编号，对称堆放，并绘制落驳图。由于桩长度较长，装驳时使用小型木方找平，并用缆索紧固，使支点处在同一平面上，避免折桩。装卸时使用钢管桩上的吊耳，严禁出现损坏防腐涂层的操作方法，相邻钢管桩之间的吊耳用麻袋外包。经检查合格后的成品钢管桩按不同的规格分别堆存，堆放形式和层数应安全可靠，避免产生纵向变形和局部压曲变形，堆放要整齐，底部及管与管之间垫放软物，避免破坏防腐涂层。

3.3 测量控制

根据本工程外海离岸施工的特点，采用GPS系统进行沉桩测量定位，沉桩平面偏位控制标准符合设计及规范要求。利用GPS RTK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，在外海水域作业优势突出。

打桩船利用GPS/RTK模式远距离打桩定位系统进行海上沉桩定位的工作步骤如下：

（1）基准站的建立，根据业主提供的控制点在现有围垦堤及黄海大桥上设置加密控制网，并选定一个沉降稳定的加密控制点作为数据链发射电台的基准站，距本工程最远处10km，满足GPS/RTK差分定位需求。

（2）在打桩船的适当部位布设2个流动站，一般布设在船纵横轴线或其平行线上，能代表船的具体位置和方向，以RTK作业模式，实时测出该船上2个固定点的三维坐标，通过GPS RTK打桩定位工程软件将基准站GPS坐标系统转换为大桥工程坐标和设计高程系统的高程，从而就知道打桩船的位置和方向。

（3）通过各种传感器，测出桩到2个固定点的相对距离、桩架倾斜度及其与桩船纵（横）轴线水平夹角、桩顶标高等，从而利用打桩定位工程软件计算出桩在设计中心处的设计坐标及偏位、桩的扭角、倾斜度、桩顶（尖）标高等。

3.4 水上沉桩

（1）确定沉桩顺序及设备，根据桩位布置及桩的斜度、扭角，综合考虑桩船的尺寸以及运转的有效性与合理性，并且受一期码头港池疏浚等因素影响，制定沉桩施工顺序，然后进行栈桥区域沉桩施工，栈桥区域沉桩施工顺序为从一期码头侧向码头侧进行，最后再由工作平台向东，完成全部沉桩任务。

（2）打桩船抛锚定位，按照沉桩顺序进行打桩船的抛锚定位。施工前根据实际的工况条件，应确保缆绳能够满足现场的要求，避免出现缆绳断裂和走锚的现象。使用拖轮将打桩船拖航至拟打桩位置，由起锚艇将打桩船的锚逐一送至指定位置进行抛锚，抛锚后通过锚机将缆绳收紧，根据船上的定位系统绞至打桩地点。抛锚定位总原则是：所有锚缆不影响已施沉的桩，同时应方便运桩驳船送桩。打桩船及定位驳需注意各锚位的布置情况，每天作业前检查各缆绳是否牢固可靠，如遇大风及时加缆和锚，杜绝前后锚缆在同时拉紧的情况下移船。

（3）管桩起吊，按要求，钢管桩沉桩起吊应采用三点吊，另一面吊点用于翻转钢管桩吊入桩架龙口。索具选用卸扣，吊索选用钢丝绳。

（4）管桩定位，操纵室通过观察桩架上的角度测量仪调整桩架的倾斜度，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。

（5）沉桩，桩就位后，将打桩船上锚缆带紧，以保持桩位和船体稳定。桩自沉稳桩，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。桩后压锤，桩在压锤稳定后，松开抱桩器，启动桩锤，开始进行沉桩。开锤前检查桩顶与替打底面是否密合，保证两者的垂直。替打垫层是否均匀，替打和锤的竖直对中要保证，以免发生偏心锤击。

（6）夹桩，本工程桩基施工在外海作业，钢管桩沉桩后斜桩悬臂端较长，并受水流、风浪、潮流的影响，打完桩后必须及时进行夹桩施工。夹桩施工是用制作好的钢抱箍套入已沉钢管桩上，抱箍内裹以厚胶皮，固定在标高处后用型钢、对拉螺杆把群桩和抱箍相互联成整体。

3.5 技术保障措施

钢管桩吊运时，根据桩长的不同，采用3点吊运工艺；起吊时要平稳，防止相互碰撞；打桩前，应测量沉桩区域水深和水下地形；打桩按落驳图顺序进行，吊桩时应考虑桩驳平衡，吊桩顺序应对称起吊。桩锤、替打和桩三者始终在同一直线上，避免偏击；在自沉或压上锤和替打后，如发现桩基偏位超出规范要求，需将桩基拔起后，重新定位调整，禁止在沉桩过程中挤桩纠偏；涨、落潮时，应随潮水的涨、落适时松、紧缆绳，以保持船位不变和防止个别锚缆受力过大；沉桩应连续，不要中途停顿，以免土壤恢复而增加其对沉桩的阻力；沉桩时，如现场的水下地形有斜坡段，则需预留出打桩偏位的提前量，确保最终的沉桩偏位满足规范要求；当施工第一根桩时，汇同业主、设计单位、监理组现场观察沉桩过程，并确定停锤标准，作为以后施工的控制停锤标准；为防止在风浪、水流及斜桩自重的作用下桩倾斜偏位等，沉桩后应及时夹桩；当预计出现台风或大浪时，必须检查桩头连接情况并采取必要的加固措施；运桩和打桩过程中，严禁碰撞钢管桩、破坏防腐涂层；认真做好沉桩施工记录，沉桩记录要准确反映停锤前几次的贯入度；沉桩过程中以及沉桩完成后应积极安排检测单位做好高应变动力检测试验，并及时进行典型施工总结，报设计单位确定沉桩停锤标准。

4 结束语

海上沉桩施工环境复杂，难度高，本文根据南通市洋口港区桥梁和液化码头工程项目现场沉桩施工当中存在的具体问题和难点，分析了在典型海上沉桩施工中的控制技术要点，这其中材料供应、设备选型、人员培训、测量控制、施工技术措施保障等方面都是必须要关注和重点控制的关键环节，做到全过程的防范和控制，才能保证沉桩施工的质量和安全。

[1] 潘路,刘星.海上超大型钢管桩沉桩工艺研究[J].工程技术,2016,(20):85-85.

[2] 梁达志.高桩码头钢管桩施工质量控制[J].中国水运,2015,(9):62-63.