舟山港海域钢管桩制造及海上施工技术探讨

刘兵，慈张高

（中交二航局第四工程有限公司，安徽 芜湖241000）

1 工程概况

宁波舟山港主通道公路工程第DSSG04标段钢管桩主要包括北70m非通航段钢管桩基础、北70m非通航段B09、B10墩永久钢护筒、北通航段过渡墩BT1、BT4永久钢护筒。钢管桩桩径1.6～2.0m，壁厚20～24mm，桩长100～114m，斜桩斜率采用1/5、1/6，材质为Q345C低合金钢，深入承台1m。钢管桩防腐均采用涂层与阴极保护联合防护的方式。桥位区覆盖层上部主要为淤泥、淤泥质土、软～流塑状黏性土；下为中密～密实冲海积的粉砂、细砂为主，一般厚度较大，地层较为连续，底部为粉质黏土、圆砾及其他地质；下部基岩面起伏大，总之，桥位地质条件较差。

针对以上工程特点，为顺利完成钢管桩施工，须解决钢管桩制作场地及设备、钢管桩防腐措施、钢管桩运输方式、钢管桩沉放设备选择、钢管桩沉放质量控制措施，填芯混凝土施工工艺等问题。

2 主要施工工艺及方法

2.1 生产工效分析

1）生产厂区：配备螺旋缝埋弧焊钢管生产线（120m）1条，螺旋缝埋弧焊钢管生产线（100m）2条，260m×30m的全自动熔融粉末防腐车间1条，直缝钢护筒生产线（约100m）1条。满足生产条件。

2）装船能力：配置2台150t龙门吊用于码头装卸作业，可实现300t大型钢管桩及钢构件出运。靠泊船型为3 000t级平板驳船（出桩）或5 000t级自航式驳船、海轮（进钢卷）。

3）存储能力：成品堆存场地约100 000m2，可堆放成品管（直径2.0m）180根和裸管90根的堆存场地。

4）运输能力：配置3、4艘3 000t级平板驳船进行出桩，满足两艘打桩船施工。

5）储存场地：配置47 500m2的存放场地，满足120根钢管桩即1个月的存放能力，满足施工周期要求。

2.2 沉桩功效分析

配置航工168及海虹6号大型打桩船（配置D260柴油锤/HCS-600液压锤/YC-50液压锤）进行钢管桩沉放施工，根据以往类似工程施工经验：每艘打桩船沉桩工效按2根/d计。

2.3 钢管桩制作

1）钢管桩卷制及切割：钢管桩螺旋成型机为3组成排的辊轮，钢管桩卷制前，先制作桩头，用于导引后面钢管在生产线上的正常生产，通过调整生产线制作参数，把桩头的外观尺寸和加工精度调试到满足设计和规范要求，桩头在钢管桩下线后需切除。钢管卷制长度达到钢管桩设计长度（其中钢护筒需考虑增加护筒长度）后，在生产线滚轮架上采用等离子切割机进行在线切割，切割完成后，将制作好的钢管桩采用龙门吊吊装出生产线。钢管桩卷制过程中有专人在钢管成型机处量测外圆周周长，及时纠偏，保证钢管桩外形加工尺寸。

2）钢管桩焊接：钢管桩采用全熔透焊缝焊接，焊缝质量等级为一级，采用自动埋弧焊，宜用焊丝H08MnA等并配合相应的SJ101焊剂。钢管螺旋缝焊接方法为双丝埋弧焊（先内焊，后外焊），其中前丝为直流焊、后丝为交流焊。钢带对接为单丝埋弧自动焊，V型坡口，采用单面焊工艺，在焊缝背面加垫紫铜垫板。钢管螺旋焊缝为双丝埋弧焊（先内焊，后外焊），其中前丝为直流焊、后丝为交流焊，X型坡口。焊丝型号为H08MnA，直径为4.0mm，焊剂型号为SJ-101。焊缝修补气保焊焊丝型号为ER50-6，直径为1.2mm，U型坡口，CO2气体纯度达到99.9%。剪力环及吊耳采用角焊缝焊接，剪力环和吊耳的焊缝等级为二级。荷载箱和钢管桩之间采用对接焊缝，荷载箱和钢管桩之间采用对接焊缝，对接焊缝设置一定的加强面【1】。

3）防腐：钢管桩伸入承台1.0m，其中，顶部0.8m范围为裸管，其下水位变动区8.2m范围内（标高+1.2～-7m）采用总厚度≥1 000μm高性能复合加强双层熔融结合环氧粉末涂层防腐，其中，底层厚度≥350μm，面层厚度≥650μm；水下区8～46m范围内（标高-7～-45m）采用总厚度≥650μm高性能复合普通双层熔融结合环氧粉末涂层防腐，其中，底层厚度≥350μm，面层厚度≥300μm；泥下区（标高-30～-45m）采用总厚度≥450μm高性能普通双层磨砂型环氧粉末涂层防腐，其中，底层厚度≥350μm，面层磨砂型涂层厚度≥100μm，整体涂层表面磨砂度要求为≥70μm。具体参照防腐相关规范具体操作，确保防腐效果达到设计要求。

2.4 钢管桩运输

1）运桩驳船加固改造：考虑到钢管桩尺寸长（最长有114m）、重量大[最重约1 018kN（101.8t）]、易滚动且涂有防腐层，为确保运输安全及钢管桩防腐层不致损坏，须对驳船进行加固改造。在驳船甲板上设置稳桩支架，按2、3层布置，支架用型钢制作，桩间用枋木支垫隔开。钢管桩支点处甲板须进行加固处理，支点间距8～10m。

2）钢管桩装船：制桩基地的落驳码头为2 000t级港池式码头1座。设置150t的龙门吊2台（可实现300t抬吊操作），设计可靠泊船型为3 000t级平板驳船（出桩）或5 000t级自航式驳船、海轮（进钢卷）。钢管桩装船利用码头上起吊设备直接吊装上船，采用4吊点，运桩船上桩的固定方法，如图1所示。

图1 钢管桩在运输船上固定位置图

3）钢管桩运输：采用拖轮拖带运桩驳方式进行运输，方驳上配备的锚机在抛锚艇的配合下进行抛锚定位。

2.5 钢管桩沉放

1）打桩船及桩锤选择：根据本工程的桩基施工条件，采用航工桩168打桩船、海虹6号或浙桩8号（配置D260柴油锤/HCS-600液压锤/YC-50液压锤）打桩船进行整桩施打。

2）钢管桩施打。沉桩程序：打桩船粗定位（下定位桩）→打桩船抛锚→桩驳船靠打桩船（下定位桩）→吊桩→桩进打桩架龙口→GPS系统引导精确定位→调整打桩船→压桩→GPS复测→压锤→锤击沉桩→GPS复测→沉桩结束。

（1）打桩船定位：根据打桩船上GPS定位系统显示的数据，打桩船由拖轮拖到施工地点附近，进行粗定位。下插定位桩，顶水抛锚。必要的情况下，可以抛2个前进锚和2个尾锚或者不抛锚，以适应狭窄施工海域。

（2）运桩驳就位：待打桩船锚抛好后绞缆，桩驳靠打桩船，下定位桩，并在打桩船上系缆。

（3）吊桩：打桩船移至运桩平板船一侧，桩架前倾，采用4点吊吊桩。下放主副吊钩与钢管桩吊点连接，提升吊钩使桩脱离平板船。主吊钩上升，副吊钩下降，使钢管转成竖直姿态；调节桩架倾斜度，送打桩锤替打至桩顶，启动抱桩器抱桩并锁定，调节桩架至沉桩状态。

3）停锤标准。

（1）对于2m桩径和桩长大于100m的钢管桩，建议停锤标准见表1。

表1 桩径2m和桩长大于100m钢管桩停锤标准

（2）对于基岩面起伏较大部位，钢管桩施工停锤标准以贯入度控制为主，标高校核，该区段钢管桩桩端应穿过强风化岩层，由于该区段岩层起伏较大，考虑岩层起伏变化对桩长的影响，适当考虑桩长富裕量。该区域钢管桩停锤标准见表2。

表2 桩端穿过强风化岩层钢管桩停锤标准

（3）其他区域钢管桩以标高控制为主，贯入度校核。沉桩过程中应严格控制打桩速率，并加强观测，当沉桩出现异常情况时，应立即停锤，由业主、设计、监理及施工单位研究解决。

4）沉桩顺序。本工程沉桩按照“优先墩施工墩位”的要求，先施工优先墩及优先墩两侧各2个墩位钢管桩，形成承台施工作业面。各墩位沉桩时由上游向下游方向进行作业。

5）夹桩施工。

（1）准备工作：将各种所需型钢和相应的配件机具装上多功能作业船，再将多功能作业船拖到已经施工完的钢管桩附近，抛锚定位。

（2）将施工挂篮挂在钢管桩上，作为临时夹桩施工的工作平台。测量出已沉桩之间的实际距离，确定槽钢的长度，多功能船上的吊机将已下好料的槽钢吊到钢管桩按照桩顶联接设计要求施焊，使桩联接成一个稳定的整体，起到夹桩作用。在台风及大潮来临之前，认真检查，并采取相应的加强联接措施。

（3）桩顶焊接部位不得影响钢管桩桩身防腐涂层。

（4）根据进度要求，单个打桩船拟配置20个墩位的夹桩材料，周转使用。夹桩材料拟考虑提前后场模块化整体加工，整体吊放安装，夹桩在钢吊箱下放前拆除。

6）牺牲阳极施工。对钢管桩采用牺牲阳极保护与涂层防腐相结合的办法。

工程牺牲阳极保护安装流程如下：船舶就位→确认水下作业开始→钢桩表面海生物清理→将阳极吊放到设计标高位置→阳极安装→潜水员水下安装→潜水员水下安装质量检查→确认合格结束作业。

牺牲阳极的安装可以采用焊接、螺栓紧固或其他任何方便的方式，但无论采用何种方式，都应确保：（1）其足够的电连接性能和机械强度；（2）尽量减少对钢管桩涂层的破坏；（3）确保钢管桩周围耐水流的冲击和泥沙的磨损；（4）采用焊安装方法时，焊缝长度达到设计规定值。每个承台内所有钢管桩应用50mm×5mm的扁钢电焊连接成一个完整的导电体。在安装阴极保护电位测量点的承台，其连接扁钢应从混凝土中延伸至墩顶，以方便阴极保护电位检测。

3 结语

宁波舟山港主通道（鱼山石化疏港公路）公路工程钢管桩工程数量大，施工难度高，中交二航局第四工程有限公司通过一系列的施工方法和质量控制措施，顺利完成了项目建设。通过对本项目海上钢管桩施工过程及工艺的研究和实践表明，中交二航局第四工程有限公司在本项目海洋性环境中的钢管桩的制造、运输、沉放及填芯混凝土施工工序和质量控制措施成功可靠，效果显著，可以为今后类似工程施工提供技术借鉴。