CN104047276A - 一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，整个方法将整圆主格分为4个1/4圆钢板桩组装片分别吊装，从而降低对起重船吊距和起重能力的要求，同时，大大减少了现场工作量，现场只需挂4个1/4圆钢板桩预组装片，再拼接4根合拢桩即可。利用本发明提供的方案，能够在面临“上下左右都受限制”的现场条件(即施工区域限高、水深浅、地质条件差、海上环保要求高)及工期要求的施工条件下，实现格型钢板桩大圆筒精确、稳定的吊装和沉放。

Description

一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法

技术领域

本发明涉及一种海上人工岛施工工艺，尤其涉及一种海上格型钢板桩大圆筒施工时采用将场外预拼装的1/4圆筒现场拼接为整圆的方法。

背景技术

人工岛一般为在近岸浅海水域中人工建造的陆地，作为进行海上作业或其他用途的场所，大多有栈桥或海底隧道与岸相连。现代工业发达的沿海国家，滨海一带人口密集、城市拥挤，使得进一步发展和建设新企业及公用设施受到很大限制，原有城市本身的居住、交通、噪声、水与空气污染等问题也很难解决。因此，兴建人工岛，改变或改善了上述难题。人工岛是利用海洋空间的方式之一，也是一种新兴的海洋工程。

例如中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)是港珠澳大桥香港连接线的一个重要组成部分，经过赤腊角机场连接屯门及大屿山，占地面积约150万平米。该人工岛填海工程作为港珠澳大桥配套工程，工程的进度、质量和安全关系到整个大桥的建设与发展，顺利的实施本项目，对整个港珠澳大桥的建设有着坚实的铺垫作用。该人工岛通过在格型钢板桩大圆筒加防波堤形成的围堰内回填填料而成。

参见图1，其所示为某人工岛钢板桩格栅岛壁结构平面图。该人工岛100为在格型钢板桩大圆筒101加防波堤102形成的围堰内回填填料而成，其格型钢板桩岛壁结构轴线长度约5.1km，共有格型钢板桩大圆筒(101)134只，直径分别为26.9m和31.194m。主格101(即格型钢板桩大圆筒)与主格相连的副格共133组，分别为：①直径26.9m主格之间的副格直径为10.976m，共55组(110片)，单片副格由33块钢板桩组成；②直径31.194m主格之间的副格直径为15.96m，共77组(154片)，单片副格由46块钢板桩组成；③直径26.9m主格与直径31.194m主格之间的副格直径为16.296m，共1组(2片)，单片副格由47块钢板桩组成。

同时，本工程采用YSP-FXL型直腹式钢板桩，材质为S355，长度23.6～37.1m，其公称宽度为500mm，腹板厚度为12.7mm，转角为10°，理论重量为77.2kg/m。在进行格型钢板桩大圆筒施工前，应首先完成碎石垫层、土工布和碎石桩的施工，待碎石桩施工一段作业面后方可进行格型钢板桩大圆筒的施工，格型钢板桩大圆筒安装完成后，24小时内进行筒内填料回填工作。两只相邻格型钢板桩大圆筒主格安装完成并回填完成后，方可进行副格施工。

上述工程在施工过程中主要有五大难点：1)施工区域限高。2)水深浅。3)地质条件差，使得桩长较长。4)完全离岸作业，海上环保要求高。5)工期紧。基于这种“上下左右都受限制”的现场条件及工期要求，格型钢板桩大圆筒主格施工选择了一种“1/4陆上预拼、水上组合散打”的工艺。

对于格型钢板桩大圆筒现场拼装，现有技术中有现场筒位散拼工艺、现场整体预拼装工艺，但在限高条件下，超长板桩的现场拼接无法实现，本工程格型钢板桩一般桩长达到37.1m，为目前国际之最。另外，本工程单个主格钢板桩总重量一般在450t～560t，在航空限高、水深浅的条件下，目前尚无合适的起重船一次完成一个主格整体吊装和沉放。

发明内容

本发明针对通过在格型钢板桩大圆筒加防波堤形成的围堰内回填填料而形成的人工岛在施工过程中，面临“上下左右都受限制”的现场条件(即施工区域限高、水深浅、地质条件差、海上环保要求高)及工期要求的施工条件下，无法在现场进行主格钢板桩预拼，且无法一次完成一个主格整体吊装和沉放的问题，而提供一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，该拼接方法包括如下步骤：

(1)在现场施工设置与格型钢板桩大圆筒相对应的工装支架，并将四组1/4圆钢板桩预组装片运至施工现场；

(2)在工装支架的单侧将四组1/4圆钢板桩预组装片对应的吊装到工装支架上，使得四组1/4圆钢板桩预组装片在工装支架上配合形成圆；

(3)整体放下四组1/4圆钢板桩预组装片至接近泥面；

(4)在四组1/4圆钢板桩预组装片之间安插4根合拢桩，将四组独立的1/4圆钢板桩预组装片拼装成完整的格型钢板桩大圆筒；

(5)最后整体沉放格型钢板桩大圆筒。

在本发明的优选实例中，所述步骤(1)中在现场沉设支承钢管桩形成工装支架基础，再将工装支架吊装到工装支架基础上。

进一步的，所述工装支架基础采用9根钢管桩作支承，其中8根均匀布置在圆上，1根布置在圆中心位置，所有支承钢管桩的桩顶处于同一水平面，且每个支承钢管桩的桩顶上设置有连接机构。

进一步的，所述工装支架包括：

上部支撑胎架，所述上部支撑胎架用于支撑1/4圆钢板桩预组装片；

升降装置，所述升降装置安置在上部支撑胎架上，驱动1/4圆钢板桩预组装片在上部支撑胎架上的升降；

旋转装置，所述旋转装置安置在上部支撑胎架上，驱动1/4圆钢板桩预组装片在上部支撑胎架上的转动；

气囊扩胀装置，所述气囊扩胀装置安置在上部支撑胎架上，用于在钢板桩拼装合拢后，补偿工装支架与钢板桩之间的预留间隙，使支撑胎架有效支撑钢板桩。

进一步的，所述步骤(2)中采用水平吊臂起重船在施工现场内侧分片吊装1/4圆钢板桩预组装片，起重船通过弧度与1/4圆钢板桩组装片轴心弧度一致的弧形吊梁起吊和安装1/4圆钢板桩预组装片，并将吊起的1/4圆钢板桩预组装片转换到工装支架上的挂钩上。

再进一步的，所述弧形吊梁与起重船吊钩之间直接采用吊耳板连接。

进一步的，所述步骤(2)中吊装四组1/4圆钢板桩预组装片时，在第一组1/4圆钢板桩预组装片吊装就位后，在工装支架上旋转180°；同侧吊装第二组1/4圆钢板桩预组装片，在吊装就位后连同第一组1/4圆钢板桩预组装片整体旋转90°；接着同侧吊装第三组1/4圆钢板桩预组装片，在吊装就位后连同第一组和第二组1/4圆钢板桩预组装片整体旋转180°；最后同侧吊装第四组1/4圆钢板桩预组装片。

进一步的，所述步骤(3)中将四组悬挂后的1/4圆钢板桩预组装片下放至桩底与泥面约0.5m间距处。

进一步的，所述步骤(4)中利用振沉船上吊车对四组1/4圆钢板桩预组装片之间分别安装4根合拢钢板桩。

再进一步的，所述每根合拢钢板桩分为2～4段安插，合拢桩采用连接钢板螺栓连接。

利用本发明提供的方案，能够在面临“上下左右都受限制”的现场条件(即施工区域限高、水深浅、地质条件差、海上环保要求高)及工期要求的施工条件下，实现格型钢板桩大圆筒精确、稳定的吊装和沉放。

同时，本方案具有如下优点：

(1)为现场拼装而设计的特殊工装支架能够解决了现场限高条件下难以周转使用的问题；结构设计解决了台风期工装稳定问题、超长桩整体悬挂问题；工装所具备的升降功能解决了超长桩拼装后的起重下放问题、深水区拖水挂片问题、增加合拢桩单节长度而提高工效问题、板桩振沉时工装阻碍振动锤下落路径问题；工装所具备的旋转功能解决了狭长区域内吊装船舶不能回旋移位吊装问题、小型的起重船不能进行整体合拢的问题、主副格连接桩定位问题、合拢操作便利问题；工装所具备的扩胀支撑功能解决了超长桩的倾斜与变形控制等问题。

(2)合拢桩采用专用连接板、螺栓连接技术，解决了在限高区域对锁口拼接作业时的高度约束难题。

(3)专门设计制造的专用起重船解决了限高条件下吊重问题、大直径工装支架吊装时起重臂长问题、浅水区船舶吃水问题、大直径工装支架吊装时的精确定位问题、由专用运输船上平稳起吊1/4预拼件的难题、将1/4预拼件平稳安装在工装支架上的难题、浪大流急状态下船舶吊装稳定性问题。

(4)专门设计制造的专用弧形吊梁和专用过渡吊架有效解决了弧形1/4预拼件吊装时的稳定性稳定、减小吊装钢丝绳高度问题。

(5)1/4大圆筒预拼装件吊装到工装支架体系上，悬挂体系需由弧形吊梁转换到支架上平台吊梁的挂钩上，该悬挂转换方法也是首次运用。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为一种人工岛钢板桩格栅岛壁结构平面图；

图2为主格墩位工装支架立面布置图；

图3为支承钢管桩平面布置图；

图4为上部支撑胎架顶部结构平面图；

图5为上部支撑胎架上平台结构平面图；

图6为上部支撑胎架底平台结构平面图；

图7为弧形吊梁吊点位置断面图；

图8为弧形吊梁起吊钢板桩的结构示意图；

图9为吊装方式转换示意图；

图10为型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接工艺流程图；

图11为第一组1/4圆预组装片吊装就位示意图；

图12为第二组1/4圆预组装片吊装就位示意图；

图13为第三组1/4圆预组装片吊装就位示意图；

图14为第四组1/4圆预组装片吊装就位和完成合拢整拼示意图；

图15为合拢钢板桩结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例以背景技术部分所述的人工岛钢板桩格栅岛壁作为相应的施工工程，以此来具体说明格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法的实施过程。

在本实例中，该工程的实施具有如下条件：

1)施工区域限高。整个施工区域均位于机场航空限高区，格型钢板桩大圆筒施工现场限高在+30mPD～+60mPD之间，施工设备选择受到极大限制。现有设备无法正常投入使用或使用效率极低，必须新建和改造部分设备才能适合本工程施工需要，且部分区域钢板桩还需在有限的航空限高放宽期内实施。

2)水深浅。本工程施工区域泥面标高由南向北逐渐降低，近一半工程点标高在-2.8mPD～-11mPD，碎石垫层填筑后标高在-1.8mPD～-2mPD，平均海平面1.2mPD，落潮平均低潮位0.3mPD。由于水深较浅，施工船舶需乘潮作业，运输船舶无法到达施工点。

3)地质条件差，使得桩长较长。海底淤泥层厚约15m-25m，设计桩长23.6m-39.1m，同时该项目大圆筒为围堤永久性结构的一部分，主、副格桩长相同。由于限高，长桩无法一次性就位，需现场接桩。

4)完全离岸作业，海上环保要求高。工程位于海上，施工期间岛体周边长期设置拦污帷幕，大圆筒施工局限于狭长的区域内，作业船舶多，交叉干扰较大。

5)圆筒自重的约束。本工程单个主格钢板桩总重量一般在450t～560t。在航空限高条件下，目前尚无合适的起重船一次完成一个主格整体吊装和沉放。

6)工期紧。根据有关要求，除预留口门段的5只格型钢板桩大圆筒外，其余129只格型钢板桩大圆筒沉设工作需在工程开工后420天内完成，即工程开工后第14个月内完成钢板桩沉设工作。由于格型钢板桩大圆筒的沉设需在土工布、碎石垫层及碎石桩完成后才能实施，且大部分钢板桩施工船舶需实施改、建造等，钢板桩沉设实际施工工期约在8个月左右。同时，钢板桩施工受航空限高影响较大，本工程施工工期相当紧张。

综上所述，受周围机场航空限高的制约、局部工程水域水深较浅以及周边拦污帷幕的影响，本工程格型钢板桩施工工艺和施工设备都受到很大限制，只能选择特定的工艺和设备实施钢板桩工程。现有的大吨位起重船高度不能适应现场限高的要求，也难以适应水深条件，所以现场吊装件必须在高度、重量上作限制，本实例采用格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其将整圆主格分为4组1/4圆钢板桩预组装片分别吊装，相应的起重船机必须进行改造，现场需利用一个特制“工装支架”实现每个格体钢板桩现场整体拼装工作，另外，现场合拢桩必须采取接桩型式，才能满足现场限高的条件。

为了清楚说明本实例的施工过程，以下将对施工过程中涉及到的一些装备的准备进行具体说明。

1、工装支架的准备

1/4大圆筒现场拼接在筒位相应的“工装支架”上进行。该“工装支架”设计时，综合考虑最低限高区域限高、海床面标高、钢板桩长度、施工水位及预留间隙等因素。跟方案的要求，“工装支架”需具有支撑钢板桩重量、回转拼装、下沉卸载、扩胀支撑等功能。为此“工装支架”主要由以下几部分组成(参见图2)：

1)基础支承桩

根据地质条件、承载要求、各种工况和水位、气象条件等，工装支架基础采用9根钢管桩作支承。参见图3，其所示为支承钢管桩平面布置图，其中8根支承钢管桩21均匀布置在圆上，1根支承钢管桩21布置在圆中心位置。

每根格体钢板桩振沉后均拔除；且每根支承钢管桩桩顶设计连接法兰等机构。

2)上部支撑胎架结构

“工装支架”上部支撑胎架由9根支撑立柱和3层水平框架平台等组成(参见图4至图6)，顶部和中部设置固定连接结构。上部支撑胎架在各种工况下均可满足结构强度、刚度和整体稳定性要求。

其中，“工装支架”上部支撑胎架设有8根周边钢管立柱及1根中间立柱支撑，与顶部结构、底平台结构的钢管、钢梁刚性联接，与可升降的上平台和中平台之间通过铰接座及其上的钢滚轮和锁紧机构铰接。底部法兰与立柱通过筋板与立柱刚性联接，法兰上加工有弧形腰槽，与海底9个钢桩通过螺纹钢螺栓连接。中间立柱设有爬梯供操作人员通往各层平台。

3层水平框架平台包括底平台、中平台以及上平台

底平台

底部平台为绞车固定工作平台、钢板桩支撑及与下部支承桩连接平台，采用桁架结构，通过底座与9根海底钢桩连接，4台升降绞车置于该平台上。

中平台

二层平台(中平台)是保持装置及钢板桩稳定性的可升降平台。中平台由环形圈梁(上下升降)与钢管桁架组成，中平台无动力机械，通过9个铰接座及每个铰接座上下各6个导向滚轮借助上平台动力可实现上下移动。铰接座上设锥形箱体及楔块用于钢板桩悬挂时消除立柱间隙，稳定框架结构，铰接座上同时设有锁紧机构(与上平台一致)。

上平台

三层平台(上平台)为用于钢板桩悬挂及回转的可升降平台，上平台由环形箱梁、行走小车和边桁架、中部桁架、铰接座、锁紧机构等结构组成。

3)“工装支架”的升降装置

“工装支架”升降装置用于驱动中平台和上平台升降。主要由4台双出绳关联电动绞车和导向滑轮23，以及动、定滑轮组24组成，4台绞车22布置在底层平台上(参见图6)。

钢板桩由上平台圈梁及回转小车承载，通过4套该系统和设在上平台圈梁上的8个吊点以9根立柱为导向柱，实现钢板桩的升降。

4)“工装支架”的旋转装置

“工装支架”的旋转装置用于驱动中平台和上平台旋转。主要由以下3部分组成：1)上平台旋转圈梁(配滚轮)，2)行星齿轮驱动电机，3)中层平台随动旋转T型钩等部分组成。

5)“工装支架”的气囊扩胀装置

为便于钢板桩合拢组装成整格，工装支架的各层平台钢梁半径均小于理论半径。钢板桩拼装合拢后为补偿该预留间隙并能使胎架有效支撑钢板桩，在上平台和中平台上设置了气囊扩胀系统。该系统主要由空气压缩机、储气罐、压力控制与输送系统和气胀胶囊组成，同时配置真空吸气装置，在不需使用扩胀时，可将气囊收缩在钢梁上凹槽内。

2、“专用起重船”准备

“工装支架”上部支撑胎架安装、1/4圆组装片分片吊装均由一条“专用起重船”实施。

由于受航空限高限制，现有海上起重装备均不能满足本工程格型钢板桩整体吊装要求。为此，本实例提供一个具有一定吊重能力和较大舷外吊距的水平吊臂专用起重船。根据航空限高、海床泥面高程、1/4圆组装片分片吊装工艺需求、“工装支架”上部结构总体重量和船体稳性要求等因素，采用6000t级甲板驳船作专用起重船母船。

在+42mPD航空限高(或最低放宽限高时段内)、起吊32.1m钢板桩、+2.0mPD海平面和干舷高度1.0m等条件下，设计1号起重船的吊臂结构。

在+47mPD航空限高(或限高开放期时段内)、起吊37.1m钢板桩、+2.0mPD海平面和干舷高度1.0m等条件下，设计2号起重船的吊臂结构。

在绝大多数时段(或限高开放时段内)和特定时段，上述2艘专用起重船可满足本工程总体施工需求。

3、钢板桩弧形吊梁的准备

1/4圆钢板桩组装片采用专用弧形吊梁25起吊和安装，弧形吊梁25弧度与1/4圆钢板桩组装片轴心弧度一致(参见图7)。

为尽可能增加起重船有效吊高，钢板桩弧形吊梁25与起重船吊钩之间直接采用吊耳板26连接。

参见图8，其所示为弧形吊梁25起吊钢板桩的结构示意图。如图可知，在进行起吊钢板桩时，弧形吊梁25通过起吊钢丝绳27以卸扣连接的方式连接三角吊板28，再由三角吊板28连接至钢板桩。

该弧形吊梁25吊装钢板桩时，通过三角吊板28与支架上平台吊梁的承重挂钩29配置，实现弧形吊梁25换到支架上平台吊梁的承重挂钩29上的转换(参见图9)，从而实现将1/4大圆筒预拼装件吊装到工装支架体系上。

在完成上述的相关技术准备之后，确定相关的施工流程与船舶布置

在本实例中，主格施工拟按2个作业点展开施工。为避免各驳船锚位干扰，每个作业点均采用间隔3个格体进行流水作业。每个作业点配置3组支承桩，2套支撑内胎架。

船机配置为：1艘支承钢管桩打设船，1艘内胎架和钢板桩组装片吊装船，2艘钢板桩振沉船。

在此基础上，本实例进行1/4大圆筒预拼件现场拼接流程如下(参见图10)：

第一步，沉设支承钢管桩

工装支架支承钢管桩采用甲板驳上配置1台履带吊和1台液压振动锤实施沉桩；同时在甲板驳上设置有导向架，且该导向架上设置有抱桩器，这样对支承钢管桩进行精确导向，并保证支承钢管桩沉设过程中的稳定性。

支承桩桩位的精度将直接影响到内胎架安装精度，从而影响到钢板桩格体定位精度。为确保沉桩定位精度，每艘打桩船上配置3台GPS测站、1台测倾仪、2台红外测距仪及电脑监控系统等进行沉桩定位(陆上配置1台公用参考站)，GPS沉桩定位系统的测量精度均在30mm以内，沉桩竣工偏位可控制在100～150mm以内。为保证内胎架的垂直度和受力状态良好，所有支承桩顶标高需控制在20mm以内。

沉设首根钢管桩时采用GPS控制高程(陆上全站仪比对校核)；沉设第2根～第9根钢管桩时，采用T310水平扫描仪比对高程，如高程有差异可通过振沉和上拔调整钢管桩初步调整桩顶标高，必要时采取修割钢管桩桩头和厚钢垫板找平。

第二步，“工装支架”上部支撑胎架吊装

为满足不同工程区域限高要求，本工程内胎架和1/4圆预组装片的吊装分别由2艘不同高度的水平吊臂起重船完成。内胎架安装后高度可满足不同区域的最低航空限高要求。支撑胎架采用专用船2×2000kN主钩起吊安装。

支承桩顶部法兰径向设置螺栓孔，支撑胎架底部法兰环向设置螺栓孔，上下法兰之间最大允许偏心为120mm，支承桩法兰顶部中心限位钢撑可纠偏0～150mm，即使沉桩偏差达到270mm以内均可保证上下法兰能顺利对接和有效联接。如遇到沉桩偏位大于270mm时，在安装支撑胎架前采用适当拉桩方式进行纠偏，直至满足支承桩法兰与支撑胎架法兰对接和连接要求。

在支撑胎架安装过程中实时测量支撑胎架的平面位置和垂直度。在允许情况下可通过起重船移动支撑胎架平面位置，尽量减少支撑胎架平面位置偏差。支撑胎架安装垂直度按1％控制(钢板桩垂直度要求按1/75)，一般情况下桩顶高差在20mm以内均能保证支撑胎架的垂直度要求。当垂直度不能满足要求时，起重船暂起吊支撑胎架，并根据支撑胎架倾斜度在支承桩法兰上加钢垫板找平。

第三步，1/4圆钢板桩预组装片吊装和整圆拼装

支撑胎架安装就位和相应的1/4圆钢板桩组装片运输到现场后，采用水平吊臂起重船(601或602)锚泊在岛体内侧分片吊装组装片(吊钩为2×1500kN)。为防止吊装过程中组装片摆动，在起重船的甲板部位设置钢板桩抱紧装置，该装置两端采用液压式收紧器抱紧边缘钢板桩。整个吊装过程如下：

首先，在岛体内侧吊装第一组1/4圆钢板桩预组装片，水平吊臂起重船(601或602)通过钢板桩弧形吊梁起吊1/4圆钢板桩预组装片，通过悬挂体系的转换将由弧形吊梁转换到支架上层平台上，实现将1/4圆钢板桩预组装片吊装到工装支架体系上；接着通过工装支架上的旋转装置驱动将支架上的环形旋转梁旋转180°，从而带动第一组1/4圆钢板桩预组装片旋转180°(如图11所示)。

专用起重船吊运1/4圆钢板桩预组装片至筒位，将弧形吊梁安装到上平台的旋转梁上，安装时需注意，48根钢板桩的吊装三角板需都能挂到支撑胎架上平台顶部挂钩上。施工操作人员在上平台上将起吊钢丝绳与弧形吊梁脱销解开，起重船起吊弧形吊梁移船起吊第二片1/4圆，启动工装支架上平台上的回转驱动电机，操作旋转梁转至设计位置。

接着，同侧吊装第二组1/4圆钢板桩预组装片，具体过程如上，在吊装完毕后，过工装支架上的旋转装置驱动支架上的环形旋转粱旋转90°，从而带动第一组1/4圆钢板桩预组装片和第二组1/4圆钢板桩预组装片同方向再旋转90°(如图12所示)。

接着，同侧吊装第三组1/4圆钢板桩预组装片，具体过程如上，在吊装完毕后，过工装支架上的旋转装置驱动支架上的环形旋转粱旋转180°，从而带动第一、二以及三组1/4圆钢板桩预组装片整体同方向再旋转180°(如图13所示)。

最后，同侧吊装第四组1/4圆钢板桩预组装片，具体过程如上(如图14所示)。

第四步，合拢桩施工

4组1/4圆钢板桩预组装片分别吊装就位后，专用起重船撤离，振沉船进点，利用振沉船上吊车分别安装4根合拢钢板桩(如图14所示)。

根据限高要求，合拢桩安装需分节接长，为增加合拢桩一次拼装长度，提高工效，4组1/4大圆筒预拼装件悬挂后需下放至桩底与泥面约0.5m间距处，再进行合拢桩拼接。具体通过“工装支架”上的升降装置将4组1/4大圆筒预拼装件悬挂后需下放至桩底与泥面约0.5m间距处。

参见图15，1根合拢钢板桩30分为2～4段安插，合拢桩采用连接钢板螺栓31连接。

合拢桩采用150t履带吊转场至钻孔切割加工场地进行分段切割和钻孔，切割分段长度根据施工区域限高确定，单个拼接接头所需材料有拼接钢板、螺栓螺母。

钢板桩切割采用切割机切割成需要的长度，拼接钢板及螺栓螺母外购。单根合拢桩需要的分节钢板桩必须为一根整钢板桩切割成。

钢板桩钻孔采用10孔钻床。

加工完成后钢板桩采用专用吊梁吊放到备料区，吊放时需根据拼装顺序依次堆放。加工完成后的合拢桩直接吊放到主格运输船上。

在完成拼装后，通过工装支架上的气囊扩胀装置补偿工装支架的各层平台钢梁与钢板桩拼装合拢形成的格型钢板桩大圆筒之间的间隙，从而使得工装支架上的胎架有效支撑钢板桩。

第五步，整体沉放拼装好的钢板桩圆筒。

在实际的拼装过程中需要达到如下的质量指标：

1)支承钢管桩长度根据现场CPT结果确定。

2)支承钢管桩沉桩时，采用GPS定位系统移船定位，首次施工时，采用全战仪对桩位进行比对，确保桩位准确。支承钢管桩精度要求：定位偏位不大于20cm。

3)支承钢管桩沉桩顶标高竣工偏差不大于20mm。沉桩时，采用T130水平扫描器控制各钢管桩桩顶平整度，使支承桩桩顶在一个水平面上。如桩顶平整度偏差大于20mm，修割桩顶和法兰上铺垫钢垫板等措施将桩顶偏差在控制预定范围内。

4)工装支架采用的材料、设备应满足设计要求及工艺要求，内胎架的结构尺寸、垂直度应满足工艺要求。

5)根据放样的位置安装内胎架，内胎架安装船锚缆基本到位后，采用手拉葫芦精确调整内胎架位置，确保内胎架中心位置偏差不大于5cm。

6)通过调整支承钢管桩桩顶平整度以及控制内胎架垂直度保证钢板桩的垂直度。

7)内胎架位置、垂直度确定后，每根桩拧紧6～8对紧固螺栓，确保内胎架与支承钢管桩可靠连接。

8)在涨落潮流速大于1.5m/s时，停止安装作业。

9)安装过程中，安装船上专人负责瞭望，遇有快艇或大船经过时，暂停安装作业，待波浪平稳后再实施安装作业。

通过上的具体实例可知，本发明提供的型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方案，具有如下的特点：

1)在限高条件下，超长板桩的现场拼接无法实现。另外，本工程单个主格钢板桩总重量一般在450t～560t，在航空限高、水深浅的条件下，本方案将整圆主格分为4个1/4圆钢板桩组装片分别吊装，从而降低对起重船吊距和起重能力的要求，同时，大大减少了现场工作量，现场只需挂4个1/4预拼件，在拼接4根合拢桩即可,每个筒减少约8天。

2)1/4大圆筒预拼件组拼选择位于现场墩位的特殊工装支架上进行。组拼合拢后直接可以下桩、振沉，无需再行起吊。

3)特殊工装支架进行了特别设计与计算，其高度设计解决了现场限高条件下难以周转使用的问题；结构设计解决了台风期工装稳定问题、超长桩整体悬挂问题；工装所具备的升降功能解决了超长桩拼装后的起重下放问题、深水区拖水挂片问题、增加合拢桩单节长度而提高工效问题、板桩振沉时工装阻碍振动锤下落路径问题；工装所具备的旋转功能解决了狭长区域内吊装船舶不能回旋移位吊装问题、小型的起重船不能进行整体合拢的问题、主副格连接桩定位问题、合拢操作便利问题；工装所具备的扩胀支撑功能解决了超长桩的倾斜与变形控制等问题。

4)根据人工岛现场条件，确定了合拢桩拼装长度。按照1/4圆预拼装的工艺要求，每个主格格体有4根合拢桩将4片1/4圆格体拼接成个一个整圆，由于施工地点有限高要求，合拢桩需要分段拼接，拼接的连接方式采用螺栓连接。合拢桩采用专用连接板、螺栓连接技术，解决了在限高区域对锁口拼接作业时的高度约束难题。

5)专门设计制造的专用起重船解决了限高条件下吊重问题、大直径工装支架吊装时起重臂长问题、浅水区船舶吃水问题、大直径工装支架吊装时的精确定位问题、由专用运输船上平稳起吊1/4预拼件的难题、将1/4预拼件平稳安装在工装支架上的难题、浪大流急状态下船舶吊装稳定性问题。

6)专门设计制造的专用弧形吊梁和专用过渡吊架有效解决了弧形1/4预拼件吊装时的稳定性稳定、减小吊装钢丝绳高度而适应现场限高的问题。

7)1/4大圆筒预拼装件吊装到工装支架体系上，悬挂体系需由弧形吊梁转换到支架上平台吊梁的挂钩上，该悬挂转换方法也是首次运用。

8)根据现场水域施工区域狭窄的特点，专门进行了施工船舶平面布置的设计，有效解决了施工船舶相互干扰的问题，便于现场组拼的流水作业。

9)合拢桩采用专用连接板、螺栓连接技术，解决了在限高区域对锁口拼接作业时的高度约束难题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述拼接方法包括如下步骤：

(1)在现场施工设置与格型钢板桩大圆筒相对应的工装支架，并将四组1/4圆钢板桩预组装片运至施工现场；

(2)在工装支架的单侧将四组1/4圆钢板桩预组装片对应的吊装到工装支架上，使得四组1/4圆钢板桩预组装片在工装支架上配合形成圆；

(3)整体放下四组1/4圆钢板桩预组装片至接近泥面；

(4)在四组1/4圆钢板桩预组装片之间安插4根合拢桩，将四组独立的1/4圆钢板桩预组装片拼装成完整的格型钢板桩大圆筒；

(5)最后整体沉放格型钢板桩大圆筒。

2.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述步骤(1)中在现场沉设支承钢管桩形成工装支架基础，再将工装支架吊装到工装支架基础上。

3.根据权利要求2所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述工装支架基础采用9根钢管桩作支承，其中8根均匀布置在圆上，1根布置在圆中心位置，所有支承钢管桩的桩顶处于同一水平面，且每个支承钢管桩的桩顶上设置有连接机构。

4.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述工装支架包括：

上部支撑胎架，所述上部支撑胎架用于支撑1/4圆钢板桩预组装片；

升降装置，所述升降装置安置在上部支撑胎架上，驱动1/4圆钢板桩预组装片在上部支撑胎架上的升降；

旋转装置，所述旋转装置安置在上部支撑胎架上，驱动1/4圆钢板桩预组装片在上部支撑胎架上的转动；

气囊扩胀装置，所述气囊扩胀装置安置在上部支撑胎架上，用于在钢板桩拼装合拢后，补偿工装支架与钢板桩之间的预留间隙，使支撑胎架有效支撑钢板桩。

5.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用水平吊臂起重船在施工现场内侧分片吊装1/4圆钢板桩预组装片，起重船通过弧度与1/4圆钢板桩组装片轴心弧度一致的弧形吊梁起吊和安装1/4圆钢板桩预组装片，并将吊起的1/4圆钢板桩预组装片转换到工装支架上的挂钩上。

6.根据权利要求5所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述弧形吊梁与起重船吊钩之间直接采用吊耳板连接。

7.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述步骤(2)中吊装四组1/4圆钢板桩预组装片时，在第一组1/4圆钢板桩预组装片吊装就位后，在工装支架上旋转180°；同侧吊装第二组1/4圆钢板桩预组装片，在吊装就位后连同第一组1/4圆钢板桩预组装片整体旋转90°；接着同侧吊装第三组1/4圆钢板桩预组装片，在吊装就位后连同第一组和第二组1/4圆钢板桩预组装片整体旋转180°；最后同侧吊装第四组1/4圆钢板桩预组装片。

8.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述步骤(3)中将四组悬挂后的1/4圆钢板桩预组装片下放至桩底与泥面约0.5m间距处。

9.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述步骤(4)中利用振沉船上吊车对四组1/4圆钢板桩预组装片之间分别安装4根合拢钢板桩。

10.根据权利要求9所述的一种格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法，其特征在于，所述每根合拢钢板桩分为2～4段安插，合拢桩采用连接钢板螺栓连接。