CN104047289B - 一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，该工艺在现场桩位设置拼装支架，进行副格散拼装，然后采用单个振动锤将副格钢板桩分组、分层振沉至设计高程。该工艺能够解决现有工艺所存在的问题，并适用于所有陆域形成工程中的桩长比较短的格型钢板桩围堤施工，尤其适用于大型起重船不能进入的区域，如水深较浅的潮间带、机场附近的航空限高区域。

Description

一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺

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副格施工时，采用单个振动锤将桩位散拼的副格钢板桩振沉到位的施工工艺。

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。

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和图2，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，占地面积约150万平米。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(101a)134只，直径分别为26.9m和31.194m。主格101a(即格型钢板桩大圆筒)与主格相连的副格101b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。

发明内容

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，在面临“上下左右都受限制”的现场施工条件(即施工区域限高、水深浅、地质条件差、海上环保要求高)时，难以在较紧的工期内按时完成的问题，本发明针对桩长较短的格型钢板桩大圆筒副格，提供“桩位散拼、单锤散打”的施工工艺，该施工工艺能够有效解决现有格型钢板桩大圆筒副格施工过程中所遇到的问题。

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副格桩位散拼、单锤散打工艺，该工艺在现场桩位设置拼装支架，进行副格散拼装，然后采用单个振动锤将副格钢板桩分组、分层振沉至设计高程。

本工艺具体实施时，设置拼装支架时，首先根据地质条件、承载要求、各种工况和水位、气象条件等，设置相应的副格拼装支架基础支承桩；接着在基础支承桩上固设相应的上部拼装支架。

进一步的，所述基础支承桩采用6根钢管桩，分为两组根据副格的安装位置对称设置在设置好的主格钢板桩之间，每组中3根钢管桩呈等腰三角形分布，且位于待安装副格位置的内侧；

所述上部拼装支架由三层平台组成，下层平台兼起临时挂住副格钢板桩的作用，上、中层平台上设置保证拼装钢板桩稳定的装置，一方面钢板桩依靠在上、中平台上，另一方面在平台上采用葫芦拉住钢板桩，上平台同时作为板桩拼装插锁口的人工操作平台；每层平台均设水平伸缩支撑架，用以调节副格弧度。

进一步的，副格散拼装前，使用手持式GPS对两侧主格的连接桩(Y型桩)竣工位置进行测量，根据两主格连接桩(Y型桩)之间的实测距离，预先调整拼装支架三层平台上的水平伸缩支撑架，以适应副格水平弧度的变化，

接着，采用三点吊的方式将钢板桩吊起，拼装第一片钢板桩时，将第一片钢板桩插入一侧主格连接桩(Y桩)锁口，依靠钢板桩自重下沉，直到无法下沉为止，然后在钢板桩上焊接U型槽钢，使钢板桩挂在下平台上的T型挂钩上；

拼装其它钢板桩时，从中间向两侧拼装，直至46片钢板桩拼接完成；每拼接6根钢板桩在中平台及上平台使用3t手拉葫芦钢板桩，使其稳定。

再进一步的，副格钢板桩拼装时，若板桩顶标高高于拼装架上平台很多时，钢板桩桩吊装采用自动卸扣，直接在上平台上进行牵引操作；并采用对线器自动插入前根桩锁口。

再进一步的，副格钢板桩拼装时，每3片钢板桩桩顶以下某位置焊接，连接为一体。

进一步的，在振沉时初期，采用6片钢板桩为一组进行振沉，后期振沉困难时，改为3片钢板桩为一组进行振沉。

进一步的，在进行振沉时，采用对称振沉，方向为先两边，后中间。

进一步的，副格整打前预先在弧形副格位置采用钢管桩进行冲孔，破除筒位钢板桩位置上的土工布。

再进一步的，采用钢管桩冲孔时，采用GPS定位，确保冲孔位置准确。

本发明提供的施工工艺具有以下优点：

1)格型钢板桩大圆筒弧形副格副格桩位散拼、单锤散打工艺方法，适用于所有陆域形成工程中的桩长比较短的格型钢板桩围堤施工，尤其适用于大型起重船不能进入的区域，如水深较浅的潮间带、机场附近的航空限高区域。在本工程中，桩长小于26.1m的副格均适用。

2)该工艺总体工艺步骤较少，无需内陆拼装基地和大型运输船，成本较低。

3)副格直接在桩位拼装，省去了现场倒运吊装的环节；

4)该工艺不需要250t以上大吨位起重船，相比于整体振沉采用较大型起重船同时配六、七台大型振动锤，成本大为节省；

5)钢板桩振沉采用单锤组合散打工艺，减小了每组副格板桩之间的约束，从而有效解决了由于主格变形而引起副格难以振沉的难题。

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为人工岛钢板桩格栅岛壁结构平面图；

图2为人工岛中钢板桩格栅平面布置图；

图3为本发明中预拼支架中支承钢管桩布置图；

图4为本发明中大圆筒副格板桩桩位散拼、单锤散打工艺施工流程图。

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副格预拼整打、接桩散打组合施工工艺的整个实施过程。

在本实例中，该工程的实施具有如下条件：

1)现场限高条件

本工程紧邻香港赤腊角国际机场，整个施工区域均位于香港赤腊角机场航空限高区，格型钢板桩大圆筒施工现场限高在+33mPD～+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。

本工程平均海平面为1.2mPD，因此，本工艺方法适用于在平均海平面以上最小净空31.8m的海域，沉设最大长度26.1m的大圆筒副格。

2)水深条件

工程施工水域海床面高程标高从-2.8mPD～-11mPD不等，在抛填碎石后，海床面实际高程会有所抬升。

本工艺方法适用于在平均海平面以下最小水深3m的海域。

3)风浪条件

本工程工装支架体系计算时，最大水深取值为11m，极端波高2.2m，波浪周期5.5s，最大风速44m/s。但为了确保安全，但为了确保安全，本大圆筒副格现场下放、插入主格连接桩锁口时，需选择在风平浪静时。

4)地质条件

本工程现场海底淤泥层厚约15m～25m，设计桩长23.6m～37.1m。

5)施工区域范围限制条件

本工程完全离岸作业，现场施工期间岛体周边长期设置拦污帷幕，大圆筒施工位于狭长的区域内，总宽限制为200m，由海墙中心线起算，一侧150m，另一侧50m，实际最大施工净距约120m。

6)工期约束条件

本工程副格钢板桩桩长平均37.1m，在现场航空限高的条件下，有效作业时间太短，若采用现场散拼，工效太低，每个大圆筒154片钢板桩拼装耗时太长，难以满足除口门外129只格型钢板桩大圆筒开工后420天内完成的要求，因此必须选择一种工艺，减少现场作业时间的方法。

综上所述，受香港国际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，本工程副格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。

根据现场“限高、水浅、淤泥深、范围窄”上下左右都受约束的特点，针对直径31.194m格型钢板桩大圆筒副格采用了一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，该工艺在现场桩位设置拼装支架，进行副格散拼装，然后采用单个振动锤将副格钢板桩分组、分层振沉至设计高程。

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、预拼支架的准备

副格现场拼装支架为设置在6根支承桩上的支架，用于副格现场下桩卸扣、更换振动锤时的操作。具备以下作用：1)钢板桩下桩定位、导向；2)水平调整副格弧度；3)钢板桩悬挂；4)副格拼装片临时固定；5)副格拼装操作。

副格预拼支架主要由以下几部分组成：

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，副格拼装支架基础采用6根钢管桩作支承。这6根钢管桩11，分为两组根据副格钢板桩12的安装位置对称设置在设置好的主格钢板桩13之间，每组中3根钢管桩呈等腰三角形分布，且位于待安装副格位置的内侧(如图3所示)；

2)上部拼装支架结构

上部拼装支架由三层平台、水平伸缩杆及槽形挂钩等附属构件组成。下层平台兼起临时挂住副格钢板桩的作用，上、中层平台上设置保证拼装钢板桩稳定的装置，一方面钢板桩依靠在上、中平台上，另一方面在平台上采用葫芦拉住钢板桩，上平台同时作为板桩拼装插锁口的人工操作平台。

同时，在每层平台均设水平伸缩支撑架，用以调节副格弧度。若主格连接桩(Y型桩)存在平面偏位，可以通过手动摇臂，调整副格钢板桩的弧度，达到纠正相邻两主格连接桩“Y桩”偏位的问题。

2、副格拼装“专用起重船”准备

由于钢板桩桩长为26.1m的超长桩，需要采用三点吊的方式。通常情况下需要配置两艘起重船，一艘主吊，另一艘配合。本工程副格拼装时，采用用于振沉的有2台吊机的250t起重船，有效解决了单桩三点起吊的问题，减少了配合用的起重船。副格拼装专用起重船装配了一台250t吊车和一台25t克林吊。

3、自动卸扣准备

钢板桩拼装时，若板桩顶标高高于拼装架上平台很多时，钢板桩桩吊装采用自动卸扣，直接在上平台上进行牵引操作，无需在半空中人工卸扣。

4、对线器准备

钢板桩拼装时，若板桩顶标高高于拼装架上平台很多时，从第二根桩开始，采用对线器自动插入前根桩锁口。无需在高空人工对锁口。

在完成上述的相关技术准备之后，确定相关的施工流程，整个施工流程参见图4。

步骤1，进行相关施工的准备，如相关设备、施工人员等各方面的准备工作。

步骤2，针对施工现场，对Y桩(即主副格连接桩)竣工位置的测量。

步骤3，根据测量的Y桩(即主副格连接桩)竣工位置，沉设相应的基础支承桩。

对于拼装支架支承钢管桩(如上所述)施工采用甲板驳上配置1台履带吊和1台液压振动锤实施沉桩。采用吊打型式。为便于钢管桩定位，在已施工的主格圆筒上设置型钢导向梁。

步骤4，在沉设的基础支承桩上吊装副格预拼支架，副格预拼支架与支承桩之间采用法兰连接。对于副格预拼支架的具体结构特点如上所述，此处不加以赘述。

为满足不同工程区域限高要求，本工程副格拼装支架吊装由1艘水平吊臂起重船或全回转起重船完成，拼装支架安装后高度可满足不同区域的最低航空限高要求。

步骤5，在副格预拼支架上进行现场预拼格型钢板桩形成大圆筒副格。

对于拼装大圆筒副格所需的钢板桩由陆域加工，并运输至施工现场。

其中，副格钢板桩加工、运输主要技术要点如下：

1)钢板桩加工后，采用普通运输驳船运输至现场。

2)钢板桩出运前，应根据现场施工的格型钢板桩格体的位置，确定弧形副格预拼装片各钢板桩的位置，制作专门的拼装顺序图。拼装场地施工人员根据拼装顺序图，依次加工钢板桩。

3)本工艺副格整打钢板桩最大长度为26.1m，由于钢板桩桩身较长，为防止钢板桩在运输及吊装过程中产生永久变形，必须在运输驳上设置专用托架进行钢板桩堆存。

由于钢板桩桩长为26.1m的超长桩，在进行副格现场散拼时，采用三点吊的方式，具体采用用于振沉的有2台吊机的250t起重船，副格拼装专用起重船装配了一台250t吊车和一台25t克林吊。

在进行现场预拼副格的过程如下：

副格拼装前，使用手持式GPS对两侧主格的连接桩(Y桩)竣工位置进行测量。根据两主格Y型桩之间的实测距离，预先调整拼装支架三层平台上的水平伸缩支撑架，以适应副格水平弧度的变化。

接着，由相应的振沉起重船通过三点吊的方式将钢板桩通过U型槽钢悬挂在拼装支架下平台上的T型挂钩上。具体拼装时，第一片钢板桩插入一侧主格连接桩(Y桩)锁口，依靠钢板桩自重下沉，直到无法下沉为止，然后在钢板桩上焊接U型槽钢，使钢板桩挂在下平台上T型挂钩上。

若另外焊接U型槽钢无法固定，则现场在钢板桩上焊接16号槽钢，用于代替T型挂钩将钢板桩搁置在拼装架底平台上。

由于主格连接桩偏位，副格实际弧度与设计弧度出现不一致，拼装架底平台是按设计弧度设计，现场拼装时，事先焊接在底平台弧形梁上的部分T型挂钩不在钢板桩腹板位置，则无法将在钢板桩腹板位置焊接的U型槽钢套在T型挂钩上。此时，则在钢板桩腹板上焊接16号槽钢直接搁置在底平台弧形梁上，并与弧形梁面焊接固定。

拼装其余钢板桩时，从中间向两侧拼装，直至46片钢板桩拼接完成。每拼接6根钢板桩在中平台及上平台使用3t手拉葫芦钢板桩，使其稳定。

在钢板桩拼装过程中，若板桩顶标高高于拼装架上平台很多时，钢板桩桩吊装采用自动卸扣，直接在上平台上进行牵引操作，无需在半空中人工卸扣。并采用对线器自动插入前根桩锁口。无需在高空人工对锁口。

再者，副格钢板桩拼装时，每3片钢板桩桩顶以下某位置焊接，连接为一体，以防分组振沉时，产生带桩现象。

步骤6，在拼装完成后，对副格钢板桩采用单个振动锤分组振沉。

由于超长钢板桩刚度很弱，施工前预先在副格钢板桩位置采用钢管桩进行冲孔，破除筒位钢板桩位置上的土工布，以便副格钢板桩下放时容易穿透海床面上的土工布。采用钢管桩冲孔时，采用GPS定位，确保冲孔位置准确。

在振沉前，将拼装好的钢板桩按组进行起吊振沉，而不是整体吊装，其中每组一般需要振沉3片或6片钢板桩。在起吊时直接采用振动锤咬住后先向上抬高10cm左右，使得U型槽钢脱离T型挂钩，T型挂钩向后翻转，以便不阻碍钢板桩向下振沉。对于采用焊接16号槽钢搁置处，则在振沉前，割除焊缝或割除槽钢即可。

在振沉初期时，采用6片桩一组进行振沉，后期振沉困难时，改为3片桩一组进行振沉。

在振沉时，副格振沉方向为先两边，后中间。采用对称振沉、控制振沉方向与分次振沉深度等措施，使得副格板桩尽可能适应主格板桩的变形。

步骤7，由此完成一个大圆筒副格的现场施工，拆除副格支架至下一位置，拨除支承桩。

根据上述实例可知，本发明提供的副格“桩位散拼、单锤散打”工艺只有两大工艺步骤：桩位散拼、单锤散打，每个步骤均有独立的工艺特点。

桩位散拼特点：

1)为现场临时固定副格而设计的特殊拼装支架为国际首创，其高度设计解决了现场限高条件下适应桩长、便于人工拼装操作的问题；结构设计解决了台风期支架与钢板桩稳定问题、副格桩整体悬挂问题。

2)专门设计了水平伸缩支架，用以适应由于主格连接桩偏位引起的副格弧度的变化；

3)专门设计了拼装支架上的挂桩方式，解决了拼装时板桩临时固定问题和钢板桩在淤泥中易溜桩而造成拼装与振沉困难的问题；

4)拼装采用用于振沉的有2台吊机的250t起重船，有效解决了单桩三点起吊的问题，减少了配合用的起重船。

单锤散打特点：

1)大圆筒副格格型钢板桩采用单振动锤分组振沉工艺，实现了采用小型起重船振沉大直径超长钢板桩的目的。分组振沉采用一条250t起重船配振动锤进行，适应了现场限高小、水深浅的条件，相比于整体振沉采用大型起重船同时配六～八台大型振动锤，成本大为节省。

2)施工前预先在圆筒副格钢板桩位置采用钢管桩进行冲孔，解决了副格整体下放时难以穿透海床面上的土工布的问题。

3)采用对称振沉、控制振沉方向与分次振沉深度等措施，减小了每组副格板桩之间的约束，从而有效解决了由于主格变形而引起副格难以振沉的难题。

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 (8)

1.一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，其特征在于，所述工艺是在现场桩位设置拼装支架，进行副格散拼装，然后采用单个振动锤将副格钢板桩分组、分层振沉至设计高程；设置拼装支架时，首先根据地质条件、承载要求、各种工况和水位、气象条件，设置相应的拼装支架的基础支承桩；接着在基础支承桩上固设相应的拼装支架；所述基础支承桩采用6根钢管桩，分为两组根据副格的安装位置对称设置在设置好的主格钢板桩之间，每组中3根钢管桩呈等腰三角形分布，且位于待安装大圆筒副格位置的内侧；

所述拼装支架由三层平台组成，下层平台兼起临时挂住副格钢板桩的作用，上、中层平台上设置保证拼装副格钢板桩稳定的装置，一方面副格钢板桩依靠在上、中层平台上，另一方面在上、中层平台上采用手拉葫芦拉住副格钢板桩，上层平台同时作为板桩拼装插锁口的人工操作平台；每层平台均设水平伸缩支撑架，用以调节副格弧度。

2.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，其特征在于，副格散拼装前，使用手持式GPS对两侧的主格连接桩竣工位置进行测量，根据两主格连接桩之间的实测距离，预先调整拼装支架三层平台上的水平伸缩支撑架，以适应副格水平弧度的变化，

接着，采用三点吊的方式将副格钢板桩吊起，拼装第一片副格钢板桩时，将第一片副格钢板桩插入一侧主格连接桩锁口，依靠副格钢板桩自重下沉，直到无法下沉为止，然后在副格钢板桩上焊接U型槽钢，使副格钢板桩挂在下层平台上的T型挂钩上；

拼装其它副格钢板桩时，从中间向两侧拼装，直至46片副格钢板桩拼接完成；每拼接6根副格钢板桩后在中层平台及上平层台使用3t手拉葫芦拉住副格钢板桩，使其稳定。

3.根据权利要求2所述的一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，其特征在于，副格钢板桩拼装时，若副格钢板桩顶标高高于拼装支架上层平台很多时，副格钢板桩吊装采用自动卸扣，直接在上层平台上进行牵引操作；并采用对线器自动插入前根副格钢板桩锁口。

4.根据权利要求2所述的一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散 打工艺，其特征在于，副格散拼装时，每3片副格钢板桩桩顶以下某位置焊接，连接为一体。

5.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，其特征在于，在振沉时初期，采用6片副格钢板桩为一组进行振沉，后期振沉困难时，改为3片副格钢板桩为一组进行振沉。

6.根据权利要求1或5所述的一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，其特征在于，在进行振沉时，采用对称振沉，方向为先两边，后中间。

7.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，其特征在于，副格散打前预先在弧形副格位置采用钢管桩进行冲孔，破除筒位副格钢板桩位置上的土工布。

8.根据权利要求7所述的一种格型钢板桩大圆筒副格桩位散拼、单锤散打工艺，其特征在于，采用钢管桩冲孔时，采用GPS定位，确保冲孔位置准确。