论文部分内容阅读
摘要：本文从工程施工的角度，采用工程实例对码头水下桩基施工的过程，从设备选型、打桩参数确定、作业顺序、关键工序控制等方面提出了相应的措施，对确保工程施工的安全和质量，有一定的指导作用。
关键词：头水下地基处理；锤击PHC管桩；质量监理；安全监理
一、工程概况
某2×600MW燃煤发电厂地处长江南侧江苏省境内，长江流域多为冲积平原，其3.5万煤码头水下地基处理采用的锤击沉桩工艺，码头设计长度为232米，宽度为27.6米，土质情况从上而下为：粉细砂间夹亚粘土、亚粘土、亚砂土间夹粉细砂或轻亚粘土、粉细砂间夹亚粘土或亚砂土、亚粘土、粉细砂。基桩持力层大部分以亚粘土为主，桩最长约56米，基桩入土深度较深，施工过程中对桩身强度和锤击能量要求较高。根据试桩报告，采用预应力高强度混凝土管桩（Ф1000PHC，壁厚130mm；Ф800PHC，壁厚110mm），设计单位采用三航局预制厂定型产品￠1000mm、￠800mmPHC桩。其中码头桩232根，为B型，外径1000mm，壁厚130mm，长度为53～56m，砼有效预压应力7.87MPa；平台桩30根，为C型，外径800mm，壁厚110mm，长度为50～51 m，砼有效预压应力10.34MPa。所有PHC桩的上节长度为30m，混凝土标号C80。
二、锤击桩施工方法
根据本工程桩型、地质情况、施工条件及工期要求，选用 “三航桩六号”打桩船进行水上沉桩，该船型长48m，型宽22m，型深4m，架高64m，桩船配有德国产DELMAG-100型柴油打桩锤，打桩锤性能如下：
上活塞重量 10000kg
打击次数 36～45次/分钟
作用于桩上的最大爆炸力 2600KN
最大行程 3.4m
四级油量相应的打击能量：
1挡 213860N·m
2挡 256820N·m
3挡 306860N·m
4挡 333540N·m
沉桩施工转角成果采用电脑编程计算，并进行手算复核。
沉桩顺序：沉桩顺序以先平台后码头、下游→上游、岸侧→江侧为原则。平台及码头下游第四分段沉桩顺序较为复杂，给开始的沉桩带来一定困难，要适当控制沉桩速度，同时加强对接合部码头及引桥沉降位移观测。下游码头接合部沉桩完成后，按上述原则并呈阶梯形向上游施打。
打桩船锚位布置：1）平台及码头与原码头接合部排架沉桩作业沉桩作业由南向北并由东向西进行，桩船船艏向下游布置，牢锚船、构件驳船布置于打桩船的上游，打桩船前抽芯缆系于原煤码头系船柱上，并抛锚于引桥下游和平台岸侧。两边锚均由抛锚艇抛于船的北南两侧及系于原码头系船柱上。2）除接合部外码头沉桩作业 平台、码头沉桩作业时，其桩船艏向岸侧方向布置，打桩船前抽芯缆抛于近岸水中，下游侧边锚系于原煤码头系船柱上，打桩船上游侧边锚由抛锚艇抛于船的上游侧，將牢锚船、构件驳抛锚于桩船的上游侧。沉桩由下游向上游呈阶梯形施打，沉桩过程中根据需要牢锚船和桩驳逐渐向上游移位。
锤击沉桩质量控制：1）沉桩作业前，对邻近原有码头及平台的一期码头基桩桩位进行仔细核对，并将核对情况及时与设计联系，同时对沉桩水域水下地形实测，并对妨碍沉桩的障碍物予以清除。2）桩运至现场应及时根据预制厂提供的资料进行复检，做好复检记录。并报监理工程师验收。3）对于要求接地的基桩将桩顶主筋凿露并与接地扁铁相连。4）本工程沉桩以标高控制，贯入度作为校核。 5）为减少打桩的锤击应力峰值，防止桩顶破碎，在桩顶垫厚度为20cm的包装箱纸垫。为确保沉桩时桩顶受力均匀，纸垫制作要确保平整。 6） 因地层较软，初打时可能下沉量较大，宜采取低提锤，轻打下，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增。在整个打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心锤打，以免管桩受弯。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别是要检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，需更换或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续沉桩。 7）锤击沉桩以标高控制为主，贯入度作为校核，当贯入度出现异常时，应立即停止施工，经与监理、设计、业主共同研究处理后方可正常施工。8）打桩船移船时，应密切注意锚缆状态，安排抛锚艇在现场值班，避免抽芯锚缆等刮碰已打好的桩。9）沉桩控制应严格遵照设计及有关规范要求，沉桩过程中若发现异常情况，应立即停锤，及时会同设计等分析研究，采取有效措施后方可继续沉桩。10）沉桩结束应及时夹设联系围囹，设置明显标志，夜间设立航标警示灯，以防过往船只和施工船舶碰撞。11）当沉桩偏位超过标准规定时，应暂停施工，及时汇报，当解决方案确定后方可正常施工。
本工程下游端紧邻已建一厂码头，对工程沉桩有一定影响。本工程桩基布置有不少斜桩，有平面扭角，布置复杂，沉桩要求高。因此此桩基施工是该码头施工的关键所在，在施工中必须注意以下事项：
⑴沉桩控制测量：平台、码头沉桩定位采用打桩船配备的GPS全球卫星定位系统，另配二台J2经纬仪分别架设于老码头引桥、码头上采用前方交会法进行沉桩定位校核。为了保证沉桩定位的精度，二台J2经纬仪的交会角控制在60°～120°。同时，用一台DS3水准仪控制沉桩标高。
⑵对码头的位移和沉降进行观测，具体如下：在老码头和引桥上设置永久性观测点，在老码头上设置永久性观测基点；观测时间以设点时开始，直到工程通过竣工验收为止；工程竣工验收时，向业主提供一套完整的码头沉降、位移观测资料；
⑶本工程的桩尖需穿通④-1及④-3中密～密实砂层而进入沉桩有一定难度的中密～密实的⑥层持力层。根据类似工程施工经验，必须在第一节桩尖加焊桩靴，以加大桩的穿透能力。桩靴由PHC桩生产厂家制作，采用A3钢板，厚20mm，长100cm，并配制六根肋板。为加强桩的抗锤击性能，在桩顶3米长度内混凝土中加入适量钢纤维；为消除打桩过程中的水锤应力影响，确保打桩安全，在管桩芯内开孔进行排水、排气，并在沉桩完成后及时进行封堵处理； ⑷上节桩与下节桩在陆上对位后进行焊接。对接精度要求上下节桩轴线错位不大于2mm；焊接前，先确认管节是否合格，端板是否平整合格。然后对端板除污、除水、除油、除锈，坡口处呈金属光泽后方可施焊。焊接拼缝应满足如下允许偏差值：
管桩桩身弯曲度： ≤L/1200；
管桩两端板之间间隙 ≤2mm；
坡口错位 ≤2mm；
电焊高度 ≤1mm。
焊接采用NBC-500二氧化碳气体保护焊设备。该焊机用氩气代替保护剂，自动进焊丝，对于垂直的、平躺的、斜放的PHC桩都能进行焊接。两桩的间隙，必须达到设计或规范要求时才能焊接。若间隙过大，桩架应能作一些调整，严禁强行纠偏或在间隙过大时进行焊接，使整桩变形或产生不应有的应力，焊接时电流强度与所使用的焊机和焊丝相匹配，送丝均匀；表面加强焊缝高度为12mm，力求平滑；严格检查桩的端口平整度，桩管节对接时其端口平面完全吻合；桩焊接要焊透、焊满，施焊人员持证上岗操作。焊缝质量按二级标准进行检验控制，除进行外观检查外，用超声波对接缝进行检查。
⑸沉桩偏位按《港口工程质量检验评定标准》执行，桩位允许偏位：直桩不得大于150mm，斜桩不得大于200mm。
⑹本工程桩基检测执行《港口工程桩基动力检测规程》，检测结果：单桩极限承载力最大9000KN，最小7600KN。
⑺打桩過程中应详细记录各种作业时间，每打入0.5-1m的锤击数、桩位置的偏斜、最后10击的平均贯人度和最后1m的锤击数等。
三、水上沉桩施工的质量监理要点：
⑴选择满足设计要求的桩锤及桩船进行本工程桩基的沉桩施工。
⑵沉桩施工前，必须对桩锤及桩船质量进行严格检查，确保满足设计及规范要求。
⑶基桩施打定位采用GPS全球卫星定位系统，经纬仪前方交汇校核，为此必须合理选择控制点，确保其相互通视，交汇角必须控制在60 o～120 o之间，以及后视距离大于前视距离的要求。正面镜在沉桩过程中，加强对后视点的校核。
⑷严格按照设计及规范要求控制基桩的平面定位及停锤标准。
⑸根据地质分布的不同情况，合理选择锤能。
⑹经纬仪选用“十字丝”自由分中控制桩中来进行定位，且不分主次镜，经纬度仪对后视及转角时，必须注意正倒镜及转角的顺逆时针方向以避免出错。
⑺基桩的桩身倾斜及桩身扭角，分别由桩架仰俯角度，经纬仪的观测及桩船上岸上插花杆按照规范要求严格控制。并及时用坡度尺复 测斜桩的斜度，直桩的垂直度用经纬仪观测，以加强垂直度的控制。
⑻鉴于本工程基桩自由长度长，地表层覆盖土质较软及地质分布较为复杂，沉桩施工中必须经过不断摸索，确定基桩定位的提前量，以确保沉桩质量，尤其是控制好仰俯打桩的桩身倾斜度及桩身偏位。如因地质问题，桩基发生偏移过大时，立即向有关单位汇报，商定措施，如抛砂等稳定措施。
⑼基桩沉放结束后，必须及时采取固定措施，以起稳桩作用。
⑽沉桩施工过程中，必须在设计所规定的流速，风浪及船行波等要求的范围进行施工，并定期检查锚缆情况，以防走锚，影响沉桩质量。
⑾下桩压锤后，严禁移船纠偏。
⑿沉桩施工过程中，必须确保桩锤、替打、桩身三点一线，避免偏心锤击。
⒀根据试打桩情况，并结合地质条件，合理选择垫木，确保锤击应力有效地扩散与传递。
⒁如桩顶发生破碎，及时上报，经有关部门批准后进行桩头处理，方可进行下一道工序施工。
四、水上沉桩施工的安全监理要点
⑴工程船舶施工期间必须发布航行通告，并安装显示信号，雾天另需设置港作巡逻，确保施工船舶及过往船舶的航行安全。
⑵施工期间，必须坚持每日收听天气预报，及早做好防风、防雨、防台的各项准备工作，夏季施工另需做好防暑降温工作。
⑶定期检查锚缆情况，尤其是在进行合锚的情况下，以防发生走锚或锚缆断裂现象；另现场增设港作拖轮及抛锚艇，以起应急之用。
⑷桩船及牢锚船上绞车必须定期检查与保养，以防制动失灵。
⑸缆绳处必须设置醒目安全标志，并派专人监管。
⑹沉桩期间，桩船移船必须做到轻绞慢行，以防缆绳刮碰构筑物或刮伤人员。
⑺沉桩期间，必须注意风、浪、船行波等对桩身稳定所带来的影响，以防对桩身带来不良后果。
⑻搁桩与吊桩必须符合设计及规范要求。
⑼作业人员必须穿好救生衣，戴好安全帽。
⑽严禁起吊构件下站人。
⑾沉桩结束必须及时夹设联系围令，以确保桩身安全。
作者简介：
于平，男，1965年8月出生，汉族，高级工程师，多年从事火力发电厂工程监理工作。
关键词：头水下地基处理；锤击PHC管桩；质量监理；安全监理
一、工程概况
某2×600MW燃煤发电厂地处长江南侧江苏省境内，长江流域多为冲积平原，其3.5万煤码头水下地基处理采用的锤击沉桩工艺，码头设计长度为232米，宽度为27.6米，土质情况从上而下为：粉细砂间夹亚粘土、亚粘土、亚砂土间夹粉细砂或轻亚粘土、粉细砂间夹亚粘土或亚砂土、亚粘土、粉细砂。基桩持力层大部分以亚粘土为主，桩最长约56米，基桩入土深度较深，施工过程中对桩身强度和锤击能量要求较高。根据试桩报告，采用预应力高强度混凝土管桩（Ф1000PHC，壁厚130mm；Ф800PHC，壁厚110mm），设计单位采用三航局预制厂定型产品￠1000mm、￠800mmPHC桩。其中码头桩232根，为B型，外径1000mm，壁厚130mm，长度为53～56m，砼有效预压应力7.87MPa；平台桩30根，为C型，外径800mm，壁厚110mm，长度为50～51 m，砼有效预压应力10.34MPa。所有PHC桩的上节长度为30m，混凝土标号C80。
二、锤击桩施工方法
根据本工程桩型、地质情况、施工条件及工期要求，选用 “三航桩六号”打桩船进行水上沉桩，该船型长48m，型宽22m，型深4m，架高64m，桩船配有德国产DELMAG-100型柴油打桩锤，打桩锤性能如下：
上活塞重量 10000kg
打击次数 36～45次/分钟
作用于桩上的最大爆炸力 2600KN
最大行程 3.4m
四级油量相应的打击能量：
1挡 213860N·m
2挡 256820N·m
3挡 306860N·m
4挡 333540N·m
沉桩施工转角成果采用电脑编程计算，并进行手算复核。
沉桩顺序：沉桩顺序以先平台后码头、下游→上游、岸侧→江侧为原则。平台及码头下游第四分段沉桩顺序较为复杂，给开始的沉桩带来一定困难，要适当控制沉桩速度，同时加强对接合部码头及引桥沉降位移观测。下游码头接合部沉桩完成后，按上述原则并呈阶梯形向上游施打。
打桩船锚位布置：1）平台及码头与原码头接合部排架沉桩作业沉桩作业由南向北并由东向西进行，桩船船艏向下游布置，牢锚船、构件驳船布置于打桩船的上游，打桩船前抽芯缆系于原煤码头系船柱上，并抛锚于引桥下游和平台岸侧。两边锚均由抛锚艇抛于船的北南两侧及系于原码头系船柱上。2）除接合部外码头沉桩作业 平台、码头沉桩作业时，其桩船艏向岸侧方向布置，打桩船前抽芯缆抛于近岸水中，下游侧边锚系于原煤码头系船柱上，打桩船上游侧边锚由抛锚艇抛于船的上游侧，將牢锚船、构件驳抛锚于桩船的上游侧。沉桩由下游向上游呈阶梯形施打，沉桩过程中根据需要牢锚船和桩驳逐渐向上游移位。
锤击沉桩质量控制：1）沉桩作业前，对邻近原有码头及平台的一期码头基桩桩位进行仔细核对，并将核对情况及时与设计联系，同时对沉桩水域水下地形实测，并对妨碍沉桩的障碍物予以清除。2）桩运至现场应及时根据预制厂提供的资料进行复检，做好复检记录。并报监理工程师验收。3）对于要求接地的基桩将桩顶主筋凿露并与接地扁铁相连。4）本工程沉桩以标高控制，贯入度作为校核。 5）为减少打桩的锤击应力峰值，防止桩顶破碎，在桩顶垫厚度为20cm的包装箱纸垫。为确保沉桩时桩顶受力均匀，纸垫制作要确保平整。 6） 因地层较软，初打时可能下沉量较大，宜采取低提锤，轻打下，随着沉桩加深，沉速减慢，起锤高度可渐增。在整个打桩过程中，要使桩锤、桩帽、桩身尽量保持在同一轴线上。必要时应将桩锤及桩架导杆方向按桩身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心锤打，以免管桩受弯。打桩较难下沉时，要检查落锤有无倾斜偏心，特别是要检查桩垫桩帽是否合适。如果不合适，需更换或补充软垫。每根桩宜连续一次打完，不要中断，以免难以继续沉桩。 7）锤击沉桩以标高控制为主，贯入度作为校核，当贯入度出现异常时，应立即停止施工，经与监理、设计、业主共同研究处理后方可正常施工。8）打桩船移船时，应密切注意锚缆状态，安排抛锚艇在现场值班，避免抽芯锚缆等刮碰已打好的桩。9）沉桩控制应严格遵照设计及有关规范要求，沉桩过程中若发现异常情况，应立即停锤，及时会同设计等分析研究，采取有效措施后方可继续沉桩。10）沉桩结束应及时夹设联系围囹，设置明显标志，夜间设立航标警示灯，以防过往船只和施工船舶碰撞。11）当沉桩偏位超过标准规定时，应暂停施工，及时汇报，当解决方案确定后方可正常施工。
本工程下游端紧邻已建一厂码头，对工程沉桩有一定影响。本工程桩基布置有不少斜桩，有平面扭角，布置复杂，沉桩要求高。因此此桩基施工是该码头施工的关键所在，在施工中必须注意以下事项：
⑴沉桩控制测量：平台、码头沉桩定位采用打桩船配备的GPS全球卫星定位系统，另配二台J2经纬仪分别架设于老码头引桥、码头上采用前方交会法进行沉桩定位校核。为了保证沉桩定位的精度，二台J2经纬仪的交会角控制在60°～120°。同时，用一台DS3水准仪控制沉桩标高。
⑵对码头的位移和沉降进行观测，具体如下：在老码头和引桥上设置永久性观测点，在老码头上设置永久性观测基点；观测时间以设点时开始，直到工程通过竣工验收为止；工程竣工验收时，向业主提供一套完整的码头沉降、位移观测资料；
⑶本工程的桩尖需穿通④-1及④-3中密～密实砂层而进入沉桩有一定难度的中密～密实的⑥层持力层。根据类似工程施工经验，必须在第一节桩尖加焊桩靴，以加大桩的穿透能力。桩靴由PHC桩生产厂家制作，采用A3钢板，厚20mm，长100cm，并配制六根肋板。为加强桩的抗锤击性能，在桩顶3米长度内混凝土中加入适量钢纤维；为消除打桩过程中的水锤应力影响，确保打桩安全，在管桩芯内开孔进行排水、排气，并在沉桩完成后及时进行封堵处理； ⑷上节桩与下节桩在陆上对位后进行焊接。对接精度要求上下节桩轴线错位不大于2mm；焊接前，先确认管节是否合格，端板是否平整合格。然后对端板除污、除水、除油、除锈，坡口处呈金属光泽后方可施焊。焊接拼缝应满足如下允许偏差值：
管桩桩身弯曲度： ≤L/1200；
管桩两端板之间间隙 ≤2mm；
坡口错位 ≤2mm；
电焊高度 ≤1mm。
焊接采用NBC-500二氧化碳气体保护焊设备。该焊机用氩气代替保护剂，自动进焊丝，对于垂直的、平躺的、斜放的PHC桩都能进行焊接。两桩的间隙，必须达到设计或规范要求时才能焊接。若间隙过大，桩架应能作一些调整，严禁强行纠偏或在间隙过大时进行焊接，使整桩变形或产生不应有的应力，焊接时电流强度与所使用的焊机和焊丝相匹配，送丝均匀；表面加强焊缝高度为12mm，力求平滑；严格检查桩的端口平整度，桩管节对接时其端口平面完全吻合；桩焊接要焊透、焊满，施焊人员持证上岗操作。焊缝质量按二级标准进行检验控制，除进行外观检查外，用超声波对接缝进行检查。
⑸沉桩偏位按《港口工程质量检验评定标准》执行，桩位允许偏位：直桩不得大于150mm，斜桩不得大于200mm。
⑹本工程桩基检测执行《港口工程桩基动力检测规程》，检测结果：单桩极限承载力最大9000KN，最小7600KN。
⑺打桩過程中应详细记录各种作业时间，每打入0.5-1m的锤击数、桩位置的偏斜、最后10击的平均贯人度和最后1m的锤击数等。
三、水上沉桩施工的质量监理要点：
⑴选择满足设计要求的桩锤及桩船进行本工程桩基的沉桩施工。
⑵沉桩施工前，必须对桩锤及桩船质量进行严格检查，确保满足设计及规范要求。
⑶基桩施打定位采用GPS全球卫星定位系统，经纬仪前方交汇校核，为此必须合理选择控制点，确保其相互通视，交汇角必须控制在60 o～120 o之间，以及后视距离大于前视距离的要求。正面镜在沉桩过程中，加强对后视点的校核。
⑷严格按照设计及规范要求控制基桩的平面定位及停锤标准。
⑸根据地质分布的不同情况，合理选择锤能。
⑹经纬仪选用“十字丝”自由分中控制桩中来进行定位，且不分主次镜，经纬度仪对后视及转角时，必须注意正倒镜及转角的顺逆时针方向以避免出错。
⑺基桩的桩身倾斜及桩身扭角，分别由桩架仰俯角度，经纬仪的观测及桩船上岸上插花杆按照规范要求严格控制。并及时用坡度尺复 测斜桩的斜度，直桩的垂直度用经纬仪观测，以加强垂直度的控制。
⑻鉴于本工程基桩自由长度长，地表层覆盖土质较软及地质分布较为复杂，沉桩施工中必须经过不断摸索，确定基桩定位的提前量，以确保沉桩质量，尤其是控制好仰俯打桩的桩身倾斜度及桩身偏位。如因地质问题，桩基发生偏移过大时，立即向有关单位汇报，商定措施，如抛砂等稳定措施。
⑼基桩沉放结束后，必须及时采取固定措施，以起稳桩作用。
⑽沉桩施工过程中，必须在设计所规定的流速，风浪及船行波等要求的范围进行施工，并定期检查锚缆情况，以防走锚，影响沉桩质量。
⑾下桩压锤后，严禁移船纠偏。
⑿沉桩施工过程中，必须确保桩锤、替打、桩身三点一线，避免偏心锤击。
⒀根据试打桩情况，并结合地质条件，合理选择垫木，确保锤击应力有效地扩散与传递。
⒁如桩顶发生破碎，及时上报，经有关部门批准后进行桩头处理，方可进行下一道工序施工。
四、水上沉桩施工的安全监理要点
⑴工程船舶施工期间必须发布航行通告，并安装显示信号，雾天另需设置港作巡逻，确保施工船舶及过往船舶的航行安全。
⑵施工期间，必须坚持每日收听天气预报，及早做好防风、防雨、防台的各项准备工作，夏季施工另需做好防暑降温工作。
⑶定期检查锚缆情况，尤其是在进行合锚的情况下，以防发生走锚或锚缆断裂现象；另现场增设港作拖轮及抛锚艇，以起应急之用。
⑷桩船及牢锚船上绞车必须定期检查与保养，以防制动失灵。
⑸缆绳处必须设置醒目安全标志，并派专人监管。
⑹沉桩期间，桩船移船必须做到轻绞慢行，以防缆绳刮碰构筑物或刮伤人员。
⑺沉桩期间，必须注意风、浪、船行波等对桩身稳定所带来的影响，以防对桩身带来不良后果。
⑻搁桩与吊桩必须符合设计及规范要求。
⑼作业人员必须穿好救生衣，戴好安全帽。
⑽严禁起吊构件下站人。
⑾沉桩结束必须及时夹设联系围令，以确保桩身安全。
作者简介：
于平，男，1965年8月出生，汉族，高级工程师，多年从事火力发电厂工程监理工作。