论文部分内容阅读
摘要：通过努瓦迪布新矿石码头工程的沉桩施工实践，介绍海上升降平台在深海区进行沉桩并嵌岩的施工技术。
关键词：升降平台；沉桩；嵌岩；施工技术
1 工程概况
1.1 工程内容
该工程位于毛里塔尼亚努瓦迪布市现有港口的区域范围内，工程内容为新建一个由792.8m长的引桥、402.6m长的码头、11个靠船墩、4个系缆墩等组成的可接纳5万～25万吨级轮船的矿石码头。引桥桩基有93根直径分别为1067mm和1420mm的钢管桩，码头有213根直径为1420mm的钢管桩，靠船墩有66根直径为1420mm的钢管桩，系缆墩有16根直径为1420mm的钢管桩，系泊栈桥桩6根，桩的长度从8m～42m不等，工作区最大水深20m。
1.2 地质情况
根据前期地质勘探的结果，引桥、码头区地质表层以胶结状态的砂及细砂为主，局部混合少量碎块胶结物，深层次可见砂质生物灰岩，混少量贝壳化石及原岩碎屑。矿区深层主要以胶结状态的粉砂及细砂为主，可见少量粘土块。
1.3 气象水文
1.3.1 风
工地的北部区域风力强劲（信风），风向为早上北～东北，下午转向北～西北。
日常风速为12m/s，最大风速为18m/s。
少见的风速为28.3 m/s，特殊的风速为33.3 m/s。
1.3.2 潮汐
潮汐的类型是半日潮。最高潮位+ 2.25m，最低潮位+0.2m，努瓦迪布地区的平均潮位为+1.3m。
1.3.3 涌浪
施工区域涌浪强度大，时长短，随着逐渐靠近悬崖基角，涌浪振幅逐渐减弱。
2 平台沉桩施工方法
2.1 升降平台及主要沉桩设备
本工程使用的升降平台上配备有履带吊、导向架、抱桩器、液压锤、钻机、发电机等设备，从事水上打桩、起吊、嵌岩基本不受风浪影响。
2.2 沉桩测量
根据桩位图和测站布置等技术参数进行相应内业计算，采用固定控制点前方任意角度交会定位，保证前方交会角度在60°～120°之间，以80°～100°之间为最佳，沉桩时每根桩的定位均由岸上2台全站仪进行控制。
2.3 平台粗定位
先在设计桩位处抛一个浮漂，作为平台初步定位参照物。用锚艇将平台拖到设计位置，拖船时应根据风浪、水流方向控制好平台停泊位置，由锚艇辅助抛锚，抛锚结束后，收紧缆绳使平台初步定位，平台处于悬浮状态。
2.4 平台精确定位
先在平台上固定两个点，根据两点到桩的距离确定平台的位置，定位用GPS测量，待两个点都在设计位置附近时可以升船，将船抬升大约1m左右，调平船体，检测两个控制点与设计点的偏差，如果在允许偏差范围内，继续启动支腿提升装置起升平台。如果不在设计范围内，则需将支腿拔起从新定位，直至满足精度要求为止。
2.5 导向架定位
在平台完全升起后，此时平台是一个稳定的船体，相当于陆地施工，这时能精确固定导向架的位置。定位用GPS放样定位点，吊机吊导向架平稳的放在挂耳的设计点位上，保证精度在±1cm，此时即可固定导向架，导向架与挂耳固定采用焊接形式。
2.6 供桩方驳定位
在方驳上堆放钢管桩，方驳由锚艇拖到打桩区域。为了避免方驳和升降平台发生碰撞，两者之间应保持一定的安全距离，原则上一般不小于3m。
2.7 吊桩
吊机移至平台靠近方驳一侧起吊钢管桩，方驳和吊机要配合协调，防止滑桩，先起吊靠近平台的桩，待桩直立后吊机平移，在接近抱桩器时由人工缓慢将桩送入抱桩器。
2.8 桩的定位
在桩送入抱桩器前，通过岸上测站指挥抱桩器的定位。桩送入抱桩器后，在桩接触海底泥面前，吊机一直吊着桩，通过导向架滑轮移动抱桩器，调整桩的平面位置直至满足设计桩位要求，测量人员确定桩位无误后方可继续下桩自沉。
2.9 吊锤施打
桩自沉稳定后，移动吊机吊起液压锤并缓慢套入桩顶。压锤自沉后测量人员应及时检查桩偏位情况。经检查无异常后即可开锤，锤击开始时宜手动控制锤击，冲击高度和作用时间均宜控制在最小幅度。沉桩过程中吊机的钢丝绳要保持一定的自由长度，在锤击过程中密切观察桩的贯入情况和抱桩器相对位置，出现异常情况立即停止锤击检查。
按照停锤标准并结合现场沉桩情况，对于能直接锤击至设计高程的桩应直接完成沉桩作业；对于预计无法直接锤击至设计高程的桩应考虑搭设嵌岩平台进行嵌岩施工。
2.10 嵌岩施工
根据地质情况，对预计需要嵌岩的桩在完成初打后，将平台升至嵌岩需要高度，在平台的挂耳上放置主梁，借助导向架和升降平台形成嵌岩平台。嵌岩选用GQ-15型和GM-20A型工程钻机，采用泵吸反循环清渣钻进方式，钻头使用组合式牙轮钻头。
启动钻机待反循环正常后，开动钻机慢速下放钻头开始钻进，初始阶段宜取较低转速；当正常钻进时方可取较高转速，并根据钻深需要适时加钻杆。
2.11 复打
桩嵌岩完成并验收合格后，降船并进行复打，复打和初打的施工一样，均是由液压锤完成。为了检测桩的质量，复打时需要在桩上安装PDA打桩分析仪，进行高应变检测，检测桩基承载力是否满足要求，当高程和承载力均满足设计要求时停锤，完成单桩的沉桩施工。
2.12 平台移位
在本次定位沉桩完成后，紧固好平台上各种设备，下降平台，通过锚艇移到下一排桩位置，进行下一排桩的施工。
3 嵌岩施工方法
3.1 钻机、钻具及钻头选择
本工程选用GQ-15型和GM-20A型工程钻机。该两款机型扭矩大，与同类钻机相比重量较轻，体积也小，对施工平台要求不高，特别适合本工程施工需要，对平台及钢管桩振动和破坏较小。
采用泵吸反循环清渣方式钻进。反循环钻进可在成孔全过程中保持孔内无残渣，可提高钻进效率。钻头选择组合式牙轮钻头，本工程钻头选择1330mm和995mm两种直径。
钻孔要考虑保护桩的安全及施工平台的平稳，钻头及钻杆必须附加导向扶正器，以保证在施工中钻机、钻杆、钻头在同一直线上。
3.2 嵌岩施工
钻机就位后应认真检查钻头的完好情况和安全缆绳的可靠程度。钻具连接要牢固。钻头与加重器及加重器与钻杆之间在钻具运转时受力相对集中，连接法兰盘的螺杆要使用专用高强度螺杆，每根螺杆端部都需钻插销孔，上完螺帽后插上插销，防止钻头振动而振掉螺杆。钻杆法兰盘面有“O”形密封圈，下钻杆时每个法兰盘需装上密封圈，拧紧螺杆，保证每个接头不渗水、不漏气。
启动钻机待反循环正常后，才能开动钻机缓慢下放钻头，当钻头距孔底200～300mm时应加大泵量（≥108m3/h）排渣，并慢速低压回转。当整个钻头底面完全接触岩面后，方可正常钻进。开始钻进时，应先轻压慢钻，待钻头正常工作后，调整压力，并使钻头吸口不产生堵水。钻进时应认真仔细观察进尺和循环出渣的情况，排量减少或出水中含渣量较多时，应控制钻进速度。在钻进初始阶段，孔底不平整，故采用较小钻压，钻头与孔底磨合后可施加正常钻压。
加钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底80cm～100cm，维持冲洗液循环1～2分钟，以清洗孔底并将钢管内的残渣排净，然后停泵循环加钻杆。
当钻孔钻头接近桩尖时要减速减压，仔细判断桩尖处是否存在变形和卷边现象，如果遇到卷边变形应先停钻，制定处理方案后再施工；当钻头过了桩尖后，要观察桩是否出现下沉或塌孔现象，如果出现异常应及时提钻，制定方案后再继续施工。
4结束语
毛塔项目部引进海上升降平台进行沉桩施工，完成了深海区码头全部桩基的沉桩，沉桩合格率100%，平台在浪高2.0m左右时仍可进行打桩作业，升降平台能够克服普通打桩船无法克服的自然条件，基本不受风、涌浪的影响，基本可全天进行作業。从现场施工的情况来看，采用升降平台打桩是可行的、高效的、经济的。
关键词：升降平台；沉桩；嵌岩；施工技术
1 工程概况
1.1 工程内容
该工程位于毛里塔尼亚努瓦迪布市现有港口的区域范围内，工程内容为新建一个由792.8m长的引桥、402.6m长的码头、11个靠船墩、4个系缆墩等组成的可接纳5万～25万吨级轮船的矿石码头。引桥桩基有93根直径分别为1067mm和1420mm的钢管桩，码头有213根直径为1420mm的钢管桩，靠船墩有66根直径为1420mm的钢管桩，系缆墩有16根直径为1420mm的钢管桩，系泊栈桥桩6根，桩的长度从8m～42m不等，工作区最大水深20m。
1.2 地质情况
根据前期地质勘探的结果，引桥、码头区地质表层以胶结状态的砂及细砂为主，局部混合少量碎块胶结物，深层次可见砂质生物灰岩，混少量贝壳化石及原岩碎屑。矿区深层主要以胶结状态的粉砂及细砂为主，可见少量粘土块。
1.3 气象水文
1.3.1 风
工地的北部区域风力强劲（信风），风向为早上北～东北，下午转向北～西北。
日常风速为12m/s，最大风速为18m/s。
少见的风速为28.3 m/s，特殊的风速为33.3 m/s。
1.3.2 潮汐
潮汐的类型是半日潮。最高潮位+ 2.25m，最低潮位+0.2m，努瓦迪布地区的平均潮位为+1.3m。
1.3.3 涌浪
施工区域涌浪强度大，时长短，随着逐渐靠近悬崖基角，涌浪振幅逐渐减弱。
2 平台沉桩施工方法
2.1 升降平台及主要沉桩设备
本工程使用的升降平台上配备有履带吊、导向架、抱桩器、液压锤、钻机、发电机等设备，从事水上打桩、起吊、嵌岩基本不受风浪影响。
2.2 沉桩测量
根据桩位图和测站布置等技术参数进行相应内业计算，采用固定控制点前方任意角度交会定位，保证前方交会角度在60°～120°之间，以80°～100°之间为最佳，沉桩时每根桩的定位均由岸上2台全站仪进行控制。
2.3 平台粗定位
先在设计桩位处抛一个浮漂，作为平台初步定位参照物。用锚艇将平台拖到设计位置，拖船时应根据风浪、水流方向控制好平台停泊位置，由锚艇辅助抛锚，抛锚结束后，收紧缆绳使平台初步定位，平台处于悬浮状态。
2.4 平台精确定位
先在平台上固定两个点，根据两点到桩的距离确定平台的位置，定位用GPS测量，待两个点都在设计位置附近时可以升船，将船抬升大约1m左右，调平船体，检测两个控制点与设计点的偏差，如果在允许偏差范围内，继续启动支腿提升装置起升平台。如果不在设计范围内，则需将支腿拔起从新定位，直至满足精度要求为止。
2.5 导向架定位
在平台完全升起后，此时平台是一个稳定的船体，相当于陆地施工，这时能精确固定导向架的位置。定位用GPS放样定位点，吊机吊导向架平稳的放在挂耳的设计点位上，保证精度在±1cm，此时即可固定导向架，导向架与挂耳固定采用焊接形式。
2.6 供桩方驳定位
在方驳上堆放钢管桩，方驳由锚艇拖到打桩区域。为了避免方驳和升降平台发生碰撞，两者之间应保持一定的安全距离，原则上一般不小于3m。
2.7 吊桩
吊机移至平台靠近方驳一侧起吊钢管桩，方驳和吊机要配合协调，防止滑桩，先起吊靠近平台的桩，待桩直立后吊机平移，在接近抱桩器时由人工缓慢将桩送入抱桩器。
2.8 桩的定位
在桩送入抱桩器前，通过岸上测站指挥抱桩器的定位。桩送入抱桩器后，在桩接触海底泥面前，吊机一直吊着桩，通过导向架滑轮移动抱桩器，调整桩的平面位置直至满足设计桩位要求，测量人员确定桩位无误后方可继续下桩自沉。
2.9 吊锤施打
桩自沉稳定后，移动吊机吊起液压锤并缓慢套入桩顶。压锤自沉后测量人员应及时检查桩偏位情况。经检查无异常后即可开锤，锤击开始时宜手动控制锤击，冲击高度和作用时间均宜控制在最小幅度。沉桩过程中吊机的钢丝绳要保持一定的自由长度，在锤击过程中密切观察桩的贯入情况和抱桩器相对位置，出现异常情况立即停止锤击检查。
按照停锤标准并结合现场沉桩情况，对于能直接锤击至设计高程的桩应直接完成沉桩作业；对于预计无法直接锤击至设计高程的桩应考虑搭设嵌岩平台进行嵌岩施工。
2.10 嵌岩施工
根据地质情况，对预计需要嵌岩的桩在完成初打后，将平台升至嵌岩需要高度，在平台的挂耳上放置主梁，借助导向架和升降平台形成嵌岩平台。嵌岩选用GQ-15型和GM-20A型工程钻机，采用泵吸反循环清渣钻进方式，钻头使用组合式牙轮钻头。
启动钻机待反循环正常后，开动钻机慢速下放钻头开始钻进，初始阶段宜取较低转速；当正常钻进时方可取较高转速，并根据钻深需要适时加钻杆。
2.11 复打
桩嵌岩完成并验收合格后，降船并进行复打，复打和初打的施工一样，均是由液压锤完成。为了检测桩的质量，复打时需要在桩上安装PDA打桩分析仪，进行高应变检测，检测桩基承载力是否满足要求，当高程和承载力均满足设计要求时停锤，完成单桩的沉桩施工。
2.12 平台移位
在本次定位沉桩完成后，紧固好平台上各种设备，下降平台，通过锚艇移到下一排桩位置，进行下一排桩的施工。
3 嵌岩施工方法
3.1 钻机、钻具及钻头选择
本工程选用GQ-15型和GM-20A型工程钻机。该两款机型扭矩大，与同类钻机相比重量较轻，体积也小，对施工平台要求不高，特别适合本工程施工需要，对平台及钢管桩振动和破坏较小。
采用泵吸反循环清渣方式钻进。反循环钻进可在成孔全过程中保持孔内无残渣，可提高钻进效率。钻头选择组合式牙轮钻头，本工程钻头选择1330mm和995mm两种直径。
钻孔要考虑保护桩的安全及施工平台的平稳，钻头及钻杆必须附加导向扶正器，以保证在施工中钻机、钻杆、钻头在同一直线上。
3.2 嵌岩施工
钻机就位后应认真检查钻头的完好情况和安全缆绳的可靠程度。钻具连接要牢固。钻头与加重器及加重器与钻杆之间在钻具运转时受力相对集中，连接法兰盘的螺杆要使用专用高强度螺杆，每根螺杆端部都需钻插销孔，上完螺帽后插上插销，防止钻头振动而振掉螺杆。钻杆法兰盘面有“O”形密封圈，下钻杆时每个法兰盘需装上密封圈，拧紧螺杆，保证每个接头不渗水、不漏气。
启动钻机待反循环正常后，才能开动钻机缓慢下放钻头，当钻头距孔底200～300mm时应加大泵量（≥108m3/h）排渣，并慢速低压回转。当整个钻头底面完全接触岩面后，方可正常钻进。开始钻进时，应先轻压慢钻，待钻头正常工作后，调整压力，并使钻头吸口不产生堵水。钻进时应认真仔细观察进尺和循环出渣的情况，排量减少或出水中含渣量较多时，应控制钻进速度。在钻进初始阶段，孔底不平整，故采用较小钻压，钻头与孔底磨合后可施加正常钻压。
加钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底80cm～100cm，维持冲洗液循环1～2分钟，以清洗孔底并将钢管内的残渣排净，然后停泵循环加钻杆。
当钻孔钻头接近桩尖时要减速减压，仔细判断桩尖处是否存在变形和卷边现象，如果遇到卷边变形应先停钻，制定处理方案后再施工；当钻头过了桩尖后，要观察桩是否出现下沉或塌孔现象，如果出现异常应及时提钻，制定方案后再继续施工。
4结束语
毛塔项目部引进海上升降平台进行沉桩施工，完成了深海区码头全部桩基的沉桩，沉桩合格率100%，平台在浪高2.0m左右时仍可进行打桩作业，升降平台能够克服普通打桩船无法克服的自然条件，基本不受风、涌浪的影响，基本可全天进行作業。从现场施工的情况来看，采用升降平台打桩是可行的、高效的、经济的。