海上CANTITRAVEL平臺樁基施工關鍵技術

中交第一航務工程局有限公司中交一航局第二工程有限公司2018年11月目錄一、 引言 3二、 工程概況及重難點 32.1工程概況 32.2工程特點及難點 4三、 施工總體安排 4四、 施工總平面布置 5五、 CANTITRAVEL平臺介紹 65.1 施工方案比選： 65.2 海上CANTITRAVEL平臺設計 6六、 施工工藝及操作要點 76.1施工流程： 76.2CANTITRAVEL平臺施工要點 7七、 施工效果介紹 187.1施工效率 187.2施工質量控制 18八、 實踐中的經驗和教訓（完善中） 18九、 工藝創(chuàng)新點 18十、 結語 19引言厄瓜多爾波索爾哈多用途碼頭項目位于瓜亞斯省波索爾哈鎮(zhèn)，瓜亞斯河河口、瓜亞基爾港口下游，距離瓜亞基爾市約120公里，約兩個小時車程。工程主體為順岸板式高樁碼頭，碼頭長度為400m，樁基結構為混凝土樁，巖層以上全護筒包裹，護筒壁厚0.95cm，設計總量320根樁基；邊坡采用塊石護坡，邊坡1:2.1，樁基上部為預制樁帽，安裝預制面板，上部為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構，分2層澆筑，整個上部結構梁厚1.5m。碼頭面寬36.43m，設1道伸縮縫。碼頭后方采用拋石堤護岸，上部設混凝土搭板與碼頭相連。本文根據(jù)項目所在地區(qū)位于深水港、工期緊、任務重等特點，研究出新的施工工藝，采用海上CANTITRAVEL平臺樁基施工工藝，為以后類似工程項目施工提供借鑒經驗。圖1.1碼頭典型斷面圖圖1.1碼頭典型斷面圖工程概況及重難點2.1工程概況厄瓜多爾波索爾哈多用途碼頭工程，為新建400m順岸式高樁板式結構碼頭，共64排架，每排架有5跨，分別為A-E軸，其中A和E軸樁基為φ1016mm，BCD軸樁基為φ914mm，樁基為混凝土灌注樁，巖層以上采用鋼護筒包裹，設計最大樁長33.25m，設計最小樁長17.35m，設計總數(shù)320根，碼頭區(qū)域平均水深8-11m，最大波高2.1m-2.4m,潮差2m，潮流達1.6m/s，地質主要為泥巖和砂巖結構。2.2工程特點及難點結合本項目實施情況，具體以下特點及難點：1）碼頭施工工期639天，包含設備調遣等時間，工期緊，任務重，且當?shù)卦O備資源匱乏，設備調遣周期長，費用高。2）采用國內常規(guī)工藝，即打樁船進行沉樁、鋼平臺進行混凝土灌注的方式無法滿足工期要求，且成本大，施工難度高。3）擬建工程地質較為復雜，主要為砂巖與泥巖結構，泥巖地質容易造成塌孔嚴重。4）當?shù)胤蓪Π踩碍h(huán)保要求高，對施工過程中的安全、噪音、環(huán)境保護等均有明確要求，尤其是水上作業(yè)，嚴禁污染海域。充分考慮以上各種因素，在保證履約的同時，最大可能地減少施工成本，綜合分析，創(chuàng)新研究了海上CANTITRAVEL平臺樁基施工工藝。原理是CANTITRAVEL平臺利用已完成樁為基礎，將水上作業(yè)變?yōu)殛懮献鳂I(yè)，采用平臺上吊機與鋼絲繩的牽引力為動力，使鋼平臺通過行走輪沿行走梁軌道槽行走，達到位置后設置車擋，防止溜車，測量并調整限位架，進行循環(huán)施工。施工總體安排平臺是從多米尼加采購二手設備，根據(jù)樁基間距和工期要求，對鋼平臺重新設計，現(xiàn)場進行焊接拼裝?？紤]鋼平臺拼裝區(qū)域沉降，在底部安裝6個大型混凝土塊作為支點，混凝土頂部標高與樁基保持一致，形成過渡面，拼裝完成后鋼平臺上吊機，然后安裝行走梁，并通過吊機牽引力形成動力，將鋼平臺沿行走梁軌道槽移動，實現(xiàn)鋼平臺陸轉海施工。后通過行走輪調整方向實現(xiàn)鋼平臺轉向，最后在鋼平臺上進行樁基施工，一個循環(huán)可打設10根樁基，B/D4根樁基作為行走梁支點，待樁基混凝土強度達到24MPA后可移動鋼平臺至下個循環(huán)施工。施工總平面布置1.鋼平臺組裝：鋼平臺組裝和焊接需要較大場地，結合項目施工總平面，綜合考慮優(yōu)先從樁基南側（南圍堰）施工，由于鋼平臺需要在陸地上進行組裝，后通過行走梁方式實現(xiàn)陸轉海施工，在南圍堰靠近1-3排架后沿樁基施工區(qū)域采用塊石回填一塊區(qū)域，并安裝6個混凝土支墩（兩排）作為鋼平臺基礎，混凝土支墩中心與1-3排架樁基中心保持一致。圖4.1平臺組裝區(qū)域平面圖和斷面圖2.制樁場和鋼筋籠場地：規(guī)劃樁基先從南圍堰區(qū)域開始施工，鋼護筒長度24-30m，鋼筋籠綁扎也需要30m，由于受場地和設備資源限制，需縮短鋼護筒與鋼筋籠的倒運距離，在靠近南圍堰區(qū)域規(guī)劃制樁場地和鋼筋籠綁扎場地。圖4.1平臺組裝區(qū)域平面圖和斷面圖CANTITRAVEL平臺介紹施工方案比選：項目樁基設計要求：樁基采用混凝土灌注樁形式，巖層以上采用全護筒包裹，兩種規(guī)格形式樁基，即φ1016mm和為φ914mm，鋼護筒為薄壁結構，厚度9.5mm。方案一：采用國內調遣打樁船組的方式進行鋼護筒沉設，然后搭設鋼平臺進行混凝土灌注；方案二：設計打樁平臺進行樁基所有施工作業(yè)。基于樁基形式以及鋼護筒厚度等因素，海外調遣船機周期長、成本高，風險也大，而且該類型鋼護筒不適合采用打樁船沉樁，采用貝雷架搭設的鋼平臺循環(huán)次數(shù)少，浪費資源，無法上大吊機進行施工作業(yè)，效率慢，無法保證項目履約。綜合分析，設計加工海上CANTITRAVEL平臺進行樁基施工，可以連續(xù)作業(yè)，不受任何海況影響，加工改造周期短，成本低，適用范圍廣。海上CANTITRAVEL平臺設計CANTITRAVEL平臺由巴西EXE設計計算，可以滿足250t履帶吊、樁頂鉆機作業(yè)、振動錘以及發(fā)電機等施工機具設備的存放荷載要求，平臺主要包括四大系統(tǒng)，分別是作業(yè)系統(tǒng)、打樁定位系統(tǒng)、支撐行走系統(tǒng)、夾樁系統(tǒng)，為確保履約，我方參與整個設計過程，通過工期計劃分析，將設計由打一排樁替換成兩排樁同時進行，進一步提高施工效率，經論證該設計可行。圖5.2.1CANTITRAVEL平臺效果圖圖5.2.1CANTITRAVEL平臺效果圖注：紅色代表行走梁和鋼樁帽；棕色代表鋼平臺；藍色代表懸挑梁和垂直支架，淺紅代表限位架；綠色代表正在打設得樁基（2排10根樁基），深藍代表已澆筑完成樁基，黃色代表樁帽。施工工藝及方法6.1施工流程圖：施工施工準備平臺移動實現(xiàn)陸轉海安裝定位系統(tǒng)和平臺轉向樁基鉆孔及澆筑安裝樁帽及連接桿（夾樁系統(tǒng)）安放行走梁并移動樁基結束，下碼頭6.2CANTITRAVEL平臺施工要點6.2.1施工準備平臺拼接組裝：CANTITRAVEL平臺為舊設備改造，嚴格按照設計尺寸加工，采用分塊拼裝焊接方式形成整體，為了縮短加工周期，直接在已澆筑完成的混凝土支墩上進行組裝。組裝流程：行走梁及行走輪安裝—一側主梁安裝—一側懸挑梁安裝—同理另外一側主梁安裝及懸挑梁安裝—吊機主梁安裝—次梁及支撐架安裝—鋪設鋼板網和欄桿扶手等附屬設施。詳細安裝圖見下：第一步：安裝行走梁及行走輪安裝第二步：安裝一側主梁及懸挑梁安裝第三步：另外一側主梁及懸挑梁安裝第四步：吊機梁安裝CANTITRAVEL作業(yè)平臺CANTITRAVEL平面圖6.2.2平臺移動實現(xiàn)陸轉海結合現(xiàn)場吊機性能，將180T吊機進行拆解，分塊吊裝至鋼平臺頂部，然后在平臺上進行再次組裝，縮短吊機上平臺的時間。鋼平臺移動前，先完成1-3排架D和C軸樁基，1-3排E軸樁基位置打設直徑1.5m鋼護筒，防止回填塊石擠壓D軸和C軸樁基。平臺組裝區(qū)域混凝土支墩軸線與樁基保持一致，前沿2個混凝土支墩中心距離D軸樁基中心12.57m，即行走梁長度，平臺移動前，先將已完成的6根樁基與混凝土支墩采用連接桿固定，形成夾樁系統(tǒng)，避免平臺移動過程中產生側壓力造成偏位引起事故；行走梁支撐樁鋼護筒外側安裝鋼樁帽，鋼護筒外側增加兩道同厚度豎向加強板，進行焊接，防止鋼樁帽側向壓力擠壓鋼護筒產生側向位移。圖6.2.2-1CD樁基與混凝土支墩連接圖圖6.2.2-1CD樁基與混凝土支墩連接圖待準備工作完成后，安裝鋼絲繩，采用吊機+平衡架垂直提舉牽引鋼絲繩產生一個水平力，使鋼平臺通過行走梁沿著行走梁軌道槽移動，直至達到位置。圖6.2.2-2CDCANTITRAVEL平臺移動由陸轉海圖圖6.2.2-2CDCANTITRAVEL平臺移動由陸轉海圖注意事項：1）行走梁翼板之間采用螺栓連接，梁底與混凝土支墩預埋鋼板和鋼樁帽進行焊接連接；2）平臺組裝完成后，調整高度，使混凝土支墩標高與D軸樁基標高保持一致，保證兩道行走梁接口處間距小于1cm，無錯臺，行走梁頂面斜度小于0.5°；3）行走梁安放在鋼樁帽中心，防止偏位造成事故。6.2.3安裝定位系統(tǒng)和平臺轉向安裝定位系統(tǒng)：CANTITRAVEL平臺由陸轉海移動到指定位置后，前輪安裝車擋，后輪采用三角板將行走輪與行走梁點焊，防止平臺溜車。平臺定位系統(tǒng)分前側和兩側，可同時打設10根樁基，主要包含懸挑梁安裝，垂直支撐架，上下兩層限位架。圖6.2.3-1定位系統(tǒng)圖限位架限位輪垂直支架懸挑梁限位架限位輪垂直支架懸挑梁圖6.2.3-1定位系統(tǒng)圖定位系統(tǒng)控制整個打樁精度，安裝過程中確保精度滿足設計要求，定位系統(tǒng)分兩次安裝，第一次是平臺移動至海上后安裝一側定位系統(tǒng)，然后打設1-3排架A和B軸樁基，完成后拆卸該側定位系統(tǒng)，平臺轉向，然后安裝前定位系統(tǒng)，增加配重，再安裝兩側定位系統(tǒng)，屆時整個CANTITRAVEL平臺全部完成，具備循環(huán)施工條件。定位系統(tǒng)中懸挑梁安裝是關鍵工序，為了確保懸挑梁不變形，懸挑梁垂直插入鋼平臺次梁內，搭接長度不小于1m，采用四周滿焊連接。平臺轉向：轉向原理即是將平臺由垂直于碼頭方向調整為平行于碼頭方向前進，主要通過調整行走輪的方式改變行走方向。1-3排架A-D軸樁基全部完成后，在平行于碼頭方向安裝兩道12.57m行走梁，主要支撐樁是1B和3B；1D和3D，安裝完成后CANTITRAVEL平臺移動至B軸和D軸樁基之間，通過計算確定移動長度，最終要確保轉向后行走輪支撐點剛好位于平行于碼頭方向的行走梁中心。圖6.2.3-2行走梁布置圖圖6.2.3-2行走梁布置圖注：紅色和紫色為12.57m行走梁；藍色和綠色為8.47m行走梁鋼平臺+吊機總重量為330T,每個行走輪支撐點82.5T，現(xiàn)場有2個200T液壓千斤頂，調整行走輪方向先從一側（2個）進行調整，然后再調整另外一側（2個）行走輪。采用2個200T千斤頂同時均勻將一側平臺頂起1-3cm，然后采用手拉葫蘆將行走輪取出，后調整至平行于碼頭方向的行走梁位置，安裝完成將行走輪與鋼平臺進行焊接連成整體，同樣方法移動另外一側行走輪并焊接。圖6.2.3-3平臺轉向原理圖圖6.2.3-3平臺轉向原理圖注意事項：1）行走輪與鋼平臺焊接位置提前焊接25厚度平鋼板，面積大于行走輪頂部平面，豎向采用25厚度鋼板焊接井字架，加固支撐點受力；2）2個液壓千斤頂在平行于碼頭方向同時起頂，注意觀察行走輪，頂起1-3cm即可。6.2.4樁基鉆孔及澆筑樁基混凝土達到25Mpa后可以安裝行走梁，即48小時后可移動平臺。BD軸樁基是支撐行走梁，為避免樁基澆筑完成后，混凝土強度未達到而耽誤平臺移動，所以樁基澆筑順序為N(B/C/D軸樁基)—N-1/N-2(A軸樁基)—N+1（BCD軸樁基）—N-1/N-2(E軸樁基)。一個循環(huán)10根樁基，兩排架，前方2排B/C/D軸樁基，兩側2排A軸和E軸樁基，單根樁基施工流程如下：插打鋼護筒—樁頂鉆機鉆孔—樁頂鉆機拆除—安裝鋼筋籠—清孔—安裝混凝土導管及澆筑—安裝樁帽和灌漿—安裝夾樁系統(tǒng)—移動平臺至下一循環(huán)1）插設鋼護筒：采用振動錘進行插打鋼護筒，兩種直徑鋼護筒，為了縮短調整振動錘夾具時間，在陸地接樁時，914直徑鋼護筒頂部采取變徑方式，長度1.5m,另外為防止鋼護筒底部在打設過程中變形，底部焊接加強板。圖6.2.4-1鋼護筒打設圖圖6.2.4-1鋼護筒打設圖2）樁頂鉆機鉆孔：鉆機原理是反循環(huán)鉆機，配套機具有動力柜和空壓機，鉆頭為亞倫鉆，適用于地質較硬區(qū)域，具有鉆孔快、無擴孔、操作方便等優(yōu)點。采用吊機將鉆機垂直吊至鋼護筒上，鉆機與鋼護筒縱軸線對齊后緊固抱樁系統(tǒng)，使得鉆機與鋼護筒連成整體。鉆機安裝完成后，吊機依次安裝鉆頭和鉆桿，然后開始鉆孔。樁頂鉆機原理是通過抱樁系統(tǒng)內部的密封圈和抱樁器使護筒內部形成一個密封空間，施工期間不斷向鋼護筒中注入高壓水，并且與鉆桿系統(tǒng)配合。在鉆桿高速旋轉過程中，鉆桿內部流速快于鉆桿外部流速，根據(jù)流體流速不同形成壓強差。使鉆渣與水順著鉆桿排出護筒。由于鉆渣為原海底物質，未添加任何成分，直接排放至海底，并定期檢查水質情況。圖6.2.4-2鉆機鉆孔流程圖第一步：吊鉆機第二步：安裝鉆桿第三步：鉆孔第四步：鉆完后吊離3）鋼筋籠安裝：樁基鋼筋籠分兩節(jié)制作，分別是底部變徑鋼筋，頂部加長鋼筋，所有綁扎接口需要焊接，防止綁扎接口松開。安裝過程中采用130T吊機配合平臺上180T吊機作業(yè)。4）二次清孔：鋼筋籠安裝完成后，二次測量孔深，底部沉渣超過5cm，需要采用氣舉管進行二次清孔，采用氣舉反循環(huán)原理進行清孔，直到孔底無沉渣為止。圖6.2.4-3二次清孔圖圖6.2.4-3二次清孔圖5）混凝土澆筑：由于泵車長度無法直接將混凝土泵送至導管頂部，在平臺上提前布置地泵管?；炷撂涠纫?2±2cm為宜，并有一定流動度，保持坍落度降低至15cm的時間不少于1小時。施工前做好交底，防止導管提出混凝土面。為了確保澆筑樁基澆筑高度，在設計樁頂位置開口，開口處安裝一個容器，用于接收混凝土沉渣。圖6.2.4-4混凝土澆筑圖圖6.2.4-4混凝土澆筑圖6）PDA試驗檢測：按照設計要求，安裝樁帽前進行PDA檢測，數(shù)量為抽取設計總量10%。圖6.2.4-5PDA檢測圖圖6.2.4-5PDA檢測圖6.2.5安裝夾樁系統(tǒng)1）樁帽安裝及灌漿：樁帽與鋼抱箍樁采用螺栓連接，制作十字吊架，通過手拉葫蘆調整樁帽標高，樁帽安裝完成后，樁帽內側與鋼護筒空隙處進行灌漿，由于灌漿部分區(qū)域在水下，需要借鑒灌注樁澆筑的方式進行灌漿，自制一個直徑約4cm（間隙5cm），長度2m的漏斗，頂部擴大口，將漏斗伸入間隙內。澆筑前在底部鋪設一層5cm的小石子，防止底部漏漿，為提高施工效率，采用分層灌注的方式進行施工，第一層澆筑高度為50-80cm，澆筑12小時后，將間隙內的水抽干后再進行灌漿，二次灌漿完成24小時后，可以取下吊裝架和手拉葫蘆。圖6.2.5-1樁帽安裝圖6.2.5-1樁帽安裝2）安裝連接桿：完成樁帽灌漿后，按照設計要求，安裝連接桿，將已完樁基形成整體，連接桿與鋼樁帽采用插銷連接，方便安拆。圖6.2.5-2夾樁系統(tǒng)安裝圖6.2.5-2夾樁系統(tǒng)安裝6.2.6安放行走梁并移動待樁基混凝土強度達到25Mpa后，可進行平臺的移動，移動前在支撐行走梁樁基上安裝鋼樁帽，鋼護筒焊接加強板，調整鋼樁帽頂部標高，保持一致，采用平臺吊機將后面兩道12.57m行走梁安裝在前面，與平臺底部行走梁順接，調整接口尺寸并焊接連接，平臺移動前，先將平臺底部與行走梁之間連接桿拆掉，然后采用吊機+平衡架方式拉伸鋼絲繩牽引形成水平力，直到平臺移動至下一跨并固定，平臺底部與行走梁之間連接桿鉸接，形成整體。圖6.2.6平臺移動圖圖6.2.6平臺移動圖6.2.7CANTITRAVEL平臺下碼頭所有樁基完成后，CANTITRAVEL平臺需要下碼頭，由于支撐行走梁鋼樁帽頂標高+5.55m，BD軸位置碼頭面層標高為+5.60m，高差5cm，行走梁長度12.57m，坡度為0.3%，小于設計要求的0.5%，滿足要求，最終行走梁一端安裝在樁基，一端安裝在碼頭面層上，形成過渡層。移動步驟：1）移動前，先將定位系統(tǒng)架、配重塊和其他設備機具通過履帶吊吊裝至碼頭面層，并通過平板車倒運指定位置，目的是減少整個平臺配重；圖6.2.7-1定位系統(tǒng)及施工機具吊裝2）吊機牽引力為動力將整個平臺緩慢通過行走梁行駛到碼頭面層；3）在碼頭面層上通過250T吊機將180T吊機進行拆解，并通過平板車運到指定地方再次組裝；圖6.2.7-2平臺移動至碼頭并拆解4）同理，平臺在碼頭面層上進行拆解，然后采用250T吊機分塊吊離。圖6.2.7-1定位系統(tǒng)及施工機具吊裝圖6.2.7-2平臺移動至碼頭并拆解注意事項：1）安裝在碼頭面層上的行走梁之間應采用連接桿連接，尤其是端頭，采用兩道連接桿連接，形成整體；2）碼頭面層上行走梁底部鋪設兩層土工布，防止破環(huán)混凝土面層。施工效果介紹7.1施工效率海上CANTITRAVEL平臺上配備一臺180T吊機，可進行所有樁基作業(yè)，不受其他施工和自然環(huán)境干擾，最高效率可達1.5根/天，包含樁基澆筑、樁帽安裝和灌漿等施工作業(yè)，單純鉆孔及澆筑可達2根/天，施工效率較其他工藝有極大提高。7.2施工質量控制海上CANTITRAVEL平臺進行樁基施工，采用上下兩層限位架控制樁位平面位置和垂直度，施工質量容易控制，平面位置偏差≤50mm；樁基垂直度平均不超過0.5°誤差。實踐中的經驗和教訓8.1在鋼平臺限位