摘要：曹妃甸30万吨级原油码头桩基采用直径1.8m钢管桩，桩长65.5～77m，桩重81.37～94.51t，桩重为目前国内之最。文章论述了打桩锤、打桩船的选择和打桩锤、打桩船的技术性能；钢管桩节点的布置及受力计算；以及沉桩施工步骤。经优化的沉桩工艺，使超长、超重钢管桩顺利施打完毕，施工质量达到优良水平。

关键词：超重；钢管桩；水上沉桩

1工程概况

曹妃甸原油码头工程坐落在河北省唐山市曹妃甸工业区内，建设规模为新建30万吨级原油码头泊位1座。工程由l座码头和1座引桥组成，均采用桩基墩式结构，用引桥连接。码头全长522 m，采用蝶型布置，由1个工作平台、2个靠船墩和6个系缆墩组成，码头前沿停泊水域设计泥面标高-25.80m；引桥全长784.419m，由7个墩台和6跨拱桥组成。

桩基采用直径1.8m的钢管桩，桩长64.5～77m，桩重81.37～94.51t，桩重为目前国内之最。2主要船机设备性能

本工程选用打桩15号配D160打桩锤进行水上沉桩作业，打桩船和打桩锤性能见表1和表2。

表1打桩船的主要技术性能

表2打桩锤主要技术参数

3施工方法

3．1吊点布置

根据以往施工经验，结合本工程钢管桩的特点和打桩船的性能，每根桩设置5个吊点。其中3个正面吊点为吊桩吊点，2个反面吊点为钢管桩翻身用吊点。其具体的吊点布置如图l。

图1 f1800mm钢管桩吊点布置平面图

吊点布置既要满足受力要求，又要满足施工要求。桩顶吊点的设计要考虑桩立直后钩头要位于打桩锤以下，否则解开钩头后，钩头受风浪影响来回摆动撞击打桩锤，同时为了满足受力要求又不能太向下，所以设计第一个吊点位于桩顶15m，两个吊点相距15m，钢丝绳为34m，这样钩头解开后不会碰撞打桩锤。经计算下面吊点离桩尖越近副钩受力越小，但如果离桩尖太近会造成桩入水后抽销卡环困难，所以综合考虑下吊点距离桩尖15m，既满足副钩受力，又便于抽销卡环作业。

本工程钢管桩3点吊工艺与以往3点吊吊桩工艺有所同。其吊桩工艺为：打桩船左80t主钩与右40t副钩3点吊将桩吊起，桩身立起后，在桩身下部吊点的抽销卡环解彤之前，右80t主钩逐渐带劲，使左右两钩受力平衡，即由2主钩共同承担桩身重量后，再将桩身下部吊点的抽销卡环解脱，随后进行入龙口、戴替打等后步工序。这样在吊立桩过程中，始终有2个钩共同承担桩身重量，确保了吊桩安全。因裆桩身直立的过程中，右80t主钩带劲后，钢管桩将翻转180°。这样按以往桩身下部吊点抽销卡环的安装方法，桩在翻身后，会因抽销角度不对无法操作，而使抽销卡环无法解脱。本工艺使桩在翻身后，使抽销方向恰好能对准打桩船体，使抽销卡环能够很容易地解脱。同时设置2个过滑轮扣减小吊耳的受力，使2点受力均匀，吊桩更加安全。

施工步骤如下：

(1)打桩船和运桩驳驻位；

(2)打桩船靠近运桩驳，起重人员上运桩驳锁扣；

(3)打桩船双钩起吊，平移到海面，副钩向下移动，当桩倾斜一定角度后，2钩同时下移使桩尖入海水，当桩尖拖地后2主钩起吊，解开桩尖卡环。

(4)2主钩吊桩入龙口，同时GPS定位打桩船粗略移位；

(5)关闭背板，调整桩架角度，精确定位；

(6)桩自沉，微调桩位；

(7)解扣，开锤锤击；

(8)记录沉桩记录；

(9)停锤。

4受力计算

受力计算以本工程最重钢管桩为例进行验算。本工程最重钢管桩桩长75.5m，桩重94.51t。重心计算如图2。

图2f1800mm钢管桩吊点受力分析图

钢管桩从桩顶到桩尖分3段：壁厚30mm长50m；壁厚28mm长15m；壁厚24mm长10.5m。各段重G1为65.476t，G2为18.345t，G3为11.037t，G为94.5lt。列方程如下：

G*L=G1*25+G2*57.5+G3*70.25

解得：L=36.55m

当桩在吊立过程中，两个钩受力如图3。

图3f1800mm钢管吊桩点受力分析图

本计算以钢管桩在起吊过程中，只有1个主钩和1个副钩受力的临界状态下的受力分析，意在验算2个钩的受力情况。

根据受力平衡和力矩平衡列方程如下：

F1*sinA+F2*sinB=G*cosC (1)

F1*cosA=F2*cosB+G*sinC (2)

F2*sinB*L=Gd1*cosC (3)

G*cosC*d2=F1*sinA*L (4)

解得：

F2=G*d1*cosC/L

又因为dl=18.95，d2=14.05，L=33，经计算，将桩不同倾斜角时F1,F2的值列表如表4。

表4不同角度钩头受力情况表 KN

从上表可以看出，随着桩倾斜角度的增加，副钩受力也增加，主钩受力逐渐减小。主钩受力满足设计要求。当桩的倾斜角超过12°时，副钩受力将超过允许值，从而在吊桩时，在没有其他保证措施的前提下桩倾斜角度不能超过12°，以免发生安全事故。

5采取的主要措施

虽然优化了吊桩工艺，但是在吊立最重钢管桩过程中，当钢桩与水平角超过12°时，40t副钩受力将超过其允许范围。为了解决这个问题，经讨论决定采用增加钢管桩浮力的方法来减小单钩受力。为了增加浮力拟将钢管桩底部用钢板封堵，现将94.51t钢桩封堵后和封堵前所受到的浮力及钩头受力对照后列于表5。

表5钢管桩所受浮力一览表（直径1.8m）

从表5可以看出，桩入水深度越大，钩头受力越小。钢管桩倾斜角度在小于12°时桩尖就要入水，只有当钢桩人水深度超过14m时，主副钩总体受力将低于600kN，这样在吊立桩时两钩受力都不会超过允许范围，满足了打桩船的性能要求。所以在吊立桩时必须等桩入水深度到达14m以上才可以立桩。在考虑这种方法可行的同时，也要考虑到钢板的厚度，钢板过薄刚入水就被冲破从而导致钢桩突然下沉，钩头马上受力，这样对打桩船极其不利，可能造成安全事故；如果钢板过厚，立桩以后钢桩没有自沉会使定位不精确，造成桩位偏差大，同时在沉桩过程中会造成沉桩困难。经实践摸索，封底钢板采用了6mm厚钢板，同时沿钢板横竖轴线用气焊切割出十字线，使其冲破时从钢板中心破开。实际操作过程中，钢桩在入水以后均没有马上被冲破，而是在立桩以后依靠钢桩自重和桩尖泥面的压力将钢板冲破，满足了施工安全要求。

在增加了钢管桩浮力的同时，为了确保万无一失，在立桩过程中，要等到桩尖拖泥以后副钩再抽销卡环，同时2个80t主钩再带劲立桩，这样减少钩头受力，使施工更加安全。

作者：邵亮，刘涛，张宏喆