预制桩沉桩工程施工设计方案.docx
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预制桩沉桩工程施工设计方案
新会港二期码头工程
预制桩沉桩施工方案
施工单位：
中铁港航局集团
编制：
审核：
日期：
【中铁港航局集团新会港二期码头工程项目部】
第1章工程概要
1.1编制依据
（1）《新会港二期工程》施工图纸；
（2）现行有关设计、施工规；与本工程分项相关的技术检验、评定标准；
交通部《水运工程测量规》（JTJ203-2001）；
交通部《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）；
交通部《高桩码头设计与施工规》（JTS167-1-2010）；
交通部《港口工程桩基规》（JTJ254-98）
1.2项目概况
沉桩是本工程的关键工序，沉桩的施工进度直接影响到整个工程的进度。
按设计要求及施组整体工序安排，沉桩前要先进行岸坡开挖，开挖标高约为-19m，开挖后回填4m厚砂层再施工，这样整个沉桩区域的水深能够满足任何的打桩船作业，同时回填砂层再沉桩对沉桩期间岸坡稳定也起到一定的保障作用。
整个沉桩区域长343.5m，宽31.5m，桩基采用ø800PHC管桩，码头管桩横向布设10个排架、纵向布置61个排架、各排架布置6根直桩，一对叉桩（前沿）、一对半叉桩（后沿），其中直桩共427根、斜桩共183根，共610根，设计的单根桩长为40~50m，合计26387米，管桩为一次加工成型，选择江门市裕大管桩厂进行预制购买。
1.3自然条件
1.3.1 水文
潭江在场地西部自西向东流，至三江口折向南流，从崖门口出海。
从熊至崖门口为崖门水道，俗称银洲湖，银洲湖是沿南北向断裂（银洲湖断裂）发育的弱谷型河口湾，湾口向南，后经两岸围滩垦殖，逐渐形成今日窄长的水道；崖门口外有荷包岛屏障，使银洲湖区域建港不受外海风浪的影响。
崖门水道属潭江下游河口感潮河段，河面宽阔，河床纵比降平缓，水流变化复杂，既有河川径流的下泄，也有潮流的上溯；雨季洪潮互相顶托，水位多变，若涨潮时受台风、暴雨或洪水影响，则出现暴潮。
据银洲湖黄冲站水文观测资料：
银洲湖多年平均入海径流量为196亿立方米，最大断面涨潮流速为1.24m/s，最大断面落潮流速为0.87m/s，属弱径流强潮流水道。
本港区码头前沿涨潮平均最大为0.67m/s，落潮平均最大流速为0.43m/s。
根据银洲湖区域及附近水域的石咀、三江口、黄冲和西炮台水文站水位实测资料，银洲湖水域的潮汐属不规则半日潮，日潮不等现象显著，潮流界、潮区界随洪、枯季节及流径、潮流的大小而变化，各站潮汐特征见表2-2-1：
表2-2-1
石咀
三江口
黄冲
西炮台
最高潮位（m）
2.3
2.32
2.46
2.39
最低潮位（m）
-1.92
-1.83
-1.75
-1.57
平均高潮位（m）
0.63
0.60
0.54
0.53
平均低潮位（m）
-0.70
-0.77
-0.68
-0.67
平均潮差（m）
1.33
1.35
1.24
1.19
平均涨潮历时
4:
57
4:
04
5:
20
5:
07
平均落潮历时
7:
24
7:
26
7:
14
7:
21
本港区码头位于潭江水道天马农场段，河水大致自西向东流，河面宽约800～1000m，水深为3～14m，根据近20年的资料统计，港区的极端高水位（50年一遇）为2.60m，极端低水位（50年一遇）-1.89m。
钻探期间河水位为-0.70～0.70m，潮差约1.40m。
1.3.2工程地质
据地质勘察，场地土质地质自上而下依次分布为：
⑴素填土：
棕黄色、褐黄色，成分以粘性土为主，含砾、碎石，为新近填土，结构松散。
该土层主要分布于河岸大堤及局部新填路基，厚度为0.70～6.40m。
⑵粉土：
灰褐色、灰黑色，为耕植土，含较多粉、细砂，局部为粘性土，呈松散状，饱和。
主要分布于耕地中，在河沟、鱼塘中缺失，厚度为0.30～6.20m。
⑶淤泥：
灰黑色，顶部含粉砂，底部含贝壳碎片及粉、细砂，局部夹粘土层或相变为淤泥质粘土，流塑，饱和。
该土层分布广泛，厚度为5.70～26.00m。
（岸坡开挖部分已做软基处理）
场地淤泥厚度的分布规律：
总体呈自北往南、自东到西逐渐变薄趋势，厚度自北东25.9～26.0m向南西递减为5.7～5.8m。
淤泥抗剪强度Cu值的变化规律：
根据十字板剪切试验成果作抗剪强度Cu与深度S关系散点图，可直观的表明Cu值与S大致成线性关系，剔除个别离散较大的数值后，通过回归统计计算得到抗剪强度Cu与试验点深度S的关系式：
Cu=0.899S+7.50，相关系数γ=0.824。
⑷中、细砂：
灰黄色、浅白色，以中、细砂为主，粗砂次之，局部相变为粗砂，呈松散稍密状，饱和。
标贯平均值N=11.2击。
该土层分布广泛，厚度为0.10～5.70m。
⑸砾砂：
灰白色、浅白色、浅黄色、灰黑色等，以砾砂为主，中粗砂次之，底部夹卵石，局部相变为粗砂，呈中密～密实状，饱和。
标贯平均值N=22.8击。
该土层分布较广泛，厚度为0.20～10.30m。
⑹砂质粘性土：
棕黄色、棕红色，含较多石英砾石，为花岗岩风化残积土，呈可塑状，饱和。
标贯平均值N=13击。
该土层分布较广泛，厚度为0.50～10.40m。
⑺砂质粘性土：
棕黄色，棕红色，含较多石英砾石，为花岗岩风化残积土，呈硬塑状，饱和。
标贯平均值N=23.4击。
该土层分布广泛，厚度为0.50～15.80m。
⑻全风化花岗岩：
棕黄色、棕红色，残留花岗结构，岩石强烈风化呈土状（砂质粘性土），坚硬、很湿。
标贯平均值N=38击。
该岩层分布广泛，厚度为0.50～10.00m。
⑼强风化花岗岩：
棕黄色、棕红色、肉红色、灰白色，残余花岗结构清晰，岩石风化强烈，长石大部分已风化高岭土，呈土状（砂质粘性土）～半土半岩状，节理裂隙发育，裂隙面多见有铁锰质侵染。
岩心破碎，遇水易软化。
作标贯试验175次，锤击数N=50～110击，平均值N=70击。
该岩层分布广泛，钻孔揭露厚度为2.60～31.90m。
⑽中～微风化花岗岩：
浅黄、灰白色，中粗粒花岗结构，块状构造，节理裂隙发育，节理倾角为70～80°。
节理面多见铁锰质侵染，岩芯呈碎块状～柱状，坚硬，致密，锤击声脆。
该岩层仅部分钻孔揭露，揭露厚度为0.20～14.00m。
1.3.3地震
本地区地震裂度为Ⅶ度。
1.4计划工期
沉桩施工工期110个日历天。
1.5质量要求
质量满足《水运工程质量检验标准》JTS257-2008合格标准（详见第3章，3.3节）。
1.6技术要求
1.6.1设计沉桩控制要求
打桩采用D80柴油锤，打桩以贯入度为主，桩底标高控制为辅,桩尖进入强风化岩不得小于3.0m，打桩最后贯入度初步定为50mm/10击，最后由现场试桩决定。
1.6.2检测技术要求
（1）轴向承载力采用高应变动力检测方法进行检测，数量为总桩数的2%；
（2）桩身完整性采用低应变动力检测方法进行检测，数量为总桩数的10%。
第2章施工布置
2.1投入本工程的主要机械设备
投入本工程的主要机械设备表
序号
机械或设备名称
型号规格
数量
国别产地
制造年份
额定功率（kw）
生产能力
用于施工部位
备注
1
打桩船
桩架高65m
1
中国
2003
水上打桩
2
桩锤
D80
1
中国
2003
水上打桩
3
货船
1000吨
2
中国
2005
运桩
投入本工程的测量仪器表
序号
仪器名称
型号
单位
数量
制造年份
用于施工部位
1
全站仪
NTS-302R
台
1
2006
测量放样
2
经纬仪
TE2
台
2
2006
测量放样
3
水准仪
DSZ2
台
1
2006
高程测量
2.2投入本工程的施工人员计划
沉桩施工人员计划表
序号
施工人员
人数
备注
1
分项主管
1
2
分项技术员
1
4
分项施工员
1
5
质监员
1
6
安全员
1
7
测量人员
3
8
电工
1
9
船员
22
10
普通工
5
合计
36
2.3沉桩施工顺序布置
本项目管桩共610根，其中直桩427根，斜桩183根，为了避免在沉桩过程中出现先打桩与后打桩发生碰撞的问题，在沉桩施工前要先确定沉桩的顺序，按图纸提供的设计数据及结合本项目的施工船形尺寸，经计算复核及电脑模拟编制了本项目的沉桩顺序（按数字排列的顺序进行沉设），如下图所示：
沉桩施工顺序布置平面图
（1）
沉桩施工顺序布置平面图
（2）
沉桩施工顺序布置平面图（3）
2.4地锚布置
本工程沉桩区域属于无掩护近岸水域，打桩船的前锚必须抛在陆域，因此为了保证沉桩的施工质量及更好地固定船机的前锚在沉桩过程中不跑锚，打桩前必须要在陆域设置地锚。
根据图纸数据计算，码头PHC沉桩区域长度为343.5m，按照以往的施工经验计划在陆域后方离码头后沿线80米的位置中间平行设置8个地锚，两边各设置1个地锚（用于沉设两边的斜桩），地锚最大受力约20吨，地锚采用预制混凝土板块（规格：
1.5m*1.5m*0.6m）,中间部位预埋φ36mm钢丝绳外露1.7m，混凝土板块预制好后再在现场按沉桩区域分布开挖基坑（规格：
1.6m*1.6m*2.0m）进行埋设，开挖基坑的地质为回填开山土，底部已做软基处理，直接回填预埋，20吨的受力应能满足。
由于每个地锚的间距为43米，为保证在沉设地锚间距位置的管桩沉桩过程中锚线不刮到已完成的管桩，在每个地锚之间再用φ36mm钢丝绳连接，这样可以使地锚点满布整个沉桩区域，如下图所示：
地锚布置平面示意图
2.5沉桩测量基线的布置
根据图纸数据计算，结合现场的实际情况，分别设置一条平行于码头后沿（正面）和一条垂直于码头后沿（侧面）的两条沉桩测量基线。
侧面基线设立在一期码头面上，由于过渡段灌注桩的中心线与PHC管桩不在同一轴线上，同时一期码头面及后方的高程为2.8m，灌注桩施工时也不会影响到测量基线沉桩的视线，再按图将码头横向各排桩的中心轴线延伸垂直于码头后沿的基线上，设置好各排桩的测量基点。
正面基线设在离码头后沿线110米的卸载区域外（卸载区域地面高程为0.8米，涨潮时会淹没），再按图将码头纵向各排桩的中心轴线延伸至平行于码头后沿的测量基线上，设置好各排桩的测量基点，在沉桩过程中按照沉桩的顺序在各基点安装测量仪器用于指挥沉桩及复核桩位是否准确。
如下图所示：
沉桩测量基线布置平面示意图
第3章沉桩施工方法
3.1沉桩施工工艺流程
沉桩施工工艺流程图
满足沉桩控制条件，停止锤击
起吊锤和替代
打桩船抛锚
移船取桩
吊、立桩入龙口
移船就位
调平船、调整龙口的垂直度（直桩）
定位、收紧缆绳
桩自沉
测桩偏位、调整船和龙口
压上锤和替打
小冲程锤击沉桩
正常锤击沉桩
移船取桩打下一根桩
3.2主要工序施工方法
3.2.1打桩船锚缆布设
打桩的船机设备主要包括打桩船、运桩自航驳船、锚艇等，由于是河作业，所有船舶必须具备在本工程区域的作业和适航条件。
施工前对所有船舶的锚车、锚缆进行检验以满足要求。
在打桩船进入施工现场前与港监等有关部门联系并获得确认，以便对一些如过江光缆等设施采取相应的保护措施。
在确定每根桩的施打先后顺序时，首先考虑打桩船的外型尺寸，采用模拟打桩船型，进行沉桩站位试验，以确保可沉桩。
在上述基础上，再考虑锚缆的布置，测量定位的通视方便、打桩船起锚移位的频率、驳船喂桩的位置以及后续夹桩、现浇桩帽等工序的合理紧凑。
保证绞缆时不碰到已打好的桩，并尽量减少起锚改缆移位次数。
施工中用锚艇辅助布缆，缆绳布置注意前抽心缆不能出现蹩桩现象，后抽心缆应做好标志；施工中注意俯打时后抽心、后边锚持力较大，应牢固定位，仰打时前抽心、前边锚持力较大，应牢固定位，并且在沉桩过程中应根据水位变化适当调整锚缆的长短。
为了确保工程质量及施工安全，需要在施工水域布置4套浮鼓锚坠，要求锚着力大于20t，以满足施工需要。
另外增加1套浮鼓锚坠，在现场进行布置，与原先4套交替使用，可以大大提高打桩船的改缆移位效率。
前锚根据现场的实际情况在卸载区上设置8个地锚（详见第2章2.3）。
3.2.2测量定位
由测量人员根据设计图纸提供的数据，计算出各桩位的中心点坐标，再分别在码头后沿的纵、横两个方向设置好各桩位中心轴线的延伸基点（详见第2章2.4），然后计算出各桩位与基点的切点坐标，采用角度前方交会法进行沉桩定位，具体方法如下：
（1）、直桩定位
直桩沉设测量定位用角度前方交会法，采用三台测量仪器进行定位（1台全站仪、2台经纬仪），第一台和第二台仪器分别控制待打桩的两个切点方位角，且两台仪器视线的夹角控制在30°~150°，再用第三台仪器在桩位的中心轴线进行检校。
如下图所示：
直桩沉桩定位示意图
（2）斜桩定位
斜桩沉设测量定位同样用角度前方交会法，与直桩不同的是斜桩沉设不但要控制桩位，还要控制平面扭角，因此除了计算待打桩与测量基点的切点坐标，还需计算出测站点与管桩切点的俯或仰角值；本工程的设计桩顶高程为-0.3m，考滤到水位变动影响，如果按照-0.3m标高控制斜桩定位，涨潮时根本无法施工，本工程设计高水位为+1.18，所以斜桩沉设观测点高程暂定统一按+1.5m计算斜桩的俯角值来控制沉设。
沉桩前应设立好施工水尺，施工水尺设在不受影响的、船头前方和侧方，便于施工过程中观察和记录水位，在沉设管桩后，也可以将水尺移到沉设完成的管桩上。
采用三台测量仪器进行测量定位（1台全站仪、2台经纬仪），第一台架设在斜桩扭角的延伸线基点上，控制待打斜桩的平面扭角及位置，第二台仪器架设的位置与第一台仪器视线的夹角控制在30°~150°，现场可根据实际情况调整，尽量保持在80°~110°度之间，第二台仪器通过切点及俯角数值控制定位，再用第三台仪器在桩位的中心轴线进行检校。
如下图所示：
斜桩沉桩定位示意图
3.2.3沉桩
一、船机的选择
本工程的管桩单根长度为40~50米，沉桩区域先开挖后回填4米厚砂层再进行沉设管桩，回填砂后沉桩区域的水深约为15m（水位±0.0时），不受船机吃水位限制，按照现场的情况，选用40米架高的打桩船已能满足施工条件，为了保证施工顺利，计划选用65米架高的打桩船投入本工程使用，船体尺寸为（35m*12m*2.2m）,如下图所示：
拟投入本工程使用的打桩船图片
二、桩锤、替打和桩垫等的选择
（1）桩锤的选择
本工程设计桩锤型号为D80，实际施工采用D80锤型进行沉桩，符合设计要求。
（2）替打的选择
为了与管桩的尺寸和沉桩锤型相配套，替打采用钓钟式替打。
钓钟式替打在沉桩过程中主要功效有：
（a）可以显著削平锤击峰值，降低锤击应力，减小偏心锤击，因而可以避免桩头混凝土碎裂，确保沉桩质量；
（b）延长有效锤击力的作用时间，提高穿透能力；
（c）节省锤垫和桩垫材料。
（3）锤垫的选择
根据以往工程的施工经验，锤垫选用直径3cm的麻绳盘根垫，可避免木垫质地软硬不一，造成的打桩时桩顶局部应力过大，桩顶变形的现象出现。
（4）桩垫的选择
桩垫的厚度必须是压实的厚度，采用水泥纸袋垫200mm，再在顶面垫一层20mm厚木板，桩垫的厚薄要均匀，并按全断面设计。
三、管桩的运输、存放
本工程管桩采用货船运输，由于桩的长度不同，为了保证管桩不压仓，在出运前必须按打桩的顺序合理安排管桩的出运顺序，按“先打后装”的顺序通知厂家吊装出运。
在运输的过程中，必须用木块和绳索稳固，两层之间必须用木方块隔开，木方块厚度必须在同一水平线上，并有木块固定位置，防止船颠过大，造成断桩或裂桩。
四、桩船吊桩
运桩驳船驻位于打桩船方便吊桩的区域，并合理布置锚缆，防止拖锚撞击已沉设完毕的基桩，吊桩必须按照从上到下的顺序进行，严禁翻桩，吊装采用四点吊，并设立桩钢丝扣。
如下图所示。
四点吊示意图
锚缆布设完毕，移船缓缓靠近驳船取桩（为便于取桩和定位，沿排架沉桩方向，方驳位于打桩船后首一段距离），大管桩起吊时，钢丝绳用吊重15t以上的卡环捆绑桩身，平稳起吊到一定高度，吊上部吊点的大钩带劲回收，吊下部吊点的大钩钢丝绳慢慢放松，逐渐使大管桩直立，缓缓立桩，但应保持管桩平衡稳定。
立桩完毕，适当调整桩架的倾斜度和替打的高度，使大管桩上口嵌入替打，此时将连接下部吊点的大钩缓缓放松并解除，然后移船就位，吊立桩过程中，避免发生管桩滚动和碰撞，以免碰伤管桩。
五、锤击沉桩
打桩船基本就位后，桩入龙口，合拢背板，经准确定桩位后，主钩颠钩基桩自沉，压锤助沉，再次校核桩位，然后开始锤击沉桩。
打桩应尽量选择在平潮期间，此时水流流速小、水位变化慢，可避免因船位变化引起的桩、替打、桩锤不在同一轴线的问题。
开始沉桩时，贯入度可能较大，此时先开一档，间断锤击，待贯入度均匀保持在每锤几厘米以时，开始用三档连续锤击。
沉桩过程中，结合地质资料和桩入土深度，并作好沉桩记录。
打桩以贯入度为主，桩底标高控制为辅,桩尖进入强风化岩不得小于3.0m，收锤时锤击30~50击，平均贯入度不大于50mm/10击停锤。
贯入度和标高可通过画桩刻度来控制，沉桩前可用红色油漆先在管桩上画刻度，按0.5m每一格，桩顶最后2米处按0.1m/格，在沉桩的过程中能过桩身上的刻度可得知桩身的入土深度和粗略的贯入度，收锤时的贯入度要用水准仪进行控制。
沉桩结束后，应及时夹桩，加强基桩之间的连接，以减少桩身位移，改善施工期受力状态。
（我司类似项目施工图片）
六、沉桩要点
（1）打桩船吊桩前要认真核对桩的规格型号，检查桩身的外观质量。
（2）风速大于6级时停止沉桩。
（3）开锤前应检查锤、替打与桩是否在同一轴线上，避免偏心锤击，造成桩顶碎裂。
（4）锤、替打和桩，在沉桩过程的始终，应在一条直线，以免偏击和蹩劲沉桩.
（5）在自沉或压上锤和替打后，为纠正桩的偏位，只能“微”调船位和龙口，以免因过大的调整而使桩身承受过大的剪力.
（6）水位变化时，应随水位的变化适时松紧缆，以保持船位不变和和防止个别锚缆受力过大.
（7）沉桩应连续，不要中途停锤，以免土壤恢复而增加其对沉桩的阻力.
（8）根据起吊锤和替打前后的估测偏位值，确定斜桩仰俯角的提前预留量；根据竣工偏位值，结合起吊锤和替打后的估测偏位置、下桩偏位值，确定斜桩平面定位时的提前预留量，给后续沉桩提供参照依据。
（9）打桩时若桩发生抖动，应暂停锤击待桩身稳定后方能继续锤击。
（10）沉桩过程中随时注意检查桩锤、替打和桩架龙口，发现问题及时处理。
（11）做好沉桩记录，沉桩记录要准确反映停锤前几阵的贯入度和锤冲击的反跳高度。
3.2.4沉桩过程记录
沉桩过程中，必须认真如实记录每一根桩位的沉设情况，包括沉桩时的水位、时间、日期、入土深度、停锤时贯入度及桩顶高程等，具体格式参照下表（锤击沉桩记录），待全部管桩沉设完成，须填写锤击沉桩综合记录，具体格式参照下表（锤击沉桩综合记录）。
锤击沉桩记录
工程名称：
沉桩日期：
桩位
排号
桩规格
制桩日期
年月日
制桩编号
桩尖标高
（m）
设计
桩身斜度
设计
最终贯入度
（mm/击）
设计
桩偏位
（mm）
纵向
实际
实际
实际
横向
打桩船（机）
锤型
桩垫材料及厚度
替打长度
软件/版本
测量仪器
沉桩时间
始
潮位
（m）
始
打桩班组
泥面标高
终
终
测量定位
入土深度
沉桩情况
桩身读尺
（m）
每阵锤击数
每阵下沉量
（mm）
每阵平均贯入度（mm）
沉桩情况
桩身读尺
（m）
每阵锤击数
每阵下沉量（mm）
每阵平均贯入度
（mm）
备注
技术负责人：
审核人：
记录人：
锤击沉桩综合记录
工程名称：
打桩船机：
锤型：
桩位编号
沉桩日期
制桩日期或编号
桩规格
设计斜度
桩尖标高（m）
泥面标高（m）
入土深度（m）
最终贯入度（mm/击）
总锤击数
桩顶偏位（mm）
桩身斜度
备注
排
号
桩型
断面
（mm）
长度
（m）
设计
（m）
实际
（m）
纵向
横向
监理工程师：
质量检查员：
技术负责人：
测量负责人：
制表人：
3.2.5夹桩
为抵抗风浪和便于桩头处理等后续工序施工，及时对施打完成后允许工作船进入驻位的基桩进行夹桩。
本工程的设计桩顶高程为-0.3m，桩帽底标高为-0.4m，考虑到用夹桩材料作为日后现浇桩帽底模板支承，计划采用12#槽钢进行夹桩，夹桩顶标高为-0.62m，夹桩标高用水平仪测量放样，要考虑槽钢支撑的施工方便，选一根直桩抄出标高，夹桩时可据此标高往下量取一个恰当尺寸。
为保证桩身不被碰撞，抄标高时尽
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