承台桩基工程水上沉桩施工方案.docx

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承台桩基工程水上沉桩施工方案

上海国际航运中心洋山深水港区中港区前期工程

码头及承台桩基工程水上沉桩施工方案

1.编制说明

1.1编制依据

1.1.1业主提供的施工委托书。

1.1.2《上海国际航运中心洋山深水港区工程码头及驳岸工程岩土工程勘察报告》（中交第三航务工程勘察设计院勘察工程公司）。

1.1.3《上海国际航运中心洋山深水港区小洋山中港区码头和接岸结构专题研究报告》（中交第三航务工程勘察设计院）。

1.1.4业主提供的上海国际航运中心洋山深水港区中港区前期工程码头第1分段～第7分段及承台1～20分段桩位图（2005033D-码头S001～S007）。

1.1.5测量基线《上海国际航运中心洋山港一期工程港区总施工控制网测量（第六次）技术报告》。

1.2执行规范标准

《水运工程测量规范》（JTJ203—2001）

《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》（CH8016-95）

《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-97）

《港口工程桩基规范》（JTJ254—98）

《港口工程质量检验评定标准》（JTJ221—98）

《港口工程质量检验评定标准》（局部修订）（JTJ221—98）

《高桩码头设计与施工规范》（JTJ291—98）

《海港工程钢结构防腐蚀技术规定》（JTJ230—89）

国家和地方政府颁布的有关现行规范及标准等。

1.3其他说明

本施工方案为“洋山深水港区中港区前期工程码头及承台桩基工程水上沉桩”专项施工技术方案，码头第1分段和承台1～3分段的冲孔桩已编制专项方案。

2．工程综述

2.1工程概况

2.1.1工程名称

上海国际航运中心洋山深水港区中港区前期工程—码头及承台桩基工程。

2.1.2工程地点

拟建洋山深水港区中港区前期工程位于杭州湾口东北部，上海芦潮港东南的崎岖列岛海区小洋山岛南侧岸线，在镬盖塘岛与小岩礁岛之间，顺接已建洋山深水港区一期码头的东部。

工程所在地南距大洋山岛约4km，东北距嵊泗县城菜园镇约40km，西北距上海吴淞口约110km、距上海芦潮港约32km，北距长江口灯船约72km，距宁波北仑港约90km，向东经黄泽洋直通外海，与国际远洋航线相距约104km。

2.1.3工程内容

业主暂定由我局承建范围：

洋山深水港区中港区前期工程码头工程约500m岸线，即码头1～7分段、承台1#～20#。

洋山深水港区中港区前期工程码头宽为42.5m，第1分段长84m，第2～6分段长66m，第7分段长为78m。

第一分段排架间距为10m、每个排架有8根Φ1800钢管桩，2～7分段排架间距为12m，每个排架有10根Φ1500钢管桩，码头伸缩缝排架间距为6m。

码头第一分段全部为直桩，2～7分段均为斜度4:

1～20:

1、平面扭角0o～35o的斜桩。

码头1～7分段桩基总数量为435根（其中1分段冲孔沉桩36根）。

承台1#～3#宽度为15m，其它承台宽均为13m。

1#承台长26.31m、2#、3#承台长28m，4#～20#承台长24m。

4#～20#承台每个承台桩基由4根支承桩、12根板桩墙桩和4根斜顶桩组成，承台支承桩桩径为Φ1500、板桩墙桩桩径为Φ1900、斜顶桩桩径为Φ2000。

板桩墙桩为密排桩，桩间净距为100mm，斜顶桩斜度为3:

1。

1#～20#承台桩基总数量为402根（其中1#～3#承台冲孔沉桩58根）。

码头第一分段大部分区域及承台1#～3#所有区域处于东围堤护岸抛石区，位于抛石区的码头36根桩基和1#～3#承台58根桩基沉桩采用钢套管冲孔沉桩工艺（采用液压锤吊打沉桩），码头及承台其它桩基均采用锤击沉桩。

码头1～7分段和1#～20#承台桩基总数量为837根，其中水上沉桩共计743根（承台344根、码头399根），冲孔沉桩94根。

码头1～7分段和1#～20#承台桩基工程数量和规格见表-1。

码头1～7分段和承台1～20分段桩基工程数量汇总表表-1

桩径（mm）

桩长（mm）

承台

码头

累计

备注

Φ1500

63000

64000

65000

122

66000

67000

138

68000

Φ1800

62000

23根冲孔后沉桩

69000

36根冲孔后沉桩

Φ1900

49000

50000

53000

26根冲孔后沉桩

54000

55000

56000

9根冲孔后沉桩

58000

Φ2000

67000

68000

69000

沉桩方式

水上沉桩

344

399

743

冲孔后沉桩

总计

402

435

837

2.1.4主要参建单位

建设单位：

洋山同盛港口建设有限公司

勘察单位：

中交第三航务工程勘察设计院勘察工程公司

设计单位：

中交第三航务工程勘察设计院

质监单位：

交通部基本建设质量监督总站

上海市港口工程建设安全与质量监督站

监理单位：

南华建设监理所洋山深水港区中港区前期工程监理部

施工单位：

中港第三航务工程局

2.2自然条件

2.2.1气象情况

洋山海区属亚热带海洋性季风气候，位于北亚热带南缘的东亚季风盛行区，因受季风影响，本区冬冷夏热，四季分明，降水充沛，气候变化比较复杂。

根据小洋山气象观测资料，1997年8月～2001年12月间气象要素如下：

1）气温

年平均气温：

17.2︒C1月平均气温:

6.5︒C（98年）

8月平均气温:

27.8︒C（98年）

极端最高气温：

34.9︒C极端最底气温：

-3.5︒C

2）风况

本海区受冬、夏季风影响，全年多偏北和偏东南向风，风向的季节变化明显，夏半年（4月～8月）多偏东南向风，冬半年（9月～翌年2月）多偏北向风，3月份冷暖空气交替频繁，以东南和北向风为主。

常风向为NNW～NNE，合计频率为36.3%；次常风向为ESE～SSE向，合计频率为30.7%。

3）雾况

本地区一年内各月均有雾日出现，陆岸区雾日相对集中在冬季11月份～翌年1月份，海岛区雾日相对集中在春季3～6月份。

本区雾类分布陆岸区以辐射雾为主，海岛区则为锋面雾平流雾居多。

工程海区周边站位多年平均雾日数海岛区大于陆岸区，在陆岸区雾日平均为28.8天,在海岛区雾日数平均为30～50天。

4）降水

本地区雷暴日在年内各月份均有出现，其中8月份雷暴活动相对频繁：

7～9月份常受热带气候影响，而12月份～翌年1月份则常受寒潮影响。

年平均降水量1013.0mm

年平均降雨日数138d

其中：

中雨以上日数（≥10mm）30.9d

大雨以上日数（≥25mm）9.5d

暴雨日数（≥50mm）0.9d

2.3.2水文情况

1）潮汐

洋山港区所在崎岖列岛海域潮汐主要受东海前进波控制，施工区海域潮汐类型属非正规浅海半日潮。

本海区潮汐日不等现象明显，一般表现为从春分至秋分夜潮大于日潮、从秋分至春分日潮大于夜潮。

本海区潮汐强度为中等，年平均潮差为2.76m。

平均涨潮历时为5h49min，平均落潮历时为6h36min。

根据小洋山潮位站1997年08月～2001年12月四年的观测资料显示（本工程潮位资料均以小洋山理论最低潮面作为起算面）：

最高高潮位：

5.71m最低低潮位：

-0.47m

平均高潮位：

3.88m平均低潮位：

1.15m

平均潮差：

2.75m平均潮位：

2.56m

在码头区域近镬盖塘侧（K0+00）位置涨潮垂线平均流速最大，为1.54m/s，该垂线的涨潮垂线平均流速>1.2m/s，历时最长为2：

03，涨潮垂线平均流速>1.5m/s，历时为0：

12；（K0+600～K1+300）间垂线大潮落潮垂线平均流速最大，中部（0K+800）大潮落潮垂线平均流速为1.72m/s，落潮垂线平均流速>1.50m/s，历时为2：

11。

2）工程海区波况

一期工程东侧北围堤建成后，小洋山中港区N~ESE向将受到有效掩护，经大洋山等岛屿绕射进入SW向波浪得到折减，小洋山波浪相对较小，见表-2。

SW向五年一遇设计波要素表表-2

位置

设计水位

H1%（m）

H5%（m）

H13%（m）

T（s）

L（m）

B1（西段）

极端高水位

1.63

1.34

1.10

5.0

39.0

设计高水位

1.61

1.32

1.09

4.9

37.5

设计低水位

1.49

1.23

1.01

4.3

28.9

极端低水位

1.29

1.05

0.86

4.1

26.2

B2（中段）

极端高水位

1.43

1.17

0.96

5.0

38.8

设计高水位

1.16

0.95

0.78

4.9

37.2

设计低水位

1.11

0.91

0.76

4.3

28.6

极端低水位

0.92

0.75

0.62

4.1

26.0

B3（东段）

极端高水位

1.46

1.19

0.99

5.0

38.9

设计高水位

1.36

1.11

0.91

4.9

37.3

设计低水位

0.96

0.79

0.64

4.3

38.7

极端低水位

0.96

0.75

0.61

4.1

26.1

2.3.3地质条件

1）地形、地貌

工程区位于镬盖塘岛与小岩礁岛之间海域。

镬盖塘岛呈东西向发育，主要由花岗岩组成，原峰顶高程+59.8m，现已爆破开山至+8m左右，小岩礁岛亦呈东西向发育，主要由火山岩碎屑岩层组成。

属海蚀残丘礁岛地貌类型。

镬盖塘岛与小岩礁岛之间海域地形变化较小，仅在小岩礁西端一线向西南发育深槽，拟建码头前沿泥面标高为-15～-28.0m。

2）工程区域地质土层分布特征

工程区域第四纪覆盖层相变频繁且厚度变化大，下伏基岩呈波状起伏，从陆域向海域基岩顶板埋深总的趋势渐降低，在镬盖塘岛与小岩礁岛之间口门中呈三次起伏，在小岩礁岛向口门侧约500m、在镬盖塘岛向口门侧约400m及口门中部各存在一驼峰。

施工区大部分区段泥面标高起伏较小，仅在镬盖塘岛与小岩礁岛之间中部区域的东南区段起伏较大，标高为-6.7～-28.2m。

仅有少量Ⅰ层分布于海底表部，Ⅱ层分布于海底浅部，大部分区域顶板直接露海底，厚0.7～7.5m；Ⅲ层分布较广泛，厚度变化大，厚约3.6～40.0m，以淤泥质软粘性土为主，工程地质差，大部分直接出露海底，该层中存在着较多的粉细砂夹层；Ⅳ层分布稳定，厚度随下伏基岩起伏变化较大，一般为3.0～17.5m，以砂性土为主，该层工程地质性质相对较好，据其顶板埋藏深度（-12.2～-54.5m），宜作为中、小荷载拟建物的桩基持力层，尚嫌不足；Ⅴ工程地质层顶板标高一般为-2.4～-77.3m，该层各亚层工程地质性质相对较好，埋藏适中，分布稳定，在基岩埋深较深区段可作为拟建码头打入桩的理想桩基持力层。

各层土的地质特征描述见表-3。

工程区域各层土的地质特征描述表-3

序号

名称

特性描述

顶板标高（m）

厚度（m）

实测标灌击数

N击

灰黄色淤泥质粉质粘土

饱和，流塑~软塑。

切面稍粗糙，夹粉砂薄层，局部混较多粉砂，近砂质粘土。

为新近淤积而成。

-5.97～-15.87

0.5～16

＜1

Ⅱ2

灰黄~灰色砂质粉土

饱和，松散。

含少量云母及贝壳碎片，摇震反应较明显，局部为砂质粉土。

该土层主要分布于拟建码头区表部，局部上部覆盖淤泥。

-11.41～-17.70

0.5～16

2～5

Ⅱ3

灰黄~灰色粉细纱

饱和，松散，局部稍密。

含云母、贝壳碎片及少量腐植物，夹粘性土微薄层，摇震反应明显，该土层主要分布于拟建码头西北区段。

-11.72～-22.40

1.5～5.5

2～5局部＜9～13

Ⅲ1-1

灰黄~灰色淤泥

饱和，流塑。

切面光滑，含少量贝壳碎片及腐植物，夹少量粉细纱微薄层，摇震反应较慢。

该土层一般零星分布于勘察Ⅲ2层中

+0.36～-27.18

1.5～12.2

＜1

Ⅲ1-2

灰黄~灰色淤泥质粘土

饱和，流塑～软塑。

切面光滑，含少量黑色有机质、贝壳碎片及腐植物，夹少量粉细砂微薄层，局部近淤泥质粘土夹粉细砂。

该土层在勘探区内主要分布于镬盖塘与小岩礁岛中间海域。

-7.78～-31.62

1.1～12.5

＜1～3

Ⅲ2

灰黄~灰色淤泥质粉质粘土

饱和，流塑～软塑。

切面稍粗糙，含少量砂眼、贝壳碎片及腐植物，夹较多粉细砂微薄层，局部混粉砂。

+0.28～-45.81

2.0～24.2

＜1～3

Ⅲ3

灰黄~灰色粉细纱

饱和，松散～稍密。

含少量腐植物及贝壳碎片，夹粘性土微薄层，摇震反应较慢。

该土层主要分布于拟建码头西北端及中部区域。

-16.56～-44.56

0.9～16.1

4～11

Ⅳ1-1

灰绿~灰黄色粉质粘土

局部褐黄、灰色，可塑偏硬，局部硬塑。

切面稍粗糙，含少量氧化绣斑，呈油脂光泽，无摇震反应，局部粉土含量高或夹粉细砂微薄层，混少量砾石和胶结块。

-15.44～-52.45

1.1～9.8

9～23

Ⅳ1-2

褐黄~灰色粉质粘土

局部灰黄、灰绿色，饱和，可塑~可塑偏硬。

切面较光滑，土质较均匀，无摇震反应，含黑色有机质。

该土层在勘察区域分布较稳定。

-12.17～-34.65

1.1～8.2

5～11

Ⅳ2

灰~灰绿色粘土

局部灰黄色，饱和，可塑~可塑偏硬。

切面光滑，土质较均匀，呈油脂光泽，无摇震反应，含灰白色泥质结核和黑色有机质。

该土层在拟建区域分布较少。

-34.88～-47.06

1.8～9.5

6～12

Ⅳ3

灰绿~灰黄色粉质粘土混砂砾

饱和，可塑偏硬~硬塑。

含大量石英颗粒和小砾石，无摇震反应，局部为砾石混粉质粘土。

-4.06～-51.57

0.5～12.8

13～34

局部>50

Ⅳ4

灰~灰黄色粉细砂

饱和，中密~密实。

颗粒均匀，质纯，含云母碎片，夹粉质粘土薄层，局部为粉细砂夹粉质粘土。

该土层在拟建区域分布较稳定，仅在靠近一期工程的西段和靠近小岩礁岛的基岩浅埋区缺失。

-30.02～-48.13

1.5～18.7

18～37

Ⅴ2

杂色粉质粘土

颜色以灰黄、绿灰、褐黄色为主，饱和，硬塑。

切面稍粗糙，混较多小碎砾与颗粒，无摇震反应，

-11.78～-53.92

2.7～10

15～24

2.3.4自然条件分析

对比洋山港一期、二期工程，本工程在北侧围堤建成后，受风浪的影响减小，东～东南向的波浪影响较大，流速相应减小，仅靠近小岩礁的区域流速大于1.8m/s。

整个区域施工条件西段较好，东段相对较差。

表层软基层的土的力学性质也好于二期工程的西部，基本与一期工程的东端相类似，部分区域底部Ⅳ4层厚度较大，桩尖穿透较为困难。

3.施工组织机构和总体施工部署

3.1施工组织机构

3.1.1施工组织机构的设立

成立局直属的“中港三航局洋山中港区前期工程项目经理部”，具体负责洋山中港区工程的实施。

项目经理部组织机构如下：

3.1.2项目经理部的管理职责

项目经理部的运作实行项目总经理负责制，由局直接管理，与项目总经理签订《项目管理目标责任书》，进行目标控制，确保项目各项目标的实现。

项目总经理必须贯彻执行国家、行政主管部门有关法律、法规、政策和标准，执行局各项管理制度。

项目经理部直接对局负责。

3.2施工总体安排

根据港口分指挥对洋山中港区总体策划和安排，码头及承台水上沉桩拟从中港区西端（冲孔桩除外）开始向小岩礁方向推进施工。

计划在2005年9月30日前完成指挥部要求的05年中港区码头和承台沉桩任务（三航局承建区域）。

根据沉桩部位将码头及承台沉桩分为三个阶段，水上沉桩总数为590根，其中码头沉桩246根、承台沉桩344根。

第一阶段2005年6月6日～2005年6月25日：

码头1、2分段、4#～6#承台沉桩114根（抛石区冲孔桩及预留阶梯形桩除外，码头桩66根、承台48根），为码头1分段冲孔桩施工创造必要的条件。

第二阶段2005年6月26日～2005年8月25日：

7#～20#承台沉桩296根。

第三阶段2005年8月26日～2005年9月30日：

码头3～5分段沉桩180根。

根据指挥部总体安排、沉桩数量、桩型布置和打桩船沉桩能力等因素，本工程采用我局桩15#打桩船沉桩。

2005年年内沉桩总体安排见图-1。

4.测量控制点布设和施工坐标系的建立

4.1测量坐标和高程系统

1）坐标系统：

54北京坐标系（任意带，L0=122o）

2）高程系统：

1985年国家高程基准、小洋山理论最低潮面

1985年国家高程基准与小洋山理论最低潮面关系如下：

4.2起始数据

测量控制点的布设引用《上海国际航运中心洋山港一期工程港区总施工控制网测量（第六次）技术报告》中的成果，以SK01、SK10、ZK13为起算点，和加密控制点GK01、GK02、GK03、GK04组成网形进行观测，网中已知点3个，未知点4个。

采用GPS静态测设各控制点坐标，采用三等水准测量测设控制点高程，起算数据见表-4。

测量控制点位置见图-2：

“上海国际航运中心洋山深水港区中港区前期工程加密测量控制点平面布置图”。

测量控制点起算数据表表-4

点号

54北京坐标（L0＝122o）

85高程

备注

X（m）

Y（m）

SK01

3389659.813

507368.978

6.527

埋石

SK10

3386370.347

507485.635

6.858*

埋石

ZK13

3390094.795

505862.195

9.869

埋石

注：

表中高程为国家85高程，*标高为参考

4.3测量控制点测设

使用法国DSP公司产的3套SCORPIO6502RTK双频GPS接收机（标称精度5mm+1ppm）GPS静态观测，经外业测设、外业数据检核、GPS内业计算和平差等，测设出各控制点坐标。

采用PENTAX-AP-124自动安平水准仪进行几何水准高程观测，水准观测路线为ZK13→GK05→GK04→GK03→GK02→GK01→SK01,按三等水准测量要求施测，从ZK13至SK01做附合水准线路。

控制点测量成果见表-5。

控制点测量成果表表-5

点号

控制点坐标

控制点高程

备注

X（m）

Y（m）

H（m）

SK01

3389659.813

507368.978

埋石（业主提供）

SK10

3386370.347

507485.635

埋石（业主提供）

ZK13

3390094.795

505862.195

12.229

埋石（业主提供）

GK01

3389050.771

506995.205

加密埋石

GK02

3388886.423

506703.273

5.509

加密埋石

GK03

3388733.320

506302.176

加密钢支架

GK04

3389023.000

505998.060

8.098

加密埋石

注：

上表中的高程以小洋山理论最低潮面为基准。

4.4施工坐标系统的建立

为便于计算，以拟建码头西南角点作为施工坐标系的原点，以垂直于中港区码头前沿线向小洋山（岸侧）方向作为施工坐标系纵方向A轴，沿中港区码头前沿线向小岩礁岛方向作为施工坐标系横方向B轴，如图-3所示。

施工坐标系原点0在54北京坐标系（L0=122º任意带）中的坐标为：

3388725.398,506296.100，P为施工坐标系纵向轴A轴在54北京坐标系（L0=122º任意带）中的方位角36o。

5.钢管桩沉桩

5.1沉桩施工工艺流程图

5.2钢管桩运输和起吊

沉桩前提前一个月编制下月沉桩计划和沉桩顺序，并报监理工程师和业主代表审核。

落驳前10天编制详细沉桩顺序及落驳单报监理审核，并由监理工程师向钢管桩预制厂家签发落驳单。

根据沉桩需求，运输方驳拖运至上海供桩单位指定码头后由供桩单位落驳。

落驳前，运输方驳做好防止钢桩涂层损坏的保护措施；落驳时，桩的叠放方式及数量应按照落驳单的要求进行，并由供桩单位代表、驻厂监理工程师和项目部驻厂代表共同验收落驳的钢管桩。

运桩方驳为三航驳208#、401#和402#。

钢管桩落驳和沉桩起吊时，采用两点吊，吊点位置严格遵照设计规定。

5.3沉桩设备的选用

5.3.1打桩船的选用

根据本工程基桩布置形式及规格等参数，采用我局桩15#沉桩船沉桩，其船型参数见表-6。

三航桩15#主要船型参数表表-6

型长

型宽

型深

满载吃水

总吨位

架高

最大沉桩长度

63.6m

27m

5.2m

2.7m

3057t

93.5m

80m+水深

5.3.2桩锤的选择

设计提议采用D125柴油锤，三航桩15#目前使用的是D160柴油锤。

本工程拟采用D160柴油锤施打钢管桩。

D125和D160锤的主要技术性能见表-7和表-8。

D125柴油锤主要技术参数表表-7

型号

D125

上活塞重（Kg）

12500

锤重（Kg）

24320

下活塞外径（mm）

910

锤总高度（mm）

7783

每次最大打击能量（Nm）

417000

打击次数（次/分）

36～45

作用于桩最大爆炸力（KN）

3600

适宜打桩最大规格（Kg）

50000

D160柴油锤主要技术参数表表-8

型号

D125

上活塞重（Kg）

16000

锤重（Kg）

35000

下活塞外径（mm）

1070

锤总高度（mm）

8000

每次最大打击能量（Nm）

533000

打击次数（次/分）

36～45

作用于桩最大爆炸力（KN）

4500

适宜打桩最大规格（Kg）

70000

D160柴油锤的二档打击能量基本与D125柴油锤的四档最大打击能量相当，沉桩时一般采用D160柴油锤二档，其锤击能量为最大锤击能量的77%左右，当遇较厚的Ⅳ4层地基出现沉桩困难时，采用三档施打，其锤击能量为最大锤击能量的83%左右。

5.4沉桩顺序

本工程总体沉桩顺序由码头第1分段（4#承台）向小岩礁方向施打。

由于码头第1分段、第2分段10#排架和1#～4#承台位于洋山一期工程的东围堤抛石护岸区，大部分桩位处的抛石厚度大于6m，钢管桩无法直接锤击沉桩，需采用冲击成孔后再沉桩。

为保证码头冲孔桩的钢平台能与已沉桩基进行联结，保证钢平台的稳定性，位于抛石区的码头第9#、10#和承台4分段局部已进行挖石削坡，降低块石厚度，使该区域的桩基能直接沉桩。

为尽快施打完成码头第1分段桩基以便冲孔桩能早日开工，同时考虑到5#承台中与码头排架轴线呈90º布置的纵向斜顶桩能顺利打入，打桩初期的沉桩顺序较为复杂，针对码头和承台各区域桩型布置，打桩船需采用横流和顺流、在码头海侧和岸侧等多种抛锚定位方式沉

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