CN104060592B - 一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，该方法针对直径31.194m格型钢板桩大圆筒主格，采用专用起重船锚泊在岛壁内侧，单侧吊装4个1/4圆钢板桩组装片，在支撑工装上设置旋转机构，将岛壁外侧钢板桩组装片分别旋转就位，从而完成一个格体的钢板桩整体拼装。一个格体钢板桩拼装完成后，采用振动锤逐步、分层振沉至设计高程。该工艺能够在上述的“上下左右都受限制”的现场施工条件下，以较快、较低施工成本的完成陆域形成工程中的格型钢板桩围堤的施工。

Description

一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法

技术领域

本发明涉及一种海上人工岛施工工艺，尤其涉及一种海上格型钢板桩大圆筒施工时采用将场外陆域预拼装的1/4圆筒现场拼接为整圆，然后分组振沉到位的方法。

背景技术

人工岛一般为在近岸浅海水域中人工建造的陆地，作为进行海上作业或其他用途的场所，大多有栈桥或海底隧道与岸相连。现代工业发达的沿海国家，滨海一带人口密集、城市拥挤，使得进一步发展和建设新企业及公用设施受到很大限制，原有城市本身的居住、交通、噪声、水与空气污染等问题也很难解决。因此，兴建人工岛，改变或改善了上述难题。人工岛是利用海洋空间的方式之一，也是一种新兴的海洋工程。

中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)是港珠澳大桥香港连接线的一个重要组成部分，经过赤腊角机场连接屯门及大屿山，占地面积约150万平米。该人工岛填海工程作为港珠澳大桥配套工程，工程的进度、质量和安全关系到整个大桥的建设与发展，顺利的实施本项目，对整个港珠澳大桥的建设有着坚实的铺垫作用。

参见图1和图2，该人工岛100为在格型钢板桩大圆筒101加防波堤102形成的围堰内回填填料而成，占地面积约150万平米。其格型钢板桩岛壁结构轴线长度约5.1km，共有格型钢板桩大圆筒(101a)134只，直径分别为26.9m和31.194m。主格101a(即格型钢板桩大圆筒)与主格相连的副格101b共133组，分别为：①直径26.9m主格之间的副格直径为10.976m，共55组(110片)，单片副格由33块钢板桩组成；②直径31.194m主格之间的副格直径为15.96m，共77组(154片)，单片副格由46块钢板桩组成；③直径26.9m主格与直径31.194m主格之间的副格直径为16.296m，共1组(2片)，单片副格由47块钢板桩组成。

同时，本工程采用YSP-FXL型直腹式钢板桩，材质为S355，长度23.6～37.1m，其公称宽度为500mm，腹板厚度为12.7mm，转角为10°，理论重量为77.2kg/m。在进行格型钢板桩大圆筒施工前，应首先完成碎石垫层、土工布和碎石桩的施工，待碎石桩施工一段作业面后方可进行格型钢板桩大圆筒的施工，格型钢板桩大圆筒安装完成后，应24小时内进行筒内填料回填工作。两只相邻格型钢板桩大圆筒主格安装完成并回填完成后，方可进行副格施工。

上述工程在施工过程中主要有五大难点：1)施工区域限高。2)水深浅。3)地质条件差，使得桩长较长。4)完全离岸作业，海上环保要求高。5)工期紧。

发明内容

针对通过在格型钢板桩大圆筒加防波堤形成的围堰内回填填料而形成的人工岛在施工过程中，在面临“上下左右都受限制”的现场施工条件(即施工区域限高、水深浅、地质条件差、海上环保要求高)时，难以在较紧的工期内按时完成的问题，本发明提供一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打的格型钢板桩大圆筒主格施工工艺。该工艺能够在上述的“上下左右都受限制”的现场施工条件下，以较快、较低施工成本的完成陆域形成工程中的格型钢板桩围堤的施工。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，所述方法包括如下步骤：

(1)陆域预拼

首先在内陆预拼场地进行钢板桩和合拢桩进行加工，接着在运输船上预先拼装主格板桩1/4圆筒，得到相应的1/4圆钢板桩预组装片，并将加工好的合拢桩放置于运输船上；

(2)水上运输

利用拖船将安置有1/4圆钢板桩预组装片和合拢桩的运输船拖运至施工现场；

(3)现场组拼合拢

(31)在现场施工设置与格型钢板桩大圆筒相对应的工装支架，并将四组1/4圆钢板桩预组装片运至施工现场；

(32)在工装支架的单侧将四组1/4圆钢板桩预组装片对应的吊装到工装支架上，使得四组1/4圆钢板桩预组装片在工装支架上配合形成圆；

(33)整体放下四组1/4圆钢板桩预组装片至接近泥面；

(34)在四组1/4圆钢板桩预组装片之间安插4根合拢桩，将四组独立的1/4圆钢板桩预组装片拼装成完整的格型钢板桩大圆筒；

(35)最后整体沉放格型钢板桩大圆筒；

(4)分组振沉

采用单振动锤对格型钢板桩大圆筒主格进行分组振沉。

在本发明的优选实例中，所述步骤(1)中具体包括如下步骤：

(11)将所需钢板桩运输至预拼场地；

(12)将钢板桩运至加工区域；

(13)根据拼装过程中不同钢板桩所起的作用对钢板桩进行分类并进行相应加工：合拢桩加工、开设吊装孔、焊接T型槽；

(14)对进行开设吊装孔和焊接T型槽加工的钢板桩安装钢板桩吊钩；

(15)依次起吊步骤(14)中得到钢板桩至运输船上相应的拼装位置，完成主格板桩1/4圆筒的拼装，得到相应的1/4圆钢板桩预组装片。

进一步的，所述预拼场地包括用于材料堆场、板桩加工、起重作业场地陆域拼装场地和作为水域拼装场地的运输船；所述陆域拼装场地岸线长为200m，纵深宽度为60m，总面积为12000m²，布置钢板桩加工场地，备料区，履带吊行走区域，以及拼装塔吊区域。

进一步的，所述运输船为甲板承载货物，其甲板上安装四个运输支架，所述四个运输支架用于安装8片1/4圆主格钢板桩，并呈两舷纵向对称装载；所述运输支架采用立柱钢桁架结构，每个支架共7根立柱，在运输支架的平面布置上：一根立柱在中心，其余六根立柱中每三根一组对称分布中间立柱的两侧，且两侧的三根立柱均按1/4圆钢板桩的弧度布置；运输支架上下共设6层平台，立柱底部与运输船甲板焊接连接，平台梁及平台桁架均与立柱焊接连接，每个平台两侧为支撑1/4圆钢板桩的弧形梁，中间为钢管桁架，顶层弧形梁外侧设钢板桩挂钩。

进一步的，所述步骤(15)中在拼装主格板桩1/4圆钢板桩预组装片时，采用挂钩将钢板桩挂在运输支架上，在运输支架的上、下两处布置有T型钩，钢板桩每隔6片在相应位置焊接T型槽，用来将钢板桩与运输支架锁定；钢板桩预拼装片拼装完成后，在预拼装片两侧自上而下每隔15m布置有紧固装置，采用紧固螺栓将预拼装片与运输支架连接，确保预拼装片在运输途中不会晃动。

再进一步的，拼接过程中拼接首片钢板桩时将钢板桩挂至运运输支架顶横梁上的挂钩上，并插好T型销作为下片钢板桩拼接时的基准；在首片钢板桩拼接完成后利用一导向装置，为后续拼接钢板桩提供导向，依次拼接剩余钢板桩。

进一步的，所述步骤(2)中进行拖运运输船时，采用吊拖与绑拖结合的方式运输；所述运输船为非自航驳，采用拖轮作为航行动力船拖运；拖运时，采用一条主拖轮以常规方式吊拖或绑拖，主拖轮与运输船之间采用专用拖缆相连；一条辅助拖轮在运输船一侧尾部以常规方式绑拖，辅助拖轮艏、艉专用拖缆绑在运输船系缆柱上，辅助拖轮兼起护航作用。

进一步的，所述步骤(31)中在现场沉设支承钢管桩形成工装支架基础，再将工装支架吊装到工装支架基础上；所述工装支架基础采用9根钢管桩作支承，其中8根均匀布置在圆上，1根布置在圆中心位置，所有支承钢管桩的桩顶处于同一水平面，且每个支承钢管桩的桩顶上设置有连接机构。

进一步的，所述工装支架包括：

上部支撑胎架，所述上部支撑胎架用于支撑1/4圆钢板桩预组装片；

升降装置，所述升降装置安置在上部支撑胎架上，驱动1/4圆钢板桩预组装片在上部支撑胎架上的升降；

旋转装置，所述旋转装置安置在上部支撑胎架上，驱动1/4圆钢板桩预组装片在上部支撑胎架上的转动；

气囊扩胀装置，所述气囊扩胀装置安置在上部支撑胎架上，用于在钢板桩拼装合拢后，补偿工装支架与钢板桩之间的预留间隙，使支撑胎架有效支撑钢板桩。

进一步的，所述步骤(32)中采用水平吊臂起重船在施工现场内侧分片吊装1/4圆钢板桩预组装片，起重船通过弧度与1/4圆钢板桩组装片轴心弧度一致的弧形吊梁起吊和安装1/4圆钢板桩预组装片，并将吊起的1/4圆钢板桩预组装片转换到工装支架上的挂钩上。

再进一步的，所述弧形吊梁与起重船吊钩之间直接采用吊耳板连接。

进一步的，所述步骤(32)中吊装四组1/4圆钢板桩预组装片时，在第一组1/4圆钢板桩预组装片吊装就位后，在工装支架上旋转180°；同侧吊装第二组1/4圆钢板桩预组装片，在吊装就位后连同第一组1/4圆钢板桩预组装片整体旋转90°；接着同侧吊装第三组1/4圆钢板桩预组装片，在吊装就位后连同第一组和第二组1/4圆钢板桩预组装片整体旋转180°；最后同侧吊装第四组1/4圆钢板桩预组装片。

进一步的，所述步骤(34)中每根合拢钢板桩分为2～4段安插，合拢桩采用连接钢板螺栓连接。

进一步的，所述步骤(4)中单振动锤以格型钢板桩大圆筒主格中6根钢板桩为一组同时进行振沉。

进一步的，所述分组振沉时，采用分别配一台振动锤的两条250t起重船，在格型钢板桩大圆筒内外两侧进行振沉时。

再进一步的，所述两条250t起重船对称分布，进行对称振沉，并分次振沉深度。

再进一步的，所述振沉的具体操作过程如下：

首先，通过两条250t起重船配振动锤对称的在圆筒内外两侧进行分层循环振沉：首先对格型钢板桩大圆筒主格中的钢板桩进行分组，并编号，每组5～6根桩；然后每条船采用一台配6个夹具的振动锤同时振沉每组钢板桩，每组桩一次振沉深度约1.5～2m，再振沉下一组钢板桩，直至格型钢板桩大圆筒主格中所有钢板桩全部下沉1.5～2m，然后再反向循环振沉每组钢板桩使格型钢板桩大圆筒主格中所有钢板桩同步再下沉1.5～2m，继续分层循环振沉，直至工装支架的上平台接近中平台；

接着，提升工装支架的上平台，并进行分层循环振沉，上平台提升后继续分组、分层循环振沉钢板桩，直至钢板桩顶部接近中平台，每次下沉深度1～1.5m；

最后，提升工装支架的中平台，并进行分层循环振沉，中平台提升后继续分组、分层循环振沉钢板桩，直至钢板桩设计顶标高，每次下沉深度0.5～1m。

进一步的，在振沉前预先在圆筒钢板桩位置采用钢管桩进行冲孔。

进一步的，所述分组振沉时，在格型钢板桩大圆筒外部设置钢抱箍。

本发明提供的工艺具有如下优点：

1)格型钢板桩1/4大圆筒预拼散打工艺，适用于所有陆域形成工程中的格型钢板桩围堤施工，尤其适用于大型起重船不能进入的区域，如水深较浅的潮间带、机场附近的航空限高区域。陆上预拼不受现场条件的制约，特别适用于现场年有效作业时间很短的外海区域。

2)陆上预拼节省了现场拼装的时间，且不受现场自然条件的制约，特别适用于现场年有效作业时间很短的外海区域。主格采用1/4圆筒钢板桩现场组拼，大大减少了现场工作量，现场只需挂4个1/4预拼件，在拼接4根合拢桩即可。每个筒减少约8天。

3)“主格1/4圆筒钢板桩陆上预拼、水上组合散打”工艺不需要2000t以上大吨位起重船，施工成本相对较小。

4)利用运输船直接作为1/4圆筒钢板桩拼装场地一部分，减少了拼装件落驳的环节，加强了船舶承载运输过程中的稳定性，并节省拼装场地陆域面积。既节省了成本，又增加了运输安全性。

5)采用“船架一体化”工艺，确保了运输时船舶及货物的稳定。采用“钢板桩挂锚相结合”的方式有效解决了运输过程中钢板桩预拼装片的稳定问题。

6)特殊工装支架高度设计解决了现场限高条件下难以周转使用的问题；结构设计解决了台风期工装稳定问题、超长桩整体悬挂问题；工装所具备的升降功能解决了超长桩拼装后的起重下放问题、深水区拖水挂片问题、增加合拢桩单节长度而提高工效问题、板桩振沉时工装阻碍振动锤下落路径问题；工装所具备的旋转功能解决了狭长区域内吊装船舶不能回旋移位吊装问题、小型的起重船不能进行整体合拢的问题、主副格连接桩定位问题、合拢操作便利问题；工装所具备的扩胀支撑功能解决了超长桩的倾斜与变形控制等问题。

7)合拢桩采用专用连接板、螺栓连接技术，解决了在限高区域对锁口拼接作业时的高度约束难题。

8)专门设计制造的专用起重船解决了限高条件下吊重问题、大直径工装支架吊装时起重臂长问题、浅水区船舶吃水问题、大直径工装支架吊装时的精确定位问题、由专用运输船上平稳起吊1/4预拼件的难题、将1/4预拼件平稳安装在工装支架上的难题、浪大流急状态下船舶吊装稳定性问题。

9)专门设计制造的专用弧形吊梁和专用过渡吊架有效解决了弧形1/4预拼件吊装时的稳定性稳定、减小吊装钢丝绳高度而适应现场限高的问题。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为人工岛钢板桩格栅岛壁结构平面图；

图2为人工岛中钢板桩格栅平面布置图；

图3为本发明实例中拼装场地布置示意图；

图4为本发明实例中运输船运输支架平面布置示意图；

图5为本发明实例中运输支架的结构示意图；

图6为本发明实例中主格墩位工装支架立面布置图；

图7为工装支架中支承钢管桩平面布置图；

图8为工装支架中上部支撑胎架顶部结构平面图；

图9为工装支架中上部支撑胎架上平台结构平面图；

图10为工装支架中上部支撑胎架底平台结构平面图；

图11为本发明实例中弧形吊梁吊点位置断面图；

图12为本发明实例中弧形吊梁起吊钢板桩的结构示意图；

图13为本发明实例中吊装方式转换示意图；

图14为本发明实例的实施总流程图；

图15为本发明实例中钢板桩预拼工艺流程图；

图16为本发明实例中钢板桩的堆存示意图；

图17为本发明实例中T型槽的截面示意图；

图18为本发明实例中合拢桩的示意图；

图19为本发明实例中拼装钢板桩挂桩方式示意图；

图20为本发明实例中在首片钢板桩接完成后后续钢板桩拼接示意图；

图21为本发明实例中钢板桩T型钩锁定装置示意图；

图22为本发明实例中第一组1/4圆预组装片吊装就位示意图；

图23为本发明实例中第二组1/4圆预组装片吊装就位示意图；

图24为本发明实例中第三组1/4圆预组装片吊装就位示意图；

图25为本发明实例中第四组1/4圆预组装片吊装就位和完成合拢整拼示意图；

图26为本发明实例中合拢钢板桩结构示意图；

图27为本发明实例中格型钢板桩大圆筒主格板桩组合散打工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例以背景技术部分所述的人工岛钢板桩格栅岛壁作为相应的施工工程，以此来具体说明格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法的整个实施过程。

在本实例中，该工程的实施具有如下条件：

1)施工区域限高条件

整个施工区域均位于机场航空限高区，格型钢板桩大圆筒施工现场限高在+30mPD～+60mPD之间，施工设备选择受到极大限制。现有设备无法正常投入使用或使用效率极低，必须新建和改造部分设备才能适合本工程施工需要，且部分区域钢板桩还需在有限的航空限高放宽期内实施。

2)水深条件

本工程施工区域泥面标高由南向北逐渐降低，近一半工程点标高在-2.8mPD～-11mPD，碎石垫层填筑后标高在-1.8mPD～-2mPD，平均海平面1.2mPD，落潮平均低潮位0.3mPD。由于水深较浅，施工船舶需乘潮作业，运输船舶无法到达施工点。

3)风浪条件

本工程工装支架体系计算时，最大水深取值为11m，极端波高2.2m，波浪周期5.5s，最大风速44m/s，工装支架可以在台风状况下保持稳定。但为了确保安全，本1/4大圆筒现场拼接及整体下放时，需选择在风平浪静时。

4)地质条件

海底淤泥层厚约15m-25m，设计桩长23.6m-39.1m，同时该项目大圆筒为围堤永久性结构的一部分，主、副格桩长相同。由于限高，长桩无法一次性就位，需现场接桩。

5)施工区域范围限制条件

本工程完全离岸作业，现场施工期间岛体周边长期设置拦污帷幕，大圆筒施工位于狭长的区域内，总宽限制为200m，由海墙中心线起算，一侧150m，另一侧50m，实际最大施工净距约120m；同时作业船舶多，交叉干扰较大。

6)圆筒自重的约束条件

本工程单个主格钢板桩总重量一般在450t～560t。在航空限高条件下，目前尚无合适的起重船一次完成一个主格整体吊装和沉放。

7)工期约束条件

根据有关要求，除预留口门段的5只格型钢板桩大圆筒外，其余129只格型钢板桩大圆筒沉设工作需在工程开工后420天内完成，即工程开工后第14个月内完成钢板桩沉设工作。由于格型钢板桩大圆筒的沉设需在土工布、碎石垫层及碎石桩完成后才能实施，且大部分钢板桩施工船舶需实施改、建造等，钢板桩沉设实际施工工期约在8个月左右。由于本工程主格钢板桩桩长平均37.1m，在现场航空限高的条件下，有效作业时间太短，若采用现场散拼，工效太低，每个大圆筒154片钢板桩拼装耗时太长，难以满足除口门外129只格型钢板桩大圆筒开工后420天内完成的要求，因此必须选择一种预拼工艺，减少现场作业时间的方法。

综上所述，受周围机场航空限高的制约、局部工程水域水深较浅以及周边拦污帷幕的影响，本工程格型钢板桩施工工艺和施工设备都受到很大限制，只能选择特定的工艺和设备实施钢板桩工程。现有的大吨位起重船高度不能适应现场限高的要求，也难以适应水深条件，所以现场吊装件必须在高度、重量上作限制。据此，本实例采用格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打的施工工艺。该工艺的主要通过在内陆预先拼装主格板桩1/4圆筒，得到相应的1/4圆钢板桩组装片；再将拼装好的1/4圆钢板桩组装片和加工好的合拢桩运至施工现场；最终在施工现场，通过专用起重船锚泊在岛壁内侧，单侧吊装4个1/4圆钢板桩组装片，再将岛壁外侧钢板桩组装片分别旋转就位，从而完成一个格体的钢板桩整体拼装；一个格体钢板桩拼装完成后，采用振动锤逐步、分层振沉至设计高程。该工艺由四大工艺步骤组成：陆域预拼、水上运输、现场组拼合拢、分组振沉，每个步骤均有独立的工艺特点。

为了清楚说明本实例的施工过程，以下将对施工过程中涉及到的一些装备的准备进行具体说明。

陆域预拼场地与码头的选择

1/4大圆筒预拼地点必须具备以下条件：

1)具备落驳出运的条件，即要有4000吨级以上的码头；

2)具备10000m2以上的面积，供材料堆放、倒运、拼装作业；

3)具备能够承载起重设备的作业区；

4)具备方便运输到达现场的水上航道条件。经比选确定广东东莞虎门国际集装箱码头5号泊位作为格型钢板桩主格1/4圆及副格整片拼装场地。

拼装场地采用水陆结合的方式，陆域为材料堆场、板桩加工、起重作业场地；水域为利用运输船作为拼装场地。

参见图3，拼装场地200采用水陆结合的方式，包括陆域拼装场地201和水域拼装场地202，其中陆域拼装场地为材料堆场、板桩加工、起重作业场地；水域为利用运输船作为拼装场地。

陆域拼装场地201岸线长为200m，纵深宽度为60m，总面积为12000m²，布置钢板桩加工场地，备料区，履带吊行走区域，以及拼装塔吊区域。拼装场地内均满铺联锁块体，履带吊行走区域需对场地进行防护，防护采用1层土工布+1层18mm胶合板+δ10mm的钢板。码头前沿布置塔吊区域，有四台动臂行走式塔吊，塔吊采用A80轨道，轨道长200m，轨道基础采用1m×6m的钢质路基箱，路基箱下铺设100mm厚碎石垫层。钢板桩加工及备料区采用2[30的槽钢201a作为底基础，槽钢间隔2.5m布置(参见图16)。

专用运输船的准备

利用运输船，直接作为1/4圆筒钢板桩水域拼装场地，减少了拼装件落驳的环节，加强了船舶承载运输过程中的稳定性，并节省拼装场地陆域面积。既节省了成本，又增加了运输安全性。

1/4大圆筒预拼件水上运输船必须满足以下条件：1)具备能够承载12000吨起重货物的能力；2)必须获得船级社认证；3)必须满足定倾稳定要求；4)能满足运输路径中相关桥梁的净空高度要求。经比选，主格运输船采用了一条12000t级、一条18000t级甲板驳。

专用运输船采用船、架一体化设计，即在专用运输船上设置特制运输支架，运输支架采用电焊焊接工艺与运输船甲板连接，形成船舶整体，1/4大圆筒预拼装件为承载货物。

运输支架高37.2m，共有6层平台，支架的7根立柱直接焊于主甲板上，使支架与船体合为一体。

运输支架的安装

1)总体配置

主格运输船上布置有4组运输支架，可以吊安8片1/4圆预拼装片，可以满足现场2格主格的施工，副格运输船上为4组运输支架，可以吊安8片整片，可以满足现场4组副格的施工。

2)运输支架配置

参见图4，主格运输船202b为甲板承载货物：甲板202b1上运距安装四个运输支架202a，每个运输支架202a采用电焊焊接工艺与运输船甲板202b1连接。四个运输支架上安装8片1/4圆主格钢板桩(每个1/4圆重约150t，跨距22m，高23.6～37.1m不等，共八个，最大总重1200t)，两舷纵向对称装载。

参见图5，每个运输支架202a高37.2m，共有6层平台，重约180t，每个运输支架通过7根立柱直接焊于主甲板上，使支架与船体合为一体。

整个运输支架采用立柱钢桁架结构。每个支架共7根立柱，在运输支架的平面布置上：一根立柱在中心，其余六根立柱中每三根一组对称分布中间立柱的两侧，且两侧的三根立柱均按1/4圆钢板桩的弧度布置(同心圆)。运输支架上下共设6层平台。立柱底部与运输船甲板焊接连接，平台梁及平台桁架均与立柱焊接连接。每个平台两侧为支撑1/4圆钢板桩的弧形梁，中间为钢管桁架，顶层弧形梁外侧设钢板桩挂钩，用于钢板桩拼装时的挂装；顶部需预设起吊用的弧形吊梁，用于现场吊装转换；同时在运输支架的上、下两处布置有T型钩。

每个支架顶层弧形梁顶设可以90°T型挂钩，钢板桩采用三角板作为专用吊板吊装，第一根钢板桩起吊后，三角板直接搁置在弧形梁顶T型挂钩上，并插好T型销作为下片钢板桩拼接时的基准。起吊下一根钢板桩，插入前一根板桩的锁扣内，并悬挂在运输支架顶部弧形梁挂钩上，依次完成主格板桩1/4圆筒的拼装，得到相应的1/4圆钢板桩组装片。这样在钢板桩拼装时，采用挂钩将钢板桩挂在预拼支架上，在预拼支架的上、下两处布置有T型钩，钢板桩每隔6片在相应位置焊接T型槽，用来将钢板桩与预拼支架锁定。钢板桩预拼装片拼装完成后，在预拼装片两侧自上而下每隔15m布置有紧固装置，采用紧固螺栓将预拼装片与预拼支架连接，确保预拼装片在运输途中不会晃动。

工装支架的准备

1/4大圆筒现场拼接在筒位特制的“工装支架”上进行。该“工装支架”设计时，综合考虑最低限高区域限高、海床面标高、钢板桩长度、施工水位及预留间隙等因素。根据方案的要求，“工装支架”需具有支撑钢板桩重量、回转拼装、下沉卸载、扩胀支撑等功能。为此“工装支架”主要由以下几部分组成(参见图6)：

1)基础支承桩

根据地质条件、承载要求、各种工况和水位、气象条件等，工装支架基础采用9根钢管桩作支承。参见图7，其所示为支承钢管桩平面布置图，其中8根支承钢管桩21均匀布置在圆上，1根支承钢管桩21布置在圆中心位置。

每根格体钢板桩振沉后均拔除；且每根支承钢管桩桩顶设计连接法兰等机构。

2)上部支撑胎架结构

“工装支架”上部支撑胎架由9根支撑立柱和3层水平框架平台等组成(参见图8至图10)，顶部和中部设置固定连接结构。上部支撑胎架在各种工况下均可满足结构强度、刚度和整体稳定性要求。

其中，“工装支架”上部支撑胎架设有8根周边钢管立柱及1根中间立柱支撑，与顶部结构、底平台结构的钢管、钢梁刚性联接，与可升降的上平台和中平台之间通过铰接座及其上的钢滚轮和锁紧机构铰接。底部法兰与立柱通过筋板与立柱刚性联接，法兰上加工有弧形腰槽，与海底9个钢桩通过螺纹钢螺栓连接。中间立柱设有爬梯供操作人员通往各层平台。

3层水平框架平台包括底平台、中平台以及上平台

底平台

底部平台为绞车固定工作平台、钢板桩支撑及与下部支承桩连接平台，采用桁架结构，通过底座与9根海底钢桩连接，4台升降绞车置于该平台上。

中平台

二层平台(中平台)是保持装置及钢板桩稳定性的可升降平台。中平台由环形圈梁(上下升降)与钢管桁架组成，中平台无动力机械，通过9个铰接座及每个铰接座上下各6个导向滚轮借助上平台动力可实现上下移动。铰接座上设锥形箱体及楔块用于钢板桩悬挂时消除立柱间隙，稳定框架结构，铰接座上同时设有锁紧机构(与上平台一致)。

上平台

三层平台(上平台)为用于钢板桩悬挂及回转的可升降平台，上平台由环形箱梁、行走小车和边桁架、中部桁架、铰接座、锁紧机构等结构组成。

3)“工装支架”的升降装置

“工装支架”升降装置用于驱动中平台和上平台升降，主要由4台双出绳关联电动绞车和导向滑轮23，以及动、定滑轮组24组成，4台绞车22布置在底层平台上(参见图6)。

钢板桩由上平台圈梁及回转小车承载，通过4套该系统和设在上平台圈梁上的8个吊点以9根立柱为导向柱，实现钢板桩的升降。

4)“工装支架”的旋转装置

“工装支架”的旋转装置用于驱动中平台和上平台旋转。主要由以下3部分组成：1)上平台旋转圈梁(配滚轮)，2)行星齿轮驱动电机，3)中层平台随动旋转T型钩等部分组成。

5)“工装支架”的气囊扩胀装置

为便于钢板桩合拢组装成整格，工装支架的各层平台钢梁半径均小于理论半径。钢板桩拼装合拢后为补偿该预留间隙并能使胎架有效支撑钢板桩，在上平台和中平台上设置了气囊扩胀系统。该系统主要由空气压缩机、储气罐、压力控制与输送系统和气胀胶囊组成，同时配置真空吸气装置，在不需使用扩胀时，可将气囊收缩在钢梁上凹槽内。

“专用起重船”准备

“工装支架”上部支撑胎架安装、1/4圆组装片分片吊装均由一条“专用起重船”实施。

由于受航空限高限制，现有海上起重装备均不能满足本工程格型钢板桩整体吊装要求。为此，本实例提供一个具有一定吊重能力和较大舷外吊距的水平吊臂专用起重船。根据航空限高、海床泥面高程、1/4圆组装片分片吊装工艺需求、“工装支架”上部结构总体重量和船体稳性要求等因素，采用6000t级甲板驳船作专用起重船母船。

在绝大多数时段(或限高开放时段内)和特定时段，上述2艘专用起重船可满足本工程总体施工需求。

钢板桩弧形吊梁的准备

1/4圆钢板桩组装片采用专用弧形吊梁25起吊和安装，弧形吊梁25弧度与1/4圆钢板桩组装片轴心弧度一致(参见图11)。

为尽可能增加起重船有效吊高，钢板桩弧形吊梁25与起重船吊钩之间直接采用吊耳板26连接。

参见图12，其所示为弧形吊梁25起吊钢板桩的结构示意图。如图可知，在进行起吊钢板桩时，弧形吊梁25通过起吊钢丝绳27以卸扣连接的方式连接三角吊板28，再由三角吊板28连接至钢板桩。

该弧形吊梁25吊装钢板桩时，通过三角吊板28与支架上平台吊梁的承重挂钩29配置，实现弧形吊梁25换到支架上平台吊梁的承重挂钩29上的转换(参见图13)，从而实现将1/4大圆筒预拼装件吊装到工装支架体系上。

在完成上述的相关技术准备之后，确定相关的施工流程，整个施工流程参见图14。

第一步，主格1/4陆域预拼

参见图15，其所示为本实例进行主格1/4陆域预拼的工艺流程图。由图可知，整个预拼过程如下：

1.1、利用运输船将钢板桩运至陆域拼装场地的码头。

1.2、将钢板桩进行卸船并运至陆域拼装场地的备料区进行堆存。

由于本实例中工程钢板桩长度23.6m～37.1m不等，由于钢板桩桩身较长，为防止钢板桩在堆放及吊装过程中产生永久变形，对其堆存做如下要求：

垫木悬出距离a≤1.5m

中间垫木距离b≤4.0m

捆间错开距离c＞0.15m

参见图16，为此，本实例中在钢板桩加工区域及备料区采用2[30@2.5m的槽钢201a作为钢板桩底托架，且间隔2.5m布置，钢板桩单层堆放3片一捆，单排6捆层叠堆放，高度在1.5m左右，两侧安装护栏，层与层之间采用垫木201b隔开，下面2层垫木采用4×10×5cm木方间隔2.5m布置，上层垫木采用2×10×5cm木方间隔2.5m布置，上下层枕木需在一个中心上。

本实例还在钢板桩底托架上以及堆放好钢板桩的顶部设置防雨布201c。

1.3、将钢板桩运至加工区域

对于钢板桩在场内转运时，采用150t履带吊利用吊梁进行钢板桩场内起吊和转运，吊梁设计考虑按照3根钢板桩一捆重量设计。

1.4、钢板桩加工

在加工区域现场施工技术人员根据现场施工的格型钢板桩格体的位置，确定1/4圆钢板桩组装片中各钢板桩的位置，制作专门的拼装顺序图。由于每个主格有四根桩为主格之间副格的连接桩，简称为Y桩，每个大圆筒的1/4圆筒上的Y桩位置与方向均不同，所以每个主格钢板桩拼装前均必须绘制专门的加工图，故此处制作专门的拼装顺序图。拼装场地施工人员根据拼装顺序图，依次加工钢板桩。加工的主要内容有：吊装孔的开设、T型槽的焊接、合拢桩的切割、开设拼装孔。钢板桩加工完成后，根据拼装顺序图对钢板桩进行编号。

吊装孔的开设：

使用气割设备在钢板桩加工场地为每一片钢板桩割两个吊桩孔，并将三角板挂至钢板桩上。吊装孔的开设时对下层钢板桩采用陶瓷片进行隔热保护，避免气割对下层钢板桩的损伤。

T型槽的焊接：

根据现场工艺要求，部分钢板桩需要使用T型钩进行固定。根据预拼支架的结构特点，每1/4片钢板桩需焊接T型槽的钢板桩共10片。

参见图17，在需要焊接T型槽的每片钢板桩300上共需焊接上、下两段T型槽301，距离钢板桩桩顶的距离暂定为13.5m和30.5m处，施工时需待钢板抓那个长度确定后，根据钢板桩的长度确定。每段T型槽的长度为0.5m。

合拢桩的切割和开设拼装孔：

按照1/4圆预拼装的工艺要求，每个主格格体有4根合拢桩将4片1/4圆格体拼接成个一个整圆，由于施工地点有限高要求，合拢桩400需要分段拼接，拼接的连接方式采用螺栓连接。

参见图18，合拢桩拼接时需要用于拼装加固的拼接钢板401和用于拼装紧固件的螺栓螺母402。

钢板桩切割采用切割机切割成需要的长度，并采用合适规格的拼接钢板及螺栓螺母。单根合拢桩需要的分节钢板桩必须为一根整钢板桩切割成。

同时，需要在相应的钢板桩上开设相应的拼装孔，可采用10孔钻床来钻孔，钻孔直径为38mm。

根据人工岛现场限高要求，合拢桩安装需分节接长，1根合拢钢板桩分为2～4段安插，合拢桩上、下节段之间采用双面连接钢板、螺栓连接。施工之前必须根据圆筒位置的限高值，确定合拢桩分节长度，然后确定连接钢板及螺栓孔位置，并在1/4圆筒预拼的同时，将每节合拢桩及其连接钢板加工成型(包括板桩切割、打设螺栓孔与吊装孔等)，最后与相应的1/4圆筒预拼件一起运至现场。合拢桩拼接工作在现场进行。

1.5、将加工完成后钢板桩采用专用吊梁吊放到备料区，吊放时需根据拼装顺序依次堆放。加工完成后的合拢桩直接吊放到主格运输船202b上。

1.6、1/4圆钢板桩预组装片拼装

根据拼装顺序，依次起吊加工后的钢板桩。由于钢板桩桩长在23.6m～37.1m的超长桩，需要采用三点吊的方式。由于本实例中前沿岸线上布置的拼装吊机D260动臂式塔吊只有一个钩头，需要使用一台50t汽车吊配合抬吊，当钢板桩角度接近垂直时，下扣放松，塔吊吊起钢板桩。

钢板桩起吊完成后，吊提升钢板桩，旋转臂架，板桩就位,完成拼接。

参见图19，在拼接首片钢板桩时，将钢板桩501挂至运输拼装支撑装置503顶横梁上的挂钩502上，并插好T型销作为下片钢板桩拼接时的基准。

参见图20，在首片钢板桩601接完成后利用一导向装置602，为后续拼接钢板桩603提供导向，依次拼接剩余钢板桩。

1.7、在运输船202b上完成8片1/4圆钢板桩预组装片的拼装。

1.8、将完成8片1/4圆钢板桩预组装片拼装的运输船脱离，进行下一艘运输船的拼装。

第二步，1/4圆钢板桩预组装片水上运输

参见图21，为确保1/4圆筒钢板桩预组装片在运输过程中的稳固，采用钢板桩“挂锚相结合”的方法。钢板桩拼装时，采用挂钩将钢板桩挂在运输支架上，在运输支架的上、下两处布置有T型钩，钢板桩每隔6片在相应位置焊接T型槽，用来将钢板桩与运输支架锁定。钢板桩预拼装片拼装完成后，在预拼装片两侧自上而下每隔15m布置有紧固装置，采用紧固螺栓将预拼装片与运输支架连接，确保预拼装片在运输途中不会晃动。

整个水上运输过程中，运输船采用拖运的放置达到施工现场。

满载运输船驶向施工现场时：

拖航方式1：三航拖6001轮(或三航拖3005)吊拖(主拖)，中瑞拖6辅助编队作业及辅助拖航(绑拖)、护航，水面以上最大高度为39.8m，最大宽度为35m，部分航次最大拖带长度为235m。

该方式中，运输船为非自航驳，采用拖轮作为航行动力船拖运。拖运时，采用一条主拖轮以常规方式吊拖，主拖轮艉部专用拖缆与运输船艏部系缆柱相连；一条辅助拖轮在运输船一侧尾部以常规方式绑拖，辅助拖轮艏、艉专用拖缆绑在运输船系缆柱上，辅助拖轮兼起护航作用。

拖航方式2：三航拖6001轮(或三航拖3005)绑拖(主拖)，中瑞拖6辅助编队作业及辅助拖航(绑拖或顶推)、护航，水面以上最大高度为39.8m，最大宽度为40.5m---48m，拖带长度为135m。

该方式中，运输船为非自航驳，采用拖轮作为航行动力船拖运。拖运时，采用一条主拖轮以常规方式绑拖，主拖轮在运输船一侧尾部以常规方式绑拖，主拖轮艏、艉专用拖缆绑在运输船系缆柱上。一条辅助拖轮在运输船另一侧尾部以常规方式绑拖，辅助拖轮艏、艉专用拖缆绑在运输船系缆柱上。

在运输船进入相关水域(如香港水域)后，可换由当地一艘3600匹ZP型大马力拖轮及两艘1200匹马力拖轮辅助(施工现场港作船)接拖，直接进入施工点就位。

当运输船上的预装组片移除后，空载的运输直接由相应的拖轮拖带空驳回到预装码头。

第三步，1/4圆钢板桩预组装片现场组拼与合拢

3.1，沉设支承钢管桩

工装支架支承钢管桩采用甲板驳上配置1台履带吊和1台液压振动锤实施沉桩；同时在甲板驳上设置有导向架，且该导向架上设置有抱桩器，这样对支承钢管桩进行精确导向，并保证支承钢管桩沉设过程中的稳定性。

支承桩桩位的精度将直接影响到内胎架安装精度，从而影响到钢板桩格体定位精度。为确保沉桩定位精度，每艘打桩船上配置3台GPS测站、1台测倾仪、2台红外测距仪及电脑监控系统等进行沉桩定位(陆上配置1台公用参考站)，GPS沉桩定位系统的测量精度均在30mm以内，沉桩竣工偏位可控制在100～150mm以内。为保证内胎架的垂直度和受力状态良好，所有支承桩顶标高需控制在20mm以内。

沉设首根钢管桩时采用GPS控制高程(陆上全站仪比对校核)；沉设第2根～第9根钢管桩时，采用T310水平扫描仪比对高程，如高程有差异可通过振沉和上拔调整钢管桩初步调整桩顶标高，必要时采取修割钢管桩桩头和厚钢垫板找平。

3.2，“工装支架”上部支撑胎架吊装

为满足不同工程区域限高要求，本工程内胎架和1/4圆预组装片的吊装分别由2艘不同高度的水平吊臂起重船完成。内胎架安装后高度可满足不同区域的最低航空限高要求。支撑胎架采用专用船2×2000kN主钩起吊安装。

支承桩顶部法兰径向设置螺栓孔，支撑胎架底部法兰环向设置螺栓孔，上下法兰之间最大允许偏心为120mm，支承桩法兰顶部中心限位钢撑可纠偏0～150mm，即使沉桩偏差达到270mm以内均可保证上下法兰能顺利对接和有效联接。如遇到沉桩偏位大于270mm时，在安装支撑胎架前采用适当拉桩方式进行纠偏，直至满足支承桩法兰与支撑胎架法兰对接和连接要求。

在支撑胎架安装过程中实时测量支撑胎架的平面位置和垂直度。在允许情况下可通过起重船移动支撑胎架平面位置，尽量减少支撑胎架平面位置偏差。支撑胎架安装垂直度按1％控制(钢板桩垂直度要求按1/75)，一般情况下桩顶高差在20mm以内均能保证支撑胎架的垂直度要求。当垂直度不能满足要求时，起重船暂起吊支撑胎架，并根据支撑胎架倾斜度在支承桩法兰上加钢垫板找平。

这两工序可以在进行主格1/4陆域预拼施工的同时进行施工，这样能够进一步的节省施工时间。

3.3，1/4圆钢板桩预组装片吊装和整圆拼装

支撑胎架安装就位和相应的1/4圆钢板桩组装片运输到现场后，采用水平吊臂起重船(601或602)锚泊在岛体内侧分片吊装组装片(吊钩为2×1500kN)。为防止吊装过程中组装片摆动，在起重船的甲板部位设置钢板桩抱紧装置，该装置两端采用液压式收紧器抱紧边缘钢板桩。整个吊装过程如下：

首先，在岛体内侧吊装第一组1/4圆钢板桩预组装片，水平吊臂起重船通过钢板桩弧形吊梁起吊1/4圆钢板桩预组装片，通过悬挂体系的转换将由弧形吊梁转换到支架上层平台上，实现将1/4圆钢板桩预组装片吊装到工装支架体系上；接着通过工装支架上的旋转装置驱动将支架上的环形旋转梁旋转180°，从而带动第一组1/4圆钢板桩预组装片旋转180°(如图22所示)。

专用起重船吊运1/4圆钢板桩预组装片至筒位，将弧形吊梁安装到上平台的旋转梁上，安装时需注意，48根钢板桩的吊装三角板需都能挂到支撑胎架上平台顶部挂钩上。施工操作人员在上平台上将起吊钢丝绳与弧形吊梁脱销解开，起重船起吊弧形吊梁移船起吊第二片1/4圆，启动工装支架上平台上的回转驱动电机，操作旋转梁转至设计位置。

接着，同侧吊装第二组1/4圆钢板桩预组装片，具体过程如上，在吊装完毕后，过工装支架上的旋转装置驱动支架上的环形旋转粱旋转90°，从而带动第一组1/4圆钢板桩预组装片和第二组1/4圆钢板桩预组装片同方向再旋转90°(如图23所示)。

接着，同侧吊装第三组1/4圆钢板桩预组装片，具体过程如上，在吊装完毕后，过工装支架上的旋转装置驱动支架上的环形旋转粱旋转180°，从而带动第一、二以及三组1/4圆钢板桩预组装片整体同方向再旋转180°(如图24所示)。

最后，同侧吊装第四组1/4圆钢板桩预组装片，具体过程如上(如图25所示)。

3.4，合拢桩施工

4组1/4圆钢板桩预组装片分别吊装就位后，专用起重船撤离，振沉船进点，利用振沉船上吊车分别安装4根合拢钢板桩(如图25所示)。

根据限高要求，合拢桩安装需分节接长，为增加合拢桩一次拼装长度，提高工效，4组1/4大圆筒预拼装件悬挂后需下放至桩底与泥面约0.5m间距处，再进行合拢桩拼接。具体通过“工装支架”上的升降装置将4组1/4大圆筒预拼装件悬挂后需下放至桩底与泥面约0.5m间距处。

参见图26，1根合拢钢板桩30分为2～4段安插，合拢桩采用连接钢板螺栓31连接。

合拢桩采用150t履带吊转场至钻孔切割加工场地进行分段切割和钻孔，切割分段长度根据施工区域限高确定，单个拼接接头所需材料有拼接钢板、螺栓螺母。

钢板桩切割采用切割机切割成需要的长度，拼接钢板及螺栓螺母外购。单根合拢桩需要的分节钢板桩必须为一根整钢板桩切割成。

钢板桩钻孔采用10孔钻床。

加工完成后钢板桩采用专用吊梁吊放到备料区，吊放时需根据拼装顺序依次堆放。加工完成后的合拢桩直接吊放到主格运输船上。

在完成拼装后，通过工装支架上的气囊扩胀补偿工装支架的各层平台钢梁与钢板桩拼装合拢形成的格型钢板桩大圆筒之间的间隙，从而使得工装支架上的胎架有效支撑钢板桩。

3.5，调整Y型钢板桩锁扣位置

一般情况下，首个1/4组装片旋转时直接旋转到位，若整圆合拢后发现与副格连接桩(Y型钢板桩)位置略有偏差，则整圆下沉前，启动上平台上的回转驱动电机，操作旋转梁微调至设计位置。

第四步，分组振沉

由于大圆筒位置海床面结构为一层编织土工布加2m厚碎石垫层。土工布及碎石垫层在大圆筒施工前已完成。为了很好的保持下桩后圆筒的垂直度，本实例在大圆筒施工前预先在圆筒钢板桩位置采用钢管桩进行冲孔，以便圆筒整体下放时容易穿透海床面上的土工布，并确保下桩后的圆筒垂直度。

施打支承桩前，采用钢管桩冲孔破除筒位钢板桩位置上的土工布，振沉时采用GPS定位，确保冲孔位置准确。

在完成钢板桩位置预冲孔后，再进行工装支架的支承钢管桩和工装支架的安装，以及1/4圆钢板桩预组装片吊装和整圆拼装。

在此基础上，本工序步骤进行格型钢板桩大圆筒主格板桩组合散打工艺，具体过程如下(参见图27)：

4.1，设置外抱箍

为控制钢板桩下桩后的晃动及圆筒垂直度，采用在大圆筒外部设置钢抱箍。每个筒体合拢完成后，在桩顶以下和桩底以上某位置(根据水深和估算的入土深度确定)采用2道外钢抱箍抱裹筒体，振沉后期拆除。

4.2，板桩分组焊接连接

在1/4圆筒拼装基地，每3片钢板桩桩顶以下某位置焊接(合拢口两侧各6片除外)；现场钢板桩安装就位和合拢完成后，将全部钢板桩焊接成整体，通过焊接使筒体具有整体性，使得拼装好的钢板桩自重下沉时保证钢板桩均匀下沉和卸扣后避免局部溜桩。整体下沉、振沉后逐步解约束。

4.3，平潮时段整体下放

钢板桩圆筒整体下沉要选择在平潮期进行，以减小水流、波浪对下桩垂直度的影响。利用特殊工装支架所具备的升降功能进行起重下放。下放时，钢板桩悬挂于上平台的挂钩上，中平台位于最低位并处于锁紧状态，通过下平台上的绞车系统，下放上平台，钢板桩随之下沉。)，直至钢板桩自重下沉停止，然后解除钢板桩顶部吊装三角板，解钩后，继续下降工装支架的上平台低于钢板桩顶2～3m，作为振沉导向，准备振沉。自重下沉过程中，根据水位，拆除下层钢抱箍并调整上层钢板桩水平度。

整个下沉过程由工装支架的升降装置进行驱动和控制。

4.4，分组振沉

由于现场狭窄，为加快施工进度，分组振沉采用两条250t起重船配振动锤在圆筒内外两侧进行。

采用对称振沉、控制振沉方向与分次振沉深度等措施，有效控制沉桩后板桩的变形。具体的操作过程如下：

首先，通过两条250t起重船配振动锤对称的在圆筒内外两侧进行分层循环振沉。

该工序中首先对圆筒196根桩进行分组，并编号，每组5～6根桩；然后每条船采用一台配6个夹具的振动锤同时振沉每组钢板桩，每组桩一次振沉深度约1.5～2m，再振沉下一组钢板桩，直至圆筒196根桩全部下沉1.5～2m；然后再反向循环振沉每组钢板桩使196根桩同步再下沉1.5～2m，继续分层循环振沉，随着板桩振沉下沉，循环下降上平台，直至上平台接近中平台；因上平台均贴近钢板桩，阻碍振动锤，需提升后再进行振沉。

接着，提升工装支架的上平台，并进行分层循环振沉。

该工序中工装支架的上平台提升后继续进行分组、分层循环振沉钢板桩(过程如上所述)，直至钢板桩顶部接近工装支架的中平台，每次下沉深度1～1.5m。因中平台均贴近钢板桩，阻碍振动锤，需提升后再进行振沉。

最后，提升工装支架的中平台，并进行分层循环振沉。

该工序中，工装支架的中平台提升后继续分组、分层循环振沉钢板桩(过程如上所述)，直至钢板桩设计顶标高。每次下沉深度0.5～1m。

4.5，在完成振沉后，拆除钢抱箍、工装支架，最后拔除支承钢管桩。

据此完成直径31.194m格型钢板桩大圆筒主格在现场的施工，由上施工过程可知，整个施工工艺由四大工艺步骤组成：陆域预拼、水上运输、现场组拼合拢、分组振沉，每个步骤均有独立的工艺特点。

陆域预拼特点：

1)1/4大圆筒预拼装选择在具有4000吨级以上的码头和10000m2以上面积的内陆地区进行施工，解决了预拼场地问题及预拼件落驳难题。

2)拼装场地采用水陆结合的方式，陆域为材料堆场、板桩加工、起重作业场地；水域为利用运输船作为拼装场地，起到了既节省场地面积，又省去了陆上倒运与落驳的环节。

3)专门设计、加工了专用运输船上特制预拼支架。主格运输船为甲板承载货物：甲板上安装运输支架，运输支架采用电焊焊接工艺与运输船甲板连接。既解决了预拼支架需求，又确保了预拼件船舶运输时加固稳定问题。

4)拼装采用60m臂架的D260动臂行走式塔吊或150t履带吊，有效解决了预拼吊高与吊重的问题。

5)采用150t履带吊利用吊梁进行钢板桩场内起吊和转运，解决了预拼场地材料倒运与吊装问题。

6)专门设计了拼装支架上的挂桩方式与装置。既解决了拼装时板桩临时固定问题，又解决了预拼件至现场后的起吊问题。

7)确定了由拼装装置上转换到人工岛筒位安装支架上的1/4圆主格钢板桩预拼件的转接弧形吊梁，解决了预拼件至现场后的起吊问题。

水上运输特点：

1)37.1m高格型钢板桩1/4大圆筒预拼装件采用水上长途运输方式，属国际首次应用。

2)在专用运输船上设置特制预拼支架。运输支架采用电焊焊接工艺与运输船甲板连接，形成船舶整体，1/4大圆筒预拼装件为承载货物。该运输方式与结构均为国际首次应用。

3)采用“船架一体化”工艺，确保了运输时支架稳定。

4)运输船直接作为板桩拼装场地一部分。利用运输船，直接作为1/4圆筒钢板桩水域拼装场地，减少了拼装件落驳的环节，加强了船舶承载运输过程中的稳定性，并节省拼装场地陆域面积。既节省了成本，又增加了运输安全性。

5)采用“钢板桩挂锚相结合”的方式解决运输过程中钢板桩预拼装片的稳定问题。钢板桩拼装时，采用挂钩将钢板桩挂在运输支架上，在运输支架的上、下两处布置有T型钩，钢板桩每隔6片在相应位置焊接T型槽，用来将钢板桩与运输支架锁定。钢板桩预拼装片拼装完成后，在预拼装片两侧自上而下每隔15m布置有紧固装置，采用紧固螺栓将预拼装片与运输支架连接，确保预拼装片在运输途中不会晃动。

6)甲板驳运输多个超高钢板桩1/4大圆筒预拼装件，采用了吊拖与绑拖结合的方式运输，邦拖拖轮兼起护航作用。解决了长途运输时的拖航与稳定问题。

现场组拼合拢特点：

1)格型钢板桩大圆筒现场拼装国际上有现场筒位散拼工艺、现场整体预拼装工艺，但在限高条件下，超长板桩的现场拼接无法实现。另外，本工程单个主格钢板桩总重量一般在450t～560t，在航空限高、水深浅的条件下，目前尚无合适的起重船一次完成一个主格整体吊装和沉放。因此，本工程施工时，为减少现场一次起吊重量，将整圆主格分为4个1/4圆钢板桩组装片分别吊装，从而降低对起重船吊距和起重能力的要求，同时，大大减少了现场工作量，现场只需挂4个1/4预拼件，在拼接4根合拢桩即可。

2)本工程格型钢板桩一般桩长达到37.1m，为目前国际之最。本发明的格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法属首次应用。

3)1/4大圆筒预拼件组拼选择位于现场墩位的特殊工装支架上进行。组拼合拢后直接可以下桩、振沉，无需再行起吊。

4)为现场拼装而设计的特殊工装支架为本领域首创，其高度设计解决了现场限高条件下难以周转使用的问题；结构设计解决了台风期工装稳定问题、超长桩整体悬挂问题；工装所具备的升降功能解决了超长桩拼装后的起重下放问题、深水区拖水挂片问题、增加合拢桩单节长度而提高工效问题、板桩振沉时工装阻碍振动锤下落路径问题；工装所具备的旋转功能解决了狭长区域内吊装船舶不能回旋移位吊装问题、小型的起重船不能进行整体合拢的问题、主副格连接桩定位问题、合拢操作便利问题；工装所具备的扩胀支撑功能解决了超长桩的倾斜与变形控制等问题。

5)根据人工岛现场条件，确定了合拢桩拼装长度。按照1/4圆预拼装的工艺要求，每个主格格体有4根合拢桩将4片1/4圆格体拼接成个一个整圆，由于施工地点有限高要求，合拢桩需要分段拼接，拼接的连接方式采用螺栓连接。合拢桩采用专用连接板、螺栓连接技术，解决了在限高区域对锁口拼接作业时的高度约束难题。

6)专门设计制造的专用起重船解决了限高条件下吊重问题、大直径工装支架吊装时起重臂长问题、浅水区船舶吃水问题、大直径工装支架吊装时的精确定位问题、由专用运输船上平稳起吊1/4预拼件的难题、将1/4预拼件平稳安装在工装支架上的难题、浪大流急状态下船舶吊装稳定性问题。

7)专门设计制造的专用弧形吊梁和专用过渡吊架有效解决了弧形1/4预拼件吊装时的稳定性稳定、减小吊装钢丝绳高度问题。

8)1/4大圆筒预拼装件吊装到工装支架体系上，悬挂体系需由弧形吊梁转换到支架上平台吊梁的挂钩上，该悬挂转换方法也是首次运用。

分组振沉特点：

1)直径31.194m、长37.1m的格型钢板桩大圆筒采用单振动锤分组振沉工艺，为本领域首次应用。

2)分组振沉采用两条250t起重船配振动锤进行，适应了现场限高小、水深浅的条件，相比于整体振沉采用大型起重船同时配二十多台大型振动锤，成本大为节省。

3)施工前预先在圆筒钢板桩位置采用钢管桩进行冲孔，解决了圆筒整体下放时难以穿透海床面上的土工布的问题，并确保了下桩后的圆筒垂直度。

4)利用特殊工装支架所具备的升降功能进行超长桩拼装后的起重下放，分组振沉也适应了下桩由于土质不均匀造成的桩顶不平整问题。

5)采用在大圆筒外部设置钢抱箍，大大减小了钢板桩下桩后的晃动，并有效控制了下桩后的圆筒垂直度。

6)深水区设置了水下内抱箍，有效控制了钢板桩垂直度，并减小了沉桩后板桩的变形。

7)采用对称振沉、控制振沉方向与分次振沉深度等措施，有效控制了沉桩后板桩的变形。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (18)

1.一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)陆域预拼

首先在内陆预拼场地进行钢板桩和合拢桩加工，接着在运输船上预先拼装格型钢板桩大圆筒主格1/4圆筒，得到相应的1/4圆钢板桩预组装片，并将加工好的合拢桩放置于运输船上；

(2)水上运输

利用拖船将安置有1/4圆钢板桩预组装片和合拢桩的运输船拖运至施工现场；

(3)现场组拼合拢

(31)在现场施工设置与格型钢板桩大圆筒主格相对应的工装支架，并将四组1/4圆钢板桩预组装片运至施工现场；

(32)在工装支架的单侧将四组1/4圆钢板桩预组装片对应地吊装到工装支架上，使得四组1/4圆钢板桩预组装片在工装支架上配合形成圆；所述工装支架包括：

上部支撑胎架，所述上部支撑胎架用于支撑1/4圆钢板桩预组装片；

升降装置，所述升降装置安置在上部支撑胎架上，驱动1/4圆钢板桩预组装片在上部支撑胎架上的升降；

旋转装置，所述旋转装置安置在上部支撑胎架上，驱动1/4圆钢板桩预组装片在上部支撑胎架上的转动；

气囊扩胀装置，所述气囊扩胀装置安置在上部支撑胎架上，用于在钢板桩拼装合拢后，补偿工装支架与钢板桩之间的预留间隙，使支撑胎架有效支撑钢板桩；

(33)整体放下四组1/4圆钢板桩预组装片至接近泥面；

(34)在四组1/4圆钢板桩预组装片之间安插4根合拢桩，将四组独立的1/4圆钢板桩预组装片拼装成完整的格型钢板桩大圆筒主格；

(35)最后整体沉放格型钢板桩大圆筒主格；

(4)分组振沉

采用单振动锤对格型钢板桩大圆筒主格进行分组振沉。

2.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述步骤(1)中具体包括如下步骤：

(11)将所需钢板桩运输至预拼场地；

(12)将钢板桩运至加工区域；

(13)根据拼装过程中不同钢板桩所起的作用对钢板桩进行分类并进行相应加工：合拢桩加工、开设吊装孔、焊接T型槽；

(14)对进行开设吊装孔和焊接T型槽加工的钢板桩安装钢板桩吊钩；

(15)依次起吊步骤(14)中的钢板桩至运输船上相应的拼装位置，完成格型钢板桩大圆筒主格1/4圆筒的拼装，得到相应的1/4圆钢板桩预组装片。

3.根据权利要求1或2所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述预拼场地包括用于材料堆场、板桩加工、起重作业场地、陆域拼装场地和作为水域拼装场地的运输船；所述陆域拼装场地岸线长为200m，纵深宽度为60m，总面积为12000m²，布置钢板桩加工场地，备料区，履带吊行走区域，以及拼装塔吊区域。

4.根据权利要求1或2所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述运输船为甲板承载货物，其甲板上安装四个运输支架，所述四个运输支架用于安装8片1/4圆钢板桩预组装片，并呈两舷纵向对称装载；所述运输支架采用立柱钢桁架结构，每个支架共7根立柱，在运输支架的平面布置上：一根立柱在中心，其余六根立柱中每三根一组对称分布中间立柱的两侧，且两侧的三根立柱均按1/4圆钢板桩预组装片的弧度布置；运输支架上下共设6层平台，立柱底部与运输船甲板焊接连接，平台梁及平台桁架均与立柱焊接连接，每个平台两侧为支撑1/4圆钢板桩预组装片的弧形梁，中间为钢管桁架，顶层弧形梁外侧设钢板桩挂钩。

5.根据权利要求2所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述步骤(15)中在拼装格型钢板桩大圆筒主格1/4圆钢板桩预组装片时，采用挂钩将钢板桩挂在运输支架上，在运输支架的上、下两处布置有T型钩，钢板桩每隔6片在相应位置焊接T型槽，用来将钢板桩与运输支架锁定；1/4圆钢板桩预组装片拼装完成后，在1/4圆钢板桩预组装片两侧自上而下每隔15m布置有紧固装置，采用紧固螺栓将1/4圆钢板桩预组装片与运输支架连接，确保1/4圆钢板桩预组装片在运输途中不会晃动。

6.根据权利要求5所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，拼接过程中拼接首片钢板桩时将钢板桩挂至运输支架顶层弧形梁上的挂钩上，并插好T型销作为下片钢板桩拼接时的基准；在首片钢板桩拼接完成后利用一导向装置，为后续拼接钢板桩提供导向，依次拼接剩余钢板桩。

7.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述步骤(2)中进行拖运运输船时，采用吊拖与绑拖结合的方式运输；所述运输船为非自航驳，采用拖轮作为航行动力船拖运；拖运时，采用一条主拖轮以常规方式吊拖或绑拖，主拖轮与运输船之间采用专用拖缆相连；一条辅助拖轮在运输船一侧尾部以常规方式绑拖，辅助拖轮艏、艉专用拖缆绑在运输船系缆柱上，辅助拖轮兼起护航作用。

8.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述步骤(31)中在现场沉设支承钢管桩形成工装支架基础，再将工装支架吊装到工装支架基础上；所述工装支架基础采用9根钢管桩作支承，其中8根均匀布置在圆上，1根布置在圆中心位置，所有支承钢管桩的桩顶处于同一水平面，且每个支承钢管桩的桩顶上设置有连接机构。

9.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述步骤(32)中采用水平吊臂起重船在施工现场内侧分片吊装1/4圆钢板桩预组装片，起重船通过弧度与1/4圆钢板桩组装片轴心弧度一致的弧形吊梁起吊和安装1/4圆钢板桩预组装片，并将吊起的1/4圆钢板桩预组装片转换到工装支架上的挂钩上。

10.根据权利要求9所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述弧形吊梁与起重船吊钩之间直接采用吊耳板连接。

11.根据权利要求1或9所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述步骤(32)中吊装四组1/4圆钢板桩预组装片时，在第一组1/4圆钢板桩预组装片吊装就位后，在工装支架上旋转180°；同侧吊装第二组1/4圆钢板桩预组装片，在吊装就位后连同第一组1/4圆钢板桩预组装片整体旋转90°；接着同侧吊装第三组1/4圆钢板桩预组装片，在吊装就位后连同第一组和第二组1/4圆钢板桩预组装片整体旋转180°；最后同侧吊装第四组1/4圆钢板桩预组装片。

12.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述步骤(34)中每根合拢桩分为2～4段安插，合拢桩采用连接钢板螺栓连接。

13.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述步骤(4)中单振动锤以格型钢板桩大圆筒主格中6根钢板桩为一组同时进行振沉。

14.根据权利要求1或13所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述分组振沉时，采用分别配一台振动锤的两条250t起重船，在格型钢板桩大圆筒主格内外两侧进行振沉。

15.根据权利要求14所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述两条250t起重船对称分布，进行对称振沉，并分次振沉。

16.根据权利要求15所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述振沉的具体操作过程如下：

首先，通过两条250t起重船配振动锤对称地在圆筒内外两侧进行分层循环振沉：首先对格型钢板桩大圆筒主格中的钢板桩进行分组，并编号，每组5～6根桩；然后每条船采用一台配6个夹具的振动锤同时振沉每组钢板桩，每组桩一次振沉深度1.5～2m，再振沉下一组钢板桩，直至格型钢板桩大圆筒主格中所有钢板桩全部下沉1.5～2m，然后再反向循环振沉每组钢板桩使格型钢板桩大圆筒主格中所有钢板桩同步再下沉1.5～2m，继续分层循环振沉，直至工装支架的上平台接近中平台；

接着，提升工装支架的上平台，并进行分层循环振沉，上平台提升后继续分组、分层循环振沉钢板桩，直至钢板桩顶部接近中平台，每次下沉深度1～1.5m；

最后，提升工装支架的中平台，并进行分层循环振沉，中平台提升后继续分组、分层循环振沉钢板桩，直至钢板桩设计顶标高，每次下沉深度0.5～1m。

17.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，在振沉前预先在格型钢板桩大圆筒主格位置采用钢管桩进行冲孔。

18.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格1/4陆域预拼、水上散打方法，其特征在于，所述分组振沉时，在格型钢板桩大圆筒外部设置钢抱箍。