人工岛灯塔平台断桩修复治理

2019-03-11代兆立施昌威冯京海董常家祖淑玲

石油工程建设 2019年1期

关键词：钢桩墩台灯塔

代兆立，蔡彪，施昌威，冯京海，董常家，祖淑玲

1.中国石油冀东油田公司，河北唐山 063004

2.中国石油集团海洋工程有限公司，北京 100028

某人工岛登陆点码头的灯塔平台在恶劣天气条件下受到船舶的意外撞击，其中一根钢桩被撞断，为了保证灯塔平台结构本身的安全性并恢复其正常使用功能[1]，对该平台进行了修复。本文主要介绍平台的整个修复过程，包括修复方案、修复设计和施工工艺流程。

1 修复方案

该灯塔平台为高桩墩台式结构，上部墩台顶标高5.5 m，厚度2 m，平面尺寸5 m×10 m，由4根直径1100 mm的钢桩支撑。发生意外碰撞后，其中一根钢桩顶部与墩台断开连接，并有明显的倾斜，如图1所示。为恢复该平台的使用功能，必须对该平台进行处理。若其余3根桩不能继续使用，则需在邻近新建一座灯塔平台；若其余3根桩能继续使用，则对该平台进行修复。经过现场检测，另外3根桩完好，能够继续使用，因而决定进行修复。

图1 现场照片

2 修复设计

2.1 总体布置

灯塔平台的修复应尽量保证登陆点平面总体布置不变，即保证灯塔平台上部钢筋混凝土墩台的原位恢复[2]。在利用灯塔平台原有的3根钢桩的基础上，经计算需要增设两根钢桩。新增钢桩的布置应避开已断钢桩，以保证新打钢桩与断桩在泥面下不碰撞。根据灯塔平台的原有桩基布置，考虑调整新增桩基斜度和偏转角度以抵抗冰荷载和系缆力等荷载，同时考虑利用现有钢桩材料以减少材料采办时间，经计算确定新增桩基直径1.2 m；设计桩顶标高3.6 m，桩底标高-44.5 m，桩基所在竖直面内的斜度为4∶1，与水平方向的平面扭角分别为0°和135°。修复后的灯塔平台桩基平面布置如图2所示，原有3根桩轴号为N-26，O-26和O-27，新建2根桩轴号为N-27和N′-27。

图2 修复后灯塔平台桩基平面布置示意

2.2 设计计算

2.2.1 计算模型

计算分析采用ANSYS有限元软件建立模型，如图3所示。

2.2.2 荷载

考虑平台在位时可能受到的各种荷载作用，计算分析考虑最不利的组合工况，组合工况包含以下荷载：

均布荷载：5 kPa，包括平台上操作荷载和上部设施重量。

冰荷载：根据《试验研究报告》结果进行计算，考虑90°来冰和180°来冰两种情况，冰力分析计算情况见表1。

2.2.3 计算结果

（1）桩基强度。桩基强度计算结果见表2，从表2可以看出，计算出的桩基应力均小于设计值283 MPa，满足要求。

图3 计算分析模型

表1 灯塔平台冰力

表2 桩基强度计算结果

（2）桩基承载力。根据ANSYS计算分析结果，桩基承受最大压力6 300 kN；根据JTS 167-4-2012《港口工程桩基规范》[3]，钢管桩抗压承载力设计值可按下式计算：

式中：Qd为单桩轴向承载力设计值，kN；γR为单桩轴向承载力分项系数，取1.5；U为桩身截面外周长，取πD，D为桩直径取1.2 m；qfi为单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值，kPa，已知参数；li为桩身穿过第i层土的长度，m，已知参数；η为承载力折减系数，取0.5；qR为单桩极限端阻力标准值，kPa，已知参数；A为桩端外周面积，m2，为πD2/4，D为桩直径取1.2 m。

将已知桩基设计参数代入公式求得桩基承载力设计值Qd为7 930 kN（＞6 300 kN），承载力满足要求。