灌注桩平联钢管桩在增强钢平台稳定性方面的应用

2020-03-27张立辉

工程建设与设计 2020年4期

张立辉

（中交四航局第三工程有限公司，广东湛江524005）

1 工程概况及设计条件

纳米比亚鲸湾油码头离岸结构由2 个油轮泊位、1 个拖轮泊位、1 个工作楼平台、1 条连接岸上结构及泊位的栈桥组成，其中泊位区域采用高桩墩式结构，泊位各由2 个靠船墩及1个装卸平台墩组成，泊位前沿水深-16.5m。本项目墩基础为钻孔灌注桩，所有灌注桩都在钢栈桥或钢平台上施工。本项目的栈桥和平台采用“钓鱼法”施工工艺，施工过程用到的施工机械主要有履带吊、振动锤等。根据地勘资料，在泊位区域中硬岩屑砂屑岩顶标高约为-22m，码头处水深为-16.5m，因此，泊位区域的钢管桩覆盖层深度大概为5.5m，覆盖层较薄。

本工程相应的设计参数及计算参数如下：

设计高水位+1.69m；设计低水位+0.27m；设计风速：V风=14m/s；设计流速V流=0.3m/s；波浪：浪高H=2m，周期T=8.3s，波长L=77m（10 年一遇）；施工波浪：H=1.0m，T=8.3s，L=77m；施工设备荷载：人群荷载：3kN/m2；90kW 冲孔桩机：长7.2m，宽2.1m，单台钻机荷重7t，考虑动力系数1.3；回旋桩机：长7.5m，宽2.5m，单台钻机荷重13t，考虑动力系数1.3[1]。

2 结构布置形式

为了满足材料运输、施工机械及人员行走的需要，靠船墩与装卸平台必须统一搭设，并且须与栈桥结构相连接。

2#泊位钻孔平台为“一”字形，横向长93m，纵向长20.75m，顶标高+5.88m。面层体系从上至下依次为4mm 厚钢板、纵向分配梁[20、横向分配梁I25a。主纵梁采用32I 型单层贝雷片，主横梁采用2I56a 型钢。下部桩基结构采用φ800mm×10mm钢管桩，桩间距6.0～9.0m 不等。钢管桩之间则设φ600mm×8mm 和2[28a 平联。

3 平台稳定性分析及原因分析

3.1 平台稳定性分析

根据平台设计使用荷载及相关参数，通过有限元计算软件Midas，对平台钢管桩之间通过平联连为整体并在入土深度约为5.5m 条件下的平台稳定性进行了计算。主要在最不利的受力条件下对钢管桩的最大应力进行分析，结果显示在这种情况下平台最大位移、最大应力及钢平台的长细比均大于规范要求值，结构的稳定性不能满足规范要求，存在较大的安全隐患。因此，要想顺利地完成施工，必须采取一定措施对平台进行加固。钢管桩主要用来支撑上部结构，并将上部的力传到钢管桩下方的岩石，因此，从力学角度钢管桩是轴心受压构件，对其主要进行受压稳定性分析，保证其在最不利荷载作用下的变形较小且正常工作。经过分析，该平台稳定性不能满足要求的主要原因有2 个：（1）平台钢管桩入土深度不足导致平台抗弯强度不足；（2）钢管桩基础自由长度较大，单桩在垂直荷载作用下容易出现突然弯曲而破坏的压杆失稳现象。因此，要解决该问题的方案是增强桩基承载力和稳定性。根据现场的条件，以下2 个方案可以实施：（1）设置水下剪刀撑。由于本工程的钢管桩自由端过长，可以考虑设置水下剪刀撑，在钢管桩竖立后，通过吊机驳放入预先加工好的剪刀撑连接构件，进行水下焊接，也可采取抱箍和螺栓连接代替焊接，水面上的剪刀撑施工则直接采用焊接的方法。（2）将部分已达到强度的工程桩与钢管桩进行平联，通过灌注桩提供稳定性。此外，加强平台钢管桩之间的连接强度，使平台整体变形而非局部变形，控制平台变形。水下焊接需要配备专门的水下焊接设备，且水下安装的质量和安全很难保证，因此，经过综合分析本项目采取了方案（2）加强钢平台稳定性。

3.2 施工工艺流程

在2#泊位钢平台施工过程中，项目部通过合理安排平台、灌注桩施工顺序、达到设计强度灌注桩与钢管桩平联及钢管桩间平联的施工顺序，有效提高了钢平台结构稳定性，为工程顺利实施起到关键的保障作用。本文以2#泊位钢平台施工为例，着重讲解如何合理安排钢平台工程桩与钢管桩平联、钢管桩间平联及灌注桩施工等工序的施工顺序来提高平台的稳定性。2#泊位平台钢管桩平联及钢管桩与灌注桩平联效果图如图1 所示。