贝雷架沉桩平台工艺在海外高桩码头中的应用
2023-05-11荀明智中交广州航道局有限公司
◎荀明智 中交广州航道局有限公司
厄瓜多尔波索尔哈多用途码头桩基施工,采用招标要求的南美区域传统的CANTITRAVEL平台沉桩工艺。后续施工过程中,钢管灌注桩桩长加长导致码头前沿排架吊机起重能力不足。为加快施工进度,研究制定了贝雷架沉桩平台实施方案,前沿区域利用贝雷梁的强抗剪能力,自行设计装配式悬臂贝雷架平台,以浇筑完成的钢管灌注桩为基础,搭设贝雷架平台至码头前沿排架,有效解决了码头前沿钢管灌注桩无法沉设的难题[1]。贝雷架沉桩平台具有重量轻、安装方便、适应性强,沉桩精度高等优点,可以推广至高桩灌注桩及高桩钢管桩码头施工,尤其是海况差、受长周期波影响、施工水域小,水上起重作业船舶无法停靠施工作业的工程[2]。
1.工程概况
厄瓜多尔波索尔哈多用途码头项目,距离瓜亚基尔市约120公里,码头总长240m,码头面宽36.43m,采用钢管砼灌注桩基础,共320根,桩径分1.016m和0.914m两种,排架间距6.3m,单个排架5根钻孔灌注桩。
码头陆侧E/D/C轴使用CANTITRAVEL桩基施工平台进行沉桩,由于地质情况变化,海测A/B轴区域桩长增加,吊机驻位CANTITRAVEL平台吊重能力不足,需采用新的施工工艺沉设海测A/B轴区域。为加快施工进度,研究制定海测区域沉桩实施方案,其中E/D/C轴采用MINICANTITRAVAL平台,已实施12排桩,A/B轴采用贝雷架沉桩平台。
2.贝雷架沉桩平台工艺
2.1 工艺研究比选
厄瓜多尔波索尔哈多用途码头海测A/B轴区域沉桩初定两种方案:常规的打桩船沉桩工艺和贝雷架沉桩平台工艺[3]。
打桩船沉桩工艺:公司在智利中部某项目有一艘打桩船,能够满足钢护筒的沉设要求,但参考其在智利项目的情况,受南美长周期波的影响,打桩船工艺有效作业天数少,且打桩精度无法满足设计要求。
贝雷架沉桩平台:不受潮水影响,吊机移动方便。组合式贝雷片主桁,拆卸方便,沉桩平台高度集成化可满足护筒沉设、钻机成孔、混凝土灌注施工等涉及的供电、供水系统[4]。沉桩精度高,效率快。
综合比选,选用贝雷架沉桩平台,按12m宽设计,设计荷载为75t履带吊、振动锤、混凝土罐车、正循环钻机等。平台采用多跨连续梁方案,面宽12m,最大跨径为9m,根据受力情况其中履带吊履带板下设单层三榀贝雷梁,护筒两侧使用单层双榀贝雷梁,上铺设I25 @366mm工字钢、作为平台次梁,外侧泵车支腿位置单层双榀贝雷梁。
2.2 方案工艺原理、工艺流程及操作要点
(1)方案工艺原理。利用贝雷梁的强抗剪抗弯能力,自行设计装配式悬臂贝雷架平台,基础采用新建钢管灌注桩。现有已浇筑完成的桩基作为基础支撑桩,施工平台由陆侧向海侧延伸。同时利用贝雷架将钢管灌注桩有效连接成整体,贝雷架沉桩平台基础钢管灌注桩形成群桩效应,提高桩基的抗剪能力和平台稳定性。
(2)工艺流程。贝雷架沉桩平台施工工艺流程图见图2。
图1 码头断面图
图2 贝雷架沉桩平台施工工艺流程图
(3)操作要点。贝雷架沉桩平台的设计采用4组贝雷桁架与型钢加工而成,其中履带吊履带板下设单层三榀贝雷梁,泵车支腿两侧使用单层双榀贝雷梁。贝雷架与主梁次梁焊接成为一个整体,具有良好的横向抗剪能力和稳定性。次梁上部用钢板铺设人行通道,通道两侧安装防护栏杆。
2.3 工程的关键技术研究
(1)横向施工平台结构形式(履带吊行走方向)。E/D/C轴横向采用I40a工字钢作为平台主梁,主梁上安装贝雷架,履带吊履带板下设单层三榀贝雷梁,护筒两侧使用单层双榀贝雷梁,贝雷架上铺设I25 @366mm工字钢作为平台次梁,平台面层采用8mm钢板。
(2)横向推进施工方法。利用已完成沉设E/D/C轴的钢管灌注桩,在钢管灌注桩+3.95m位置处对称焊接2块50cm长的I40a牛腿,E/D/C轴牛腿焊接完成后,上方安装I40a的主梁工字钢,如图3所示,将主梁工字钢与牛腿焊接起来。
图3 钢护筒焊接牛腿
图4 焊接主梁
主梁焊接过程中,在码头陆侧区域距离E轴桩基9m位置处平整地面,考虑到涌浪的冲刷影响,基础外侧护坡采用C10混凝土浇筑,使基础表面块石粘结一起,基础上铺设1cm厚钢板,安装3块单层三榀贝雷梁作为陆域基础。同时使用I25a工字钢将基础贝雷架与主梁连接,防止陆域堆场回填造成陆域贝雷架向海侧方向产生移位。焊接完成之后搭设贝雷梁履带吊钢平台,使用130t履带吊将组装好的贝雷架安装在工字钢之上。如图5所示,贝雷架组装至C轴后,铺设I25a工字钢次梁,间距为366mm,上部铺设面层板、钢板网,护栏等设施。
图5 贝雷架安装
图6 次梁安装
图7 辅助桩施工
图8 RCD钻机A轴台座安装
图9 纵向A轴限位架安装
图10 纵向B轴限位架安装
75t履带吊由陆侧沿沉桩平台行至D/C 轴间,安装C/B 轴钻机打桩架。C/B轴间跨距9m,贝雷架及沉桩架悬挑不能满足RCD钻机受力要求,在距离C轴4.5m位置沉设2根辅助钢管桩。
在沉设完成辅助桩+3.95m焊结2块I40a牛腿,其上安装I40a主梁,主梁安装完成后,将贝雷架安装至辅助桩位置,安装RCD打桩架。
RCD打桩架焊接固定完成后,履带吊沉设B轴钢护筒,安装RCD钻机成孔。
混凝土浇筑完成6 小时后拆除RCD钻机台座,切割护筒,安装桩帽进行灌浆。桩帽安装时需在桩帽底部安装止水管,防止灌浆料外泄。
桩帽灌浆完成6小时后在钢护筒上焊接焊接I40a工字钢,利用已浇筑完成的桩基作为支撑平台,安装中部贝雷架轴线外3m,安装RCD钻机打桩架,沉设2根钢护筒。
(3)纵向施工平台(垂直履带吊行走方向)。将RCD钻孔平台使用螺栓连接起来,放置到B轴位置,调节限位架打设钢护筒,成孔灌注(施工同横向)。
完成贝雷架沉桩平台外侧桩基后,A轴桩帽已达到100%强度,将RCD钻机平台吊放于A轴桩帽上方,完成A轴桩基的成孔灌浆。完成此区域桩基施工后,根据A轴周边的设计断面进行抛石,施工过程中可根据贝雷架上吊机使用状况,完成抛石工作后进入下一排架沉桩平台的搭设。贝雷架沉桩平台下方主梁相邻纵向桩基固定连接,通过贝雷桁架将陆域、EDC轴横向桩基有效的连接,贝雷桁架下方桩基连成整体,可有效抵抗由于履带吊在平台上方移动产生的水平方向的动荷载。
3.施工平台和贝雷架设计计算
设计荷载。结构自重:
75t履带吊,自重75t;工作需要最大起重量14t(振动锤14t);混凝土罐车12m3,整备质量14.5t,最大装载28.8t;正循环钻机,重15t。
钢平台结构受力:
计算说明:荷载为75t履带吊时荷载计算,起重为14t钢护筒。履带吊极限起重荷载时,对平台的荷载为正前荷载。起重作业时履带吊位置处于贝雷梁上方。履带吊移动作业时,仅为自重荷载,视为均布荷载。
恒载:
8mm钢板:q1=1.099kN/m2,I25型工字钢:GI25a=381N/m,贝雷片,单片重:G贝雷=2870N/3m=956N/m,栏杆与人群机具荷载,取G2=2kN/m2。
活载:
75t履带吊,作用面积6m×0.76m×2;最大偏向受力系数取2;q=184kN/m2,
极限荷载:
I25a工字钢结构受力计算
工字钢I25a间距366mm,单根I25a工字钢受自重q1、GI25a和人机料长期荷载G2。
受到吊机荷载:
--工字钢抗弯强度设计值
--工字钢抗剪强度设计值
贝雷梁受力,贝雷梁主要受到上部工字钢I25a的传递的荷载,受力均匀,简化为均部荷载。
贝雷梁最大净距9m,按简支梁计算:
--贝雷梁容许弯矩
--贝雷梁容许弯矩
∴由上可知,贝雷梁与工字钢受力均满足要求。
混凝土罐车12m3时极限荷载:
荷载说明:罐车重14.5t,最大载重28.8t,汽车轮胎分部图如图11所示。
图11 混凝土罐车示意图
混凝土罐车的作用
I25a工字干结构受力计算:
受力示意图见图12至图15。
图12 工字钢受罐车作用力图
图13 工字钢受罐车作用力示意图
图14 工字钢受罐车作用力剪力图
图15 工字钢受罐车作用力弯矩图
工字钢I25a间距366mm,单根I25a工字钢受自重q1、GI20a和人机料长期荷载G2。(不考虑轮胎受力面积与力扩散传递)
∴由上可知,贝雷梁与工字钢受力均满足要求。
4.工艺实施效果
将贝雷架沉桩平台应用于桩基及抛石施工中,相较于大型船舶海上沉桩作业,减少了能耗,调运方便,材料损失率小。极大限度的降低了吊机跨距不足的问题及施工工作面浪费的产生时间成本,使该工程的施工工期压力得到了很大的改善,顺利完成项目的实施。
5.结束语
综上所述,通过厄瓜多尔项目多用途码头项目贝雷架沉桩平台的成功实施,该工艺可适用于海中滩涂区,跨河、海的栈桥施工,可将该施工方法运用到高桩灌注桩及高桩钢管桩码头施工,尤其是海况差、受长周期波影响、施工水域小,水上起重作业船舶无法停靠施工作业的工程,具有良好的社会效益和经济效益。