插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)技術(shù)探索*

邵文靜

(中國(guó)石油大港油田灘海開(kāi)發(fā)公司 天津 大港 300280)

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·試驗(yàn)研究·

插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)技術(shù)探索*

邵文靜

(中國(guó)石油大港油田灘海開(kāi)發(fā)公司 天津 大港 300280)

文章描述了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算方法，對(duì)工程實(shí)例的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析，并對(duì)其施工方法進(jìn)行了可行性分析。認(rèn)為插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)具有路基材料用量較少、結(jié)構(gòu)整體性好、地基受力均勻、沉降變形較均勻、施工工序少、現(xiàn)場(chǎng)工程量小、施工期短、工程造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，在軟土地基是適用的。

插入式；箱型；進(jìn)海路

0 引 言

采用“海油陸采”的開(kāi)發(fā)模式對(duì)近海油氣資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)，是一種經(jīng)濟(jì)、快捷、有效的途徑，即先在海上修筑人工島和連接人工島與陸地的進(jìn)海路，然后在人工島上開(kāi)采海底油氣資源[1、2]。在近海軟土地基上，傳統(tǒng)的進(jìn)海路結(jié)構(gòu)形式有拋石斜坡堤路基結(jié)構(gòu)、對(duì)拉板樁路基結(jié)構(gòu)、拋石基床混合體路基結(jié)構(gòu)等。當(dāng)水深較深時(shí)，這些路基結(jié)構(gòu)的建造成本將大幅度增加，一方面是由于材料用量增加；另一方面，由于受風(fēng)浪因素的影響，施工效率降低、施工費(fèi)用增加。

拋石斜坡堤路基結(jié)構(gòu)對(duì)軟土地基的適應(yīng)性強(qiáng)，但建筑材料用量大，施工期長(zhǎng)[3、4]；對(duì)拉板樁路基結(jié)構(gòu)節(jié)省建筑材料，但其構(gòu)件均為單件預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，現(xiàn)場(chǎng)工作量大，施工受風(fēng)浪影響大，施工質(zhì)量難于控制[5、6]；拋石基床混合體路基結(jié)構(gòu)需要對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，施工期較長(zhǎng)[7、8]。上述幾種路基結(jié)構(gòu)由于現(xiàn)場(chǎng)施工工序多，工程量大，施工期間受風(fēng)浪干擾影響均較大。

插入式箱型進(jìn)海路是一種新型的實(shí)體進(jìn)海路，主要由插入式箱型進(jìn)海路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件和上部的混凝土路面所組成。本文重點(diǎn)對(duì)插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)在大港灘海軟土地基的穩(wěn)定性和施工方法進(jìn)行分析論證，探討其適應(yīng)性。

1 插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)技術(shù)

針對(duì)常規(guī)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，在對(duì)拉板樁路基結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，提出了一種新的路基結(jié)構(gòu)型式——插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)。

1.1 進(jìn)海路結(jié)構(gòu)形式

插入式箱型進(jìn)海路由插入式箱型進(jìn)海路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件和上部的混凝土路面所組成。插入式箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件由鋼筋混凝土擋墻、連接墻和限位板組成，兩片平行的橫向連接墻垂直地將兩側(cè)的兩片擋墻連接成箱體，在橫向連接墻的底部設(shè)置水平的限位板，兩片橫向連接墻之間設(shè)置一片與橫向連接墻垂直相交的縱向連接墻。該結(jié)構(gòu)件中，擋墻長(zhǎng)度為10 m、高度為10 m，橫向連接墻長(zhǎng)度為7 m、高度為3.6 m，兩片橫向連接墻間距為6 m，縱向連接墻高度為1.5 m，水平限位板的寬度為2 m。插入式箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面如圖1所示。

圖1 插入式箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面

該結(jié)構(gòu)于對(duì)拉板樁進(jìn)海路相比較，具有整體性好、現(xiàn)場(chǎng)安裝速度快、施工質(zhì)量易控制、施工效率高等特點(diǎn)。

1.2 穩(wěn)定性分析

1.2.1 環(huán)境載荷分析方法

1)水平波浪力

為確保結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，作用于路基結(jié)構(gòu)上的波浪力按極端高水位情況下的極限波浪計(jì)算。淺水極端情況下，在箱型進(jìn)海路路基上的波浪力類(lèi)型為中基床的近破波和遠(yuǎn)破波。

直墻建筑物上近破波的波浪力可按下列規(guī)定確定。

(1)靜水面以上高度z處的波浪力強(qiáng)度為零，Z可按下列公式計(jì)算：

(1)

(2)靜水面處的波壓力強(qiáng)度，可按下列公式計(jì)算；

(2)

(3)

(3)墻底處的波浪壓力強(qiáng)度，可按下列公式計(jì)算：

Pb=1.6ps

(4)

(4)單位長(zhǎng)度墻身上的總波浪力可按下列公式計(jì)算：

(5)

(6)

(5)墻底面上的波浪浮托力可按下式計(jì)算：

(7)

式中，μ為波浪浮托力分布圖的這件系數(shù)，取0.7。

當(dāng)箱型進(jìn)海路路基上的波浪力類(lèi)型為中基床的遠(yuǎn)破波時(shí)，直立式建筑物上遠(yuǎn)破波作用力可按下列規(guī)定確定。

靜水面以上高度H處的波浪壓力強(qiáng)度為零。

靜水面處的波浪壓力強(qiáng)度按下式計(jì)算：

Ps=γK1K2H

(8)

式中K1為系數(shù)，水底坡度i的函數(shù)；K2為系數(shù)，波坦L/H的函數(shù)。

靜水面以上的波浪壓力強(qiáng)度按直線(xiàn)變化。

靜水面以下深度Z=H/2處的波浪壓力強(qiáng)度：

pz=0.7Ps

(9)

水底處波浪壓力強(qiáng)度按下式計(jì)算：

當(dāng)d/L≤1.7時(shí)，Pd=0.6Ps

(10)

當(dāng)d/L≤1.7時(shí)，Pd=0.5Ps

(11)

2)冰荷載

大面積冰場(chǎng)遇到樁或墩時(shí)產(chǎn)生擠壓破壞時(shí)產(chǎn)生較大冰荷載，極限冰壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：

F1=mAbhRy

(12)

式中：F1為極限冰壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；m為樁或墩應(yīng)冰面形狀系數(shù)；A為冰溫系數(shù)；b為樁或墩應(yīng)冰面投影寬度，m；h為計(jì)算冰厚，m；Ry為冰的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

1.2.2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及沉降量分析方法

水平抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性的計(jì)算，可參照《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》JTJ290-98規(guī)范規(guī)定，建立驗(yàn)算表達(dá)式；整體穩(wěn)定性計(jì)算，可按《港口工程地基規(guī)范》(JTJ250-98)中的圓弧滑動(dòng)或非圓弧滑動(dòng)方法進(jìn)行計(jì)算，并滿(mǎn)足相關(guān)要求。結(jié)構(gòu)沉降量計(jì)算利用《港口工程地基規(guī)范》(JTJ250-98)建議的分層總和法，根據(jù)地基土的壓縮曲線(xiàn)，分別計(jì)算箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)中點(diǎn)處和邊界處的豎向沉降量。

1.2.3 計(jì)算參數(shù)選取

依據(jù)大港灘海區(qū)域軟土地基特點(diǎn)，針對(duì)可能建設(shè)進(jìn)海路的位置，計(jì)算參數(shù)取值為：設(shè)計(jì)高水位1.65 m，設(shè)計(jì)低水位-1.78 m，極端高水位3.21 m，極端低水位-3.62 m，100年一遇高水位3.39 m。

泥面高程分別按-3.0 m、-2.0 m、-1.0 m、0 m泥面四種情況考慮。

上部使用荷載設(shè)計(jì)值取為10 kN/m2。

本工程場(chǎng)區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05 g。根據(jù)工程的重要性，本工程抗震設(shè)防烈度提高一度，按7度設(shè)防考慮，設(shè)計(jì)基本地震加速度值取0.10 g。

結(jié)構(gòu)計(jì)算需考慮三種工況，分別對(duì)進(jìn)海路的抗滑穩(wěn)定性、抗傾穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性及地基承載力進(jìn)行核算，每種工況需計(jì)算的內(nèi)容如表1所示。

1.2.4 結(jié)構(gòu)尺度初步設(shè)定

依據(jù)水深情況及工況條件，對(duì)于箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)尺度初步設(shè)定為：結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高+2.0 m，在不同泥面高程下，結(jié)構(gòu)入土深度和結(jié)構(gòu)兩側(cè)拋石尺寸如表2所示。

1.2.5 結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算

基于土壓力、波浪力及冰荷載計(jì)算滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，考慮三種工況，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算，結(jié)果均滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求，如表3、表4所示。

表1 各工況計(jì)算內(nèi)容

表2 結(jié)構(gòu)入土深度和結(jié)構(gòu)兩側(cè)拋石尺寸設(shè)定

表3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算

表4 進(jìn)海路結(jié)構(gòu)的沉降量計(jì)算結(jié)果

1.3 施工可行性分析

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，插入式箱型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件在陸地上預(yù)制，可用船舶將結(jié)構(gòu)件運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)，再用船吊將結(jié)構(gòu)件吊裝下水并在安裝現(xiàn)場(chǎng)定位，之后，船吊緩慢放下結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)自重作用下，結(jié)構(gòu)件的擋墻插入到泥土中，至水平放置的限位板的底面和海底泥面接觸后，結(jié)構(gòu)下沉安裝到位。將插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)件在軟土海底地基上沿軸線(xiàn)方向排列安放，就構(gòu)成了一條海上路基。之后，在箱體內(nèi)部和外部拋填石料，待結(jié)構(gòu)沉降基本穩(wěn)定后，在箱體內(nèi)部的拋填石料上鋪設(shè)路面層，路面可設(shè)管線(xiàn)溝和電纜溝，就建成了進(jìn)海路。插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示。

圖2 插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)斷面圖

2 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算和施工方法分析，插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，適用于大港灘海軟土地基。利用插入式箱型進(jìn)海路結(jié)構(gòu)件在近海水深較深的軟土地基上修建進(jìn)海路時(shí)，材料用量較少、路基結(jié)構(gòu)的整體性好、地基受力均勻、沉降變形較均勻、各組結(jié)構(gòu)間的相對(duì)沉降量容易控制；施工時(shí)施工工序少、現(xiàn)場(chǎng)工程量小、工期短、工程造價(jià)較低，是軟土地基灘海進(jìn)海路建設(shè)最具有優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)型式之一。

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The Plug-in Box Type Road Structure Technology Exploration

SHAO Wenjing

(PetrochinaDagangOilfieldOffshoreDevelopmentCompany,Dagang，Tianjin300280,China)

This paper describes the calculation method of structure stability. A structural stability of an engineering example is calculated, and the feasibility of construction methods is analyzed. The plug-in box type road structure is considered having many advantages such as low consumption of materials, good integrity, uniform stress, uniformed foundation settlement deformation, fewer construction procedures, the small engineering quantity, short construction period and lower cost, and it is also applicable in the soft soil foundation.

insert type,box type,in to the sea

中國(guó)石油股份公司歧口專(zhuān)項(xiàng)，項(xiàng)目編號(hào)：(2008E-0608)。

邵文靜，女，1984年生，工程師，現(xiàn)在中國(guó)石油大港油田灘海開(kāi)發(fā)公司工作，主要研究方向：灘海海工新技術(shù)。E-mail:shaowjing@petrochina.com.cn

TU471.1+6

A

2096-0077(2015)02-0037-04

2014-06-07 編輯：韓德林)