人工島燈塔平臺(tái)斷樁修復(fù)治理

代兆立， 蔡 彪， 施昌威， 馮京海， 董常家， 祖淑玲

1.中國石油冀東油田公司，河北唐山 063004

2.中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司，北京 100028

某人工島登陸點(diǎn)碼頭的燈塔平臺(tái)在惡劣天氣條件下受到船舶的意外撞擊，其中一根鋼樁被撞斷，為了保證燈塔平臺(tái)結(jié)構(gòu)本身的安全性并恢復(fù)其正常使用功能[1]，對該平臺(tái)進(jìn)行了修復(fù)。本文主要介紹平臺(tái)的整個(gè)修復(fù)過程，包括修復(fù)方案、修復(fù)設(shè)計(jì)和施工工藝流程。

1 修復(fù)方案

該燈塔平臺(tái)為高樁墩臺(tái)式結(jié)構(gòu)，上部墩臺(tái)頂標(biāo)高5.5 m，厚度2 m，平面尺寸5 m×10 m，由4根直徑1100 mm的鋼樁支撐。發(fā)生意外碰撞后，其中一根鋼樁頂部與墩臺(tái)斷開連接，并有明顯的傾斜，如圖1所示。為恢復(fù)該平臺(tái)的使用功能，必須對該平臺(tái)進(jìn)行處理。若其余3根樁不能繼續(xù)使用，則需在鄰近新建一座燈塔平臺(tái)；若其余3根樁能繼續(xù)使用，則對該平臺(tái)進(jìn)行修復(fù)。經(jīng)過現(xiàn)場檢測，另外3根樁完好，能夠繼續(xù)使用，因而決定進(jìn)行修復(fù)。

圖1 現(xiàn)場照片

2 修復(fù)設(shè)計(jì)

2.1 總體布置

燈塔平臺(tái)的修復(fù)應(yīng)盡量保證登陸點(diǎn)平面總體布置不變，即保證燈塔平臺(tái)上部鋼筋混凝土墩臺(tái)的原位恢復(fù)[2]。在利用燈塔平臺(tái)原有的3根鋼樁的基礎(chǔ)上，經(jīng)計(jì)算需要增設(shè)兩根鋼樁。新增鋼樁的布置應(yīng)避開已斷鋼樁，以保證新打鋼樁與斷樁在泥面下不碰撞。根據(jù)燈塔平臺(tái)的原有樁基布置，考慮調(diào)整新增樁基斜度和偏轉(zhuǎn)角度以抵抗冰荷載和系纜力等荷載，同時(shí)考慮利用現(xiàn)有鋼樁材料以減少材料采辦時(shí)間，經(jīng)計(jì)算確定新增樁基直徑1.2 m；設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高3.6 m，樁底標(biāo)高-44.5 m，樁基所在豎直面內(nèi)的斜度為4∶1，與水平方向的平面扭角分別為0°和135°。修復(fù)后的燈塔平臺(tái)樁基平面布置如圖2所示，原有3根樁軸號(hào)為N-26，O-26和O-27，新建2根樁軸號(hào)為N-27和N′-27。

圖2 修復(fù)后燈塔平臺(tái)樁基平面布置示意

2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

2.2.1 計(jì)算模型

計(jì)算分析采用ANSYS有限元軟件建立模型，如圖3所示。

2.2.2 荷載

考慮平臺(tái)在位時(shí)可能受到的各種荷載作用，計(jì)算分析考慮最不利的組合工況，組合工況包含以下荷載：

均布荷載：5 kPa，包括平臺(tái)上操作荷載和上部設(shè)施重量。

冰荷載：根據(jù)《試驗(yàn)研究報(bào)告》結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，考慮90°來冰和180°來冰兩種情況，冰力分析計(jì)算情況見表1。

2.2.3 計(jì)算結(jié)果

（1） 樁基強(qiáng)度。樁基強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表2，從表2可以看出，計(jì)算出的樁基應(yīng)力均小于設(shè)計(jì)值283 MPa，滿足要求。

圖3 計(jì)算分析模型

表1 燈塔平臺(tái)冰力

表2 樁基強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

（2）樁基承載力。根據(jù)ANSYS計(jì)算分析結(jié)果，樁基承受最大壓力6 300 kN；根據(jù)JTS 167-4-2012《港口工程樁基規(guī)范》[3]，鋼管樁抗壓承載力設(shè)計(jì)值可按下式計(jì)算：

式中：Qd為單樁軸向承載力設(shè)計(jì)值，kN；γR為單樁軸向承載力分項(xiàng)系數(shù)，取1.5；U為樁身截面外周長，取πD，D為樁直徑取1.2 m；qfi為單樁第i層土的極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，已知參數(shù)；li為樁身穿過第i層土的長度，m，已知參數(shù)；η為承載力折減系數(shù)，取0.5；qR為單樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，已知參數(shù)；A為樁端外周面積，m2，為πD2/4，D為樁直徑取1.2 m。

將已知樁基設(shè)計(jì)參數(shù)代入公式求得樁基承載力設(shè)計(jì)值Qd為7 930 kN（＞6 300 kN），承載力滿足要求。

3 施工工藝及流程

根據(jù)修復(fù)方案和設(shè)計(jì)圖紙編制進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)。施工流程[4]：施工準(zhǔn)備→上部設(shè)施拆除→墩臺(tái)拆除→斷樁拆除→新增鋼管樁施工→墩臺(tái)施工→上部設(shè)施恢復(fù)。

3.1 上部設(shè)施拆除

利用浮吊進(jìn)行燈塔平臺(tái)墩臺(tái)上部設(shè)施的拆除，主要工作有連接棧橋和燈塔設(shè)施的拆除。

3.2 墩臺(tái)拆除

將鋼筋混凝土墩臺(tái)切割分塊，利用浮吊進(jìn)行墩臺(tái)的拆除。

3.3 斷樁拆除

在泥面處切割撞斷的鋼樁，利用浮吊將切除部分吊裝運(yùn)輸。

3.4 鋼樁施工

鋼樁施工嚴(yán)格按照J(rèn)TS 167-4-2012《港口工程樁基規(guī)范》執(zhí)行。補(bǔ)打樁為φ1 200 mm的鋼管樁，采用打樁船施工，停錘標(biāo)準(zhǔn)按如下控制：

（1）本工程沉樁暫采用標(biāo)高和貫入度雙控，預(yù)制鋼管樁采用D-125錘施打，最后10 cm貫入度平均值不大于10 mm/擊。

（2）當(dāng)已達(dá)到控制貫入度而樁端未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)繼續(xù)錘擊兩陣，每陣貫入100 mm或施打30～50擊，其貫入度平均值不大于7 mm/擊，且樁端距設(shè)計(jì)標(biāo)高不宜超過2.5 m。

（3）當(dāng)樁端達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高而貫入度大于上述要求時(shí)，應(yīng)繼續(xù)沉樁0.5～1.0 m；貫入度仍較大者，再與已動(dòng)測的相同條件的樁進(jìn)行對比，若其沉樁情況比已動(dòng)測的樁的沉樁情況好，則按已動(dòng)測的樁確定其承載力，否則應(yīng)進(jìn)行動(dòng)測確定其承載力。

3.5 墩臺(tái)施工

（1）墩臺(tái)混凝土采用現(xiàn)澆施工，并振搗密實(shí)，嚴(yán)防漏漿、漏振，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

（2）二次澆筑混凝土的接縫處，將混凝土表面鑿毛并清洗干凈，分次澆筑的接縫避開浪濺區(qū)及水位變動(dòng)區(qū)；分層澆筑的混凝土層間確保連接可靠，并嚴(yán)格滿足規(guī)范要求，澆筑混凝土前，對照各相關(guān)圖紙，確保無誤后澆筑。

（3）現(xiàn)澆墩臺(tái)為大體積現(xiàn)澆混凝土，施工包括模板支護(hù)、振搗、養(yǎng)護(hù)等施工工藝，并防止大塊混凝土澆筑后產(chǎn)生裂縫，造成不利影響。

（4）鋼筋根據(jù)配筋圖進(jìn)行實(shí)際放樣。（5）提前預(yù)埋相應(yīng)埋件。

3.6 上部設(shè)施恢復(fù)

待上部混凝土墩臺(tái)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行上部設(shè)施恢復(fù)，包括連接棧橋的安裝、燈塔的安裝，所有上部設(shè)施恢復(fù)完成后，即完成全部修復(fù)工作。

4 結(jié)束語

本次修復(fù)采用補(bǔ)打兩根新樁的方法，施工工藝緊密結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況和工程經(jīng)驗(yàn)，做到施工安全、經(jīng)濟(jì)、方便。經(jīng)修復(fù)后的燈塔平臺(tái)恢復(fù)原來的使用功能，并已投入正常使用。