灌注樁平聯(lián)鋼管樁在增強(qiáng)鋼平臺(tái)穩(wěn)定性方面的應(yīng)用

張立輝

（中交四航局第三工程有限公司，廣東湛江524005）

1 工程概況及設(shè)計(jì)條件

納米比亞鯨灣油碼頭離岸結(jié)構(gòu)由2 個(gè)油輪泊位、1 個(gè)拖輪泊位、1 個(gè)工作樓平臺(tái)、1 條連接岸上結(jié)構(gòu)及泊位的棧橋組成，其中泊位區(qū)域采用高樁墩式結(jié)構(gòu)，泊位各由2 個(gè)靠船墩及1個(gè)裝卸平臺(tái)墩組成，泊位前沿水深-16.5m。本項(xiàng)目墩基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，所有灌注樁都在鋼棧橋或鋼平臺(tái)上施工。本項(xiàng)目的棧橋和平臺(tái)采用“釣魚法”施工工藝，施工過程用到的施工機(jī)械主要有履帶吊、振動(dòng)錘等。根據(jù)地勘資料，在泊位區(qū)域中硬巖屑砂屑巖頂標(biāo)高約為-22m，碼頭處水深為-16.5m，因此，泊位區(qū)域的鋼管樁覆蓋層深度大概為5.5m，覆蓋層較薄。

本工程相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算參數(shù)如下：

設(shè)計(jì)高水位+1.69m；設(shè)計(jì)低水位+0.27m；設(shè)計(jì)風(fēng)速：V風(fēng)=14m/s；設(shè)計(jì)流速V流=0.3m/s；波浪：浪高H=2m，周期T=8.3s，波長L=77m（10 年一遇）；施工波浪：H=1.0m，T=8.3s，L=77m；施工設(shè)備荷載：人群荷載：3kN/m2；90kW 沖孔樁機(jī)：長7.2m，寬2.1m，單臺(tái)鉆機(jī)荷重7t，考慮動(dòng)力系數(shù)1.3；回旋樁機(jī)：長7.5m，寬2.5m，單臺(tái)鉆機(jī)荷重13t，考慮動(dòng)力系數(shù)1.3[1]。

2 結(jié)構(gòu)布置形式

為了滿足材料運(yùn)輸、施工機(jī)械及人員行走的需要，靠船墩與裝卸平臺(tái)必須統(tǒng)一搭設(shè)，并且須與棧橋結(jié)構(gòu)相連接。

2#泊位鉆孔平臺(tái)為“一”字形，橫向長93m，縱向長20.75m，頂標(biāo)高+5.88m。面層體系從上至下依次為4mm 厚鋼板、縱向分配梁[20、橫向分配梁I25a。主縱梁采用32I 型單層貝雷片，主橫梁采用2I56a 型鋼。下部樁基結(jié)構(gòu)采用φ800mm×10mm鋼管樁，樁間距6.0～9.0m 不等。鋼管樁之間則設(shè)φ600mm×8mm 和2[28a 平聯(lián)。

3 平臺(tái)穩(wěn)定性分析及原因分析

3.1 平臺(tái)穩(wěn)定性分析

根據(jù)平臺(tái)設(shè)計(jì)使用荷載及相關(guān)參數(shù)，通過有限元計(jì)算軟件Midas，對平臺(tái)鋼管樁之間通過平聯(lián)連為整體并在入土深度約為5.5m 條件下的平臺(tái)穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算。主要在最不利的受力條件下對鋼管樁的最大應(yīng)力進(jìn)行分析，結(jié)果顯示在這種情況下平臺(tái)最大位移、最大應(yīng)力及鋼平臺(tái)的長細(xì)比均大于規(guī)范要求值，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不能滿足規(guī)范要求，存在較大的安全隱患。因此，要想順利地完成施工，必須采取一定措施對平臺(tái)進(jìn)行加固。鋼管樁主要用來支撐上部結(jié)構(gòu)，并將上部的力傳到鋼管樁下方的巖石，因此，從力學(xué)角度鋼管樁是軸心受壓構(gòu)件，對其主要進(jìn)行受壓穩(wěn)定性分析，保證其在最不利荷載作用下的變形較小且正常工作。經(jīng)過分析，該平臺(tái)穩(wěn)定性不能滿足要求的主要原因有2 個(gè)：（1）平臺(tái)鋼管樁入土深度不足導(dǎo)致平臺(tái)抗彎強(qiáng)度不足；（2）鋼管樁基礎(chǔ)自由長度較大，單樁在垂直荷載作用下容易出現(xiàn)突然彎曲而破壞的壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，要解決該問題的方案是增強(qiáng)樁基承載力和穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)場的條件，以下2 個(gè)方案可以實(shí)施：（1）設(shè)置水下剪刀撐。由于本工程的鋼管樁自由端過長，可以考慮設(shè)置水下剪刀撐，在鋼管樁豎立后，通過吊機(jī)駁放入預(yù)先加工好的剪刀撐連接構(gòu)件，進(jìn)行水下焊接，也可采取抱箍和螺栓連接代替焊接，水面上的剪刀撐施工則直接采用焊接的方法。（2）將部分已達(dá)到強(qiáng)度的工程樁與鋼管樁進(jìn)行平聯(lián)，通過灌注樁提供穩(wěn)定性。此外，加強(qiáng)平臺(tái)鋼管樁之間的連接強(qiáng)度，使平臺(tái)整體變形而非局部變形，控制平臺(tái)變形。水下焊接需要配備專門的水下焊接設(shè)備，且水下安裝的質(zhì)量和安全很難保證，因此，經(jīng)過綜合分析本項(xiàng)目采取了方案（2）加強(qiáng)鋼平臺(tái)穩(wěn)定性。

3.2 施工工藝流程

在2#泊位鋼平臺(tái)施工過程中，項(xiàng)目部通過合理安排平臺(tái)、灌注樁施工順序、達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度灌注樁與鋼管樁平聯(lián)及鋼管樁間平聯(lián)的施工順序，有效提高了鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為工程順利實(shí)施起到關(guān)鍵的保障作用。本文以2#泊位鋼平臺(tái)施工為例，著重講解如何合理安排鋼平臺(tái)工程樁與鋼管樁平聯(lián)、鋼管樁間平聯(lián)及灌注樁施工等工序的施工順序來提高平臺(tái)的穩(wěn)定性。2#泊位平臺(tái)鋼管樁平聯(lián)及鋼管樁與灌注樁平聯(lián)效果圖如圖1 所示。

圖1 2#泊位平臺(tái)鋼管樁平聯(lián)及鋼管樁與灌注樁平聯(lián)效果圖

1）在小波浪下，搭設(shè)起始鉆孔平臺(tái)（1#～8#灌注樁平臺(tái)）。每根鋼管樁打到位后，通過平聯(lián)與相鄰鋼管樁連接，及時(shí)安裝平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)；及時(shí)焊接已有灌注樁（引橋3 根灌注樁）與相鄰鋼管樁間聯(lián)系撐。

2）在小波浪下，先進(jìn)行1#、4#、5#、8#灌注樁施工，灌注樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，及時(shí)焊接1#、4#、5#、8#灌注樁與相鄰鋼管樁間聯(lián)系撐。

3）在小波浪下，繼續(xù)進(jìn)行2#、3#、6#、7#灌注樁施工。

4）在小波浪下，繼續(xù)搭設(shè)平臺(tái)（搭設(shè)24#、25#灌注樁平臺(tái)及13#、14#灌注樁平臺(tái)）。每根鋼管樁施打到位后，通過平聯(lián)與相鄰鋼管樁連接，及時(shí)安裝平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)。

5）在小波浪條件下，先進(jìn)行13#、24#灌注樁施工，灌注樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，焊接13#、24#灌注樁與相鄰鋼管樁間的聯(lián)系撐。再進(jìn)行14#、25#灌注樁施工，灌注樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后及時(shí)焊接聯(lián)系撐。

6）在小波浪下，繼續(xù)搭設(shè)平臺(tái)（26#～31#灌注樁平臺(tái)及15#～20#灌注樁平臺(tái)）。每根鋼管樁施打到位后，通過平聯(lián)與相鄰鋼管樁連接，及時(shí)安裝平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)。

7）在小波浪條件下，先進(jìn)行15#、16#、18#、19#、26#、27#、29#、30#灌注樁施工，灌注樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，焊接灌注樁與相鄰鋼管樁間的聯(lián)系撐。再進(jìn)行17#、20#、28#、31#灌注樁施工。

8）在小波浪下，繼續(xù)搭設(shè)平臺(tái)（21#～23#灌注樁平臺(tái)及32#～34#灌注樁平臺(tái)）。每根鋼管樁施打到位后，通過平聯(lián)與相鄰鋼管樁連接，及時(shí)安裝平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)。

9）在小波浪條件下，進(jìn)行21#～23#、32#～34#灌注樁施工。

10）在小波浪下，繼續(xù)搭設(shè)平臺(tái)（9#～12#灌注樁平臺(tái)）。每根鋼管樁施打到位后，通過平聯(lián)與相鄰鋼管樁連接，及時(shí)安裝平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)。

11）在小波浪條件下，先進(jìn)行9#、12#灌注樁施工，灌注樁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，及時(shí)焊接9#、12#灌注樁與相鄰鋼管樁間的聯(lián)系撐。

12）在小波浪下進(jìn)行10#、11#灌注樁施工。

3.3 方案實(shí)施效果

通過上述方式加固的平臺(tái)，項(xiàng)目部順利地完成了覆蓋層較薄區(qū)域所有的灌注樁施打，未發(fā)生一起因平臺(tái)穩(wěn)定性不足而引起的安全或質(zhì)量問題。

4 結(jié)語

橋梁工程灌注樁施工鋼平臺(tái)施工過程中，當(dāng)遇到覆蓋層淺，平臺(tái)穩(wěn)定性僅靠鋼管樁之間平聯(lián)不能滿足要求時(shí)，可將達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的工程樁與鋼管樁平聯(lián)來加強(qiáng)平臺(tái)穩(wěn)定性，該方法被證明有效，可借鑒推廣。