人工島燈塔平臺斷樁修復治理

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.中國石油集團海洋工程有限公司，北京 100028

某人工島登陸點碼頭的燈塔平臺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，為了保證燈塔平臺結構本身的安全性并恢復其正常使用功能[1]，對該平臺進行了修復。本文主要介紹平臺的整個修復過程，包括修復方案、修復設計和施工工藝流程。

1 修復方案

該燈塔平臺為高樁墩臺式結構，上部墩臺頂標高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。發生意外碰撞后，其中一根鋼樁頂部與墩臺斷開連接，并有明顯的傾斜，如圖1所示。為恢復該平臺的使用功能，必須對該平臺進行處理。若其余3根樁不能繼續使用，則需在鄰近新建一座燈塔平臺；若其余3根樁能繼續使用，則對該平臺進行修復。經過現場檢測，另外3根樁完好，能夠繼續使用，因而決定進行修復。

圖1 現場照片

2 修復設計

2.1 總體布置

燈塔平臺的修復應盡量保證登陸點平面總體布置不變，即保證燈塔平臺上部鋼筋混凝土墩臺的原位恢復[2]。在利用燈塔平臺原有的3根鋼樁的基礎上，經計算需要增設兩根鋼樁。新增鋼樁的布置應避開已斷鋼樁，以保證新打鋼樁與斷樁在泥面下不碰撞。根據燈塔平臺的原有樁基布置，考慮調整新增樁基斜度和偏轉角度以抵抗冰荷載和系纜力等荷載，同時考慮利用現有鋼樁材料以減少材料采辦時間，經計算確定新增樁基直徑1.2 m；設計樁頂標高3.6 m，樁底標高-44.5 m，樁基所在豎直面內的斜度為4∶1，與水平方向的平面扭角分別為0°和135°。修復后的燈塔平臺樁基平面布置如圖2所示，原有3根樁軸號為N-26，O-26和O-27，新建2根樁軸號為N-27和N′-27。

圖2 修復后燈塔平臺樁基平面布置示意

2.2 設計計算

2.2.1 計算模型

計算分析采用ANSYS有限元軟件建立模型，如圖3所示。

2.2.2 荷載

考慮平臺在位時可能受到的各種荷載作用，計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，包括平臺上操作荷載和上部設施重量。

冰荷載：根據《試驗研究報告》結果進行計算，考慮90°來冰和180°來冰兩種情況，冰力分析計算情況見表1。

2.2.3 計算結果

（1） 樁基強度。樁基強度計算結果見表2，從表2可以看出，計算出的樁基應力均小于設計值283 MPa，滿足要求。

圖3 計算分析模型

表1 燈塔平臺冰力

表2 樁基強度計算結果

（2）樁基承載力。根據ANSYS計算分析結果，樁基承受最大壓力6 300 kN；根據JTS 167-4-2012《港口工程樁基規范》[3]，鋼管樁抗壓承載力設計值可按下式計算：

式中：Qd為單樁軸向承載力設計值，kN；γR為單樁軸向承載力分項系數，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層土的極限側摩阻力標準值，kPa，已知參數；li為樁身穿過第i層土的長度，m，已知參數；η為承載力折減系數，取0.5；qR為單樁極限端阻力標準值，kPa，已知參數；A為樁端外周面積，m2，為πD2/4，D為樁直徑取1.2 m。

將已知樁基設計參數代入公式求得樁基承載力設計值Qd為7 930 kN（＞6 300 kN），承載力滿足要求。

3 施工工藝及流程

根據修復方案和設計圖紙編制進行施工組織設計。施工流程[4]：施工準備→上部設施拆除→墩臺拆除→斷樁拆除→新增鋼管樁施工→墩臺施工→上部設施恢復。

3.1 上部設施拆除

利用浮吊進行燈塔平臺墩臺上部設施的拆除，主要工作有連接棧橋和燈塔設施的拆除。

3.2 墩臺拆除

將鋼筋混凝土墩臺切割分塊，利用浮吊進行墩臺的拆除。

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輸。

3.4 鋼樁施工

鋼樁施工嚴格按照JTS 167-4-2012《港口工程樁基規范》執行。補打樁為φ1 200 mm的鋼管樁，采用打樁船施工，停錘標準按如下控制：

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

（2）當已達到控制貫入度而樁端未達到設計標高時，應繼續錘擊兩陣，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，且樁端距設計標高不宜超過2.5 m。

（3）當樁端達到設計標高而貫入度大于上述要求時，應繼續沉樁0.5～1.0 m；貫入度仍較大者，再與已動測的相同條件的樁進行對比，若其沉樁情況比已動測的樁的沉樁情況好，則按已動測的樁確定其承載力，否則應進行動測確定其承載力。

3.5 墩臺施工

（1）墩臺混凝土采用現澆施工，并振搗密實，嚴防漏漿、漏振，并加強養護。

（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及水位變動區；分層澆筑的混凝土層間確保連接可靠，并嚴格滿足規范要求，澆筑混凝土前，對照各相關圖紙，確保無誤后澆筑。

（3）現澆墩臺為大體積現澆混凝土，施工包括模板支護、振搗、養護等施工工藝，并防止大塊混凝土澆筑后產生裂縫，造成不利影響。

（4）鋼筋根據配筋圖進行實際放樣。（5）提前預埋相應埋件。

3.6 上部設施恢復

待上部混凝土墩臺達到設計強度后，進行上部設施恢復，包括連接棧橋的安裝、燈塔的安裝，所有上部設施恢復完成后，即完成全部修復工作。

4 結束語

本次修復采用補打兩根新樁的方法，施工工藝緊密結合現場實際情況和工程經驗，做到施工安全、經濟、方便。經修復后的燈塔平臺恢復原來的使用功能，并已投入正常使用。