灌注樁平聯鋼管樁在增強鋼平臺穩定性方面的應用

張立輝

（中交四航局第三工程有限公司，廣東湛江524005）

1 工程概況及設計條件

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

本工程相應的設計參數及計算參數如下：

設計高水位+1.69m；設計低水位+0.27m；設計風速：V風=14m/s；設計流速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；施工設備荷載：人群荷載：3kN/m2；90kW 沖孔樁機：長7.2m，寬2.1m，單臺鉆機荷重7t，考慮動力系數1.3；回旋樁機：長7.5m，寬2.5m，單臺鉆機荷重13t，考慮動力系數1.3[1]。

2 結構布置形式

為了滿足材料運輸、施工機械及人員行走的需要，靠船墩與裝卸平臺必須統一搭設，并且須與棧橋結構相連接。

2#泊位鉆孔平臺為“一”字形，橫向長93m，縱向長20.75m，頂標高+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。下部樁基結構采用φ800mm×10mm鋼管樁，樁間距6.0～9.0m 不等。鋼管樁之間則設φ600mm×8mm 和2[28a 平聯。

3 平臺穩定性分析及原因分析

3.1 平臺穩定性分析

根據平臺設計使用荷載及相關參數，通過有限元計算軟件Midas，對平臺鋼管樁之間通過平聯連為整體并在入土深度約為5.5m 條件下的平臺穩定性進行了計算。主要在最不利的受力條件下對鋼管樁的最大應力進行分析，結果顯示在這種情況下平臺最大位移、最大應力及鋼平臺的長細比均大于規范要求值，結構的穩定性不能滿足規范要求，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進行加固。鋼管樁主要用來支撐上部結構，并將上部的力傳到鋼管樁下方的巖石，因此，從力學角度鋼管樁是軸心受壓構件，對其主要進行受壓穩定性分析，保證其在最不利荷載作用下的變形較小且正常工作。經過分析，該平臺穩定性不能滿足要求的主要原因有2 個：（1）平臺鋼管樁入土深度不足導致平臺抗彎強度不足；（2）鋼管樁基礎自由長度較大，單樁在垂直荷載作用下容易出現突然彎曲而破壞的壓桿失穩現象。因此，要解決該問題的方案是增強樁基承載力和穩定性。根據現場的條件，以下2 個方案可以實施：（1）設置水下剪刀撐。由于本工程的鋼管樁自由端過長，可以考慮設置水下剪刀撐，在鋼管樁豎立后，通過吊機駁放入預先加工好的剪刀撐連接構件，進行水下焊接，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）將部分已達到強度的工程樁與鋼管樁進行平聯，通過灌注樁提供穩定性。此外，加強平臺鋼管樁之間的連接強度，使平臺整體變形而非局部變形，控制平臺變形。水下焊接需要配備專門的水下焊接設備，且水下安裝的質量和安全很難保證，因此，經過綜合分析本項目采取了方案（2）加強鋼平臺穩定性。

3.2 施工工藝流程

在2#泊位鋼平臺施工過程中，項目部通過合理安排平臺、灌注樁施工順序、達到設計強度灌注樁與鋼管樁平聯及鋼管樁間平聯的施工順序，有效提高了鋼平臺結構穩定性，為工程順利實施起到關鍵的保障作用。本文以2#泊位鋼平臺施工為例，著重講解如何合理安排鋼平臺工程樁與鋼管樁平聯、鋼管樁間平聯及灌注樁施工等工序的施工順序來提高平臺的穩定性。2#泊位平臺鋼管樁平聯及鋼管樁與灌注樁平聯效果圖如圖1 所示。

圖1 2#泊位平臺鋼管樁平聯及鋼管樁與灌注樁平聯效果圖

1）在小波浪下，搭設起始鉆孔平臺（1#～8#灌注樁平臺）。每根鋼管樁打到位后，通過平聯與相鄰鋼管樁連接，及時安裝平臺上部結構；及時焊接已有灌注樁（引橋3 根灌注樁）與相鄰鋼管樁間聯系撐。

2）在小波浪下，先進行1#、4#、5#、8#灌注樁施工，灌注樁達到設計強度后，及時焊接1#、4#、5#、8#灌注樁與相鄰鋼管樁間聯系撐。

3）在小波浪下，繼續進行2#、3#、6#、7#灌注樁施工。

4）在小波浪下，繼續搭設平臺（搭設24#、25#灌注樁平臺及13#、14#灌注樁平臺）。每根鋼管樁施打到位后，通過平聯與相鄰鋼管樁連接，及時安裝平臺上部結構。

5）在小波浪條件下，先進行13#、24#灌注樁施工，灌注樁達到設計強度后，焊接13#、24#灌注樁與相鄰鋼管樁間的聯系撐。再進行14#、25#灌注樁施工，灌注樁達到設計強度后及時焊接聯系撐。

6）在小波浪下，繼續搭設平臺（26#～31#灌注樁平臺及15#～20#灌注樁平臺）。每根鋼管樁施打到位后，通過平聯與相鄰鋼管樁連接，及時安裝平臺上部結構。

7）在小波浪條件下，先進行15#、16#、18#、19#、26#、27#、29#、30#灌注樁施工，灌注樁達到設計強度后，焊接灌注樁與相鄰鋼管樁間的聯系撐。再進行17#、20#、28#、31#灌注樁施工。

8）在小波浪下，繼續搭設平臺（21#～23#灌注樁平臺及32#～34#灌注樁平臺）。每根鋼管樁施打到位后，通過平聯與相鄰鋼管樁連接，及時安裝平臺上部結構。

9）在小波浪條件下，進行21#～23#、32#～34#灌注樁施工。

10）在小波浪下，繼續搭設平臺（9#～12#灌注樁平臺）。每根鋼管樁施打到位后，通過平聯與相鄰鋼管樁連接，及時安裝平臺上部結構。

11）在小波浪條件下，先進行9#、12#灌注樁施工，灌注樁達到設計強度后，及時焊接9#、12#灌注樁與相鄰鋼管樁間的聯系撐。

12）在小波浪下進行10#、11#灌注樁施工。

3.3 方案實施效果

通過上述方式加固的平臺，項目部順利地完成了覆蓋層較薄區域所有的灌注樁施打，未發生一起因平臺穩定性不足而引起的安全或質量問題。

4 結語

橋梁工程灌注樁施工鋼平臺施工過程中，當遇到覆蓋層淺，平臺穩定性僅靠鋼管樁之間平聯不能滿足要求時，可將達到設計強度的工程樁與鋼管樁平聯來加強平臺穩定性，該方法被證明有效，可借鑒推廣。