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具有运输PHC桩要求的临时码头施工要点

2022-05-27 08:46:27

摘    要:

东非某水工项目临时码头需要出运PHC桩,其功能是储存来自国内的PHC桩,并在沉桩施工前,通过临时码头吊至运输方驳上运输至沉桩区域。其具有施工周期长、堆存数量多、使用频率高、使用荷载大、地基沉降要求高的特点。从临时码头的结构形式、钢管桩施工顺序、上部结构施工、使用功能等要点等方面进行详细阐述、并且对出运栈桥、弹性基础梁和防护桩等主要的受力构件进行验算,为临时码头的安全施工及正常运行提供保障,为行业内具有出运PHC桩要求的临时码头提供参考。


引言

临时码头的作用往往是为了让施工船舶临时停靠、材料出运或者人员上下的,而一些项目的因使用时间较长,使用频繁,使用荷载较大,需要特别设计。工程师同行业对临时码头的设计和施工做出了大量的研究。陆阳等针对施工临时码头区域地质条件差、工期紧、预算限制的问题,以马来西亚槟城吹填STP2项目为例,进行了不同结构形式临时码头的分析和研究[1];周伟等港珠澳大桥香港接线高架桥工程预制场临时码头工程提梁门架的设计思路及特点。通过对不同结构形式进行比选,并充分利用现场已有材料,确定合理的门架结构形式[2],该临时码头是具有短期堆存及出运的使用功能;庄纪文等结合青岛海湾大桥海上大型临时码头的设计、施工、使用情况,阐述了如何进行全过程安全控制,通过合理的设计标准,选择切合实际的设计参数,确定结构形式[3];杨晓非[4]等以某沿海速建速拆式临时码头为例,设计三种结构形式临时码头,通过方案比选,确定双体式钢圆筒型临时码头方案,并介绍了该码头的主要施工要点;周伟[5]等以福州白马港某临时码头工程为例,介绍了钢和混凝土组合结构码头的型式、优点、主要施工工艺和施工注意事项等;庄纪文[6]等结合青岛海湾大桥海上大型临时码头的设计、施工、使用情况,阐述了如何进行全过程安全控制,通过合理的设计标准,选择切合实际的设计参数,确定结构形式,施工和使用中加强监护和巡查维修,实施交通管制和预警,确保临时码头的正常使用;罗大方[7]等通过工程实例,简介如何规划博贺新港区大型临时码头,确保其既能满足防波堤施工需要,又能为港区其他项目所用,降低整个港区的建设成本;王建平[8]等分析可分解式临时码头的必要性,介绍一个可以靠泊车客渡和自航船的临时浮码头的总体方案,并探讨该类浮码头的主要技术特点。


1 工程概况

本工程为改扩建项目,采用PHC桩作为桩基础,共1014根,单根桩长度为36~42 m,带钢桩靴,桩靴长度为1.5~7.0 m不等,是该国历史上初次采用PHC桩作为码头施工的桩基础形式。基桩整桩从中国运输至东非,再卸驳至临时码头后方的堆场临时储存。该临时堆场分为三个堆存区,同时堆存135根PHC桩,堆场上设有两台龙门吊。水下打捞公司沉桩施工需要时,通过龙门吊将PHC桩抬吊至驳船上,驳船停靠在临时码头两座钢栈桥之间,再运输至沉桩区域。


临时码头结构型式为离岸式钢结构高桩码头。钢栈桥长度55.2 m,桩基拟采用Φ600 mx8 mm钢管桩,面板宽度为2.4 m,钢管桩间距1.8 m,排距9 m,单幅14根,共28根,桩底标高-17 m。主梁采用双拼45b工字钢焊接固定在开槽的管桩顶上,次梁采用321贝雷片与主梁工字钢固定,单幅4排贝雷片,使用花窗固定形成整体,顶层分布梁采用I20a工字钢,码头平台面板为5 mm厚钢板。码头平面尺寸为2.4 m×50 m。在单幅钢管桩两侧设置防护桩,采用Φ600 mx8 mm钢管桩,单幅14根,共28根。临时码头的施工剖面图见图1~图2所示。

图1 临时码头横向剖面图

图2 临时码头纵向剖面图

临时码头共有7排钢管桩,每排8根,临时码头左右各4根,共计56根。利用驳48上150 t履带吊,从邻近码头开始,采用边退边打,从左往右的方式进行沉桩工作。钢管桩尺寸的要点如下:

1)用卷尺对钢管桩任一位置测得实际周长与理论周长之比不能超过±1%;

2)管端平面倾斜要求小于0.5%桩身外径,且不大于4 mm;

3)钢管平直度:纵轴线的弯曲矢高不大于桩长的0.1%;

4)外径不应大于理论外径1%,外径不应小于理论外径1%;

5)钢带的对头焊缝与桩顶端距离大于100 mm。


2 所需机械设备和材料

临时码头的钢管桩沉桩施工采用振动锤,其参数见表1所示。沉桩顺序是从陆侧往海侧施工,由于项目的整个施工周期约为5年,因此在钢管桩的侧部设置了阳极块,能大为提高钢管桩的耐久性,满足在施工周期内钢管桩的承载力需求。

  

表1 DZJ-90振动锤参数表

表1 DZJ-90振动锤参数表

临时码头所需机械设备见表2所示,需要的2只运输方驳驳船分别为3000 t和1000 t,均为邻国的项目调配过来,方驳均为无动力船舶,需要拖轮拖带至桩区,每次沉桩作业前,用打桩船从拖轮上将PHC桩吊起,拖至桩位上。

  

表2 主要机械设备配置表

表2 主要机械设备配置表

临时码头施工所用材料见表3所示,主要采用贝雷架的形式,上设2条钢轨道,钢轨道下方设置混凝土梁,采用钢垫夹将钢轨道和混凝土梁扣紧,并且在施工周期范围内进行定期检查,防止夹片松脱,影响吊桩安全。

  

表3 临时码头所需材料表

表3 临时码头所需材料表

3 受力计算

对装卸驳临时出运码头主要构件进行验算,临时码头主要包括出运栈桥、弹性基础梁和防护桩。出运栈桥中心距与龙门吊础距一致,为27 m,单侧出运栈桥宽度为2.4 m,桩基间距为9 m。出运栈桥采用600 mm钢管桩,其壁厚为8 mm。钢管桩定横梁采用双拼I45b,主梁采用“321”贝雷片(3×1.5 m),栈桥横向布置4组贝雷片。桥面横梁采用I20a工字钢,中心间距为300 mm,弹性基础梁坐落在方块码头上,基床系数暂取50 000 kN/m3,防护桩仅承受挤靠力,不考虑系缆力及撞击力。


3.1 出运栈桥

出运栈桥一段坐落在方块码头上,本次计算未考虑方块码头的沉降对出运栈桥的影响及码头的稳定性验算,其计算模型见图3所示,计算采用有限元软件ANSYS进行。


图3 出运栈桥的受力模型

3.2 出运栈桥的计算结果

出运栈桥的主要构件复核成果见表4~5所示。由表可知,出运栈桥的主要构件的剪应力值和弯矩值都满足要求。

  

表4 出运栈桥主要构件剪应力复核成果表

表4 出运栈桥主要构件剪应力复核成果表

  

表5 出运栈桥主要构件正应力复核成果表

表5 出运栈桥主要构件正应力复核成果表

3.3 弹性基础梁复核

方块上方的轨道梁采用弹性地基梁结构,轨道梁为矩形,高度为700 mm,宽度为500 mm,基床系数取为50 000 kN/m3。弹性地基梁内力计算见表6所示。

  

表6 弹性地基梁内力计算表

表6 弹性地基梁内力计算表

图4 承载能力弹性基础梁弯矩图

图5 承载能力弹性基础梁剪力图

由图4~5可知,承载能力,基础梁的弯矩和剪力值均满足设计要求。


3.4 防护桩计算

防护桩的计算模型见图6所示,内力计算结果见表7所示,防护桩满足船舶挤靠力使用要求。

  

表7 承载能力状态时防护桩复核成果表

表7 承载能力防护桩复核成果表


图6 防护桩计算模型

图7 承载能力防护桩弯矩图(k N.m)

4 结语

对东非某项目的具有堆存和出运管桩功能的临时码头的两座钢栈桥的设计和施工要点进行了分析,对施工需要的机械设备、材料进行了统计,并且对出运栈桥、弹性基础梁和防护桩进行了受力验算,对具有桩基出运需求的水工项目临时码头施工提供参考。


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