冬季夹桩方案.doc

天津临港造修船基地1-4#突堤码头工程抗冰夹桩施工方案一、工程概况坞口前沿线外布置有4座突堤码头。其中位于1坞坞口东侧为1突堤码头，长度76.6m，宽度12m；位于两坞正中的为2、3突堤码头，最大长度约80.96m，宽度48m；位于2坞坞口西侧为4突堤码头，长度73.6m，宽度12m。突堤码头面标高均同厂区地坪为6.00m，前沿线设计泥面标高为-8.0m，端部水域泥面为-9.0m。现浇下横梁底标高为2.80m，断面尺度为13001200(bh)，下横梁上为预制矩型钢筋混凝土轨道梁、边梁，其中轨道梁底宽800mm（1200mm）、高度2000mm，边梁底宽400mm、高度1200mm。上横梁现浇至标高5.38m时，安装450厚预制钢筋混凝土空心大板，最后现浇170mm厚面层钢筋混凝土，将码头连成整体。目前1#突堤与2#突堤已基本完成，4#突堤还未进行方桩沉设，3#突堤与平台共沉设方桩157根，其中143根桩需要进行抗冰夹桩为保证已经打设砼桩安全越冬，需进行临时加固，特编制抗冰夹桩施工方案。二、依据资料渤海海冰设计作业条件（海洋出版社2001版ISBN）港口工程荷载规范（JTS144-1-2010）港口工程桩基规范（JTJ254-98）高桩码头设计与施工规范（JTS167-1-2010）港口工程结构设计算例（交通部第一航务勘察设计院1998）三、3#突堤码头及平台夹桩方案突堤码头采用纵向空心大板的高桩梁板式结构，横向排架间距7m，桩基采用650650（平台采用600600）预应力方桩，突堤码头部分一般每一排架设8根桩，平台每一排架一般设5根直桩。完成沉桩后，将桩顶凿除至设计桩顶标高，设1道夹桩木（1015夹桩木外扣16槽钢），基桩横向上（45根桩）采用钢梁将方桩加固在一起，纵向上采用钢梁将相邻排架的砼方桩连接加固在一起，排架间设置斜向撑，以每2个排架为一个整体，作为受力对象，由于3#突堤桩间距较平台小，受力不如平台桩受力大，下面只对平台桩进行详细验算。四、夹桩计算书1、冰压力计算 需夹桩区域以冰挤压桩直至破碎情况进行计算。根据渤海海冰设计作业条件对冰区划分，该施工区域属于第7（歧口）、8（曹妃甸）区域之间，按5年重现期进行取值，冰厚h21cm，冰抗压强度1.12MPa(海冰温度取5,根据港口工程荷载规范1.17-0.13T)。码头横向为东西方向，纵方向为南北方向，横方向排架间距为7.0m，流冰作用力作用在北侧的桩上，北侧桩受水平力大小为FBh0.600.211125=141.75KN，由上述计算知冰对桩的作用力为F141.75KN，年前所需加固桩泥面标高为5-7m，按平均泥面-6m计算，桩顶标高为3.5m,夹桩处位置标高2.7m。2、流冰撞击力 由于本工程正对港池和航道，涨潮时冰的流动方向正对码头前沿，其冲击力为： Pc=KVbh（Q）1/2 Pc-流冰撞击力（KN） K-与冰的极限抗压强度有关的系数，取K=38 Vb-流冰速度（m/s），对海上仅受到风影响而流动的冰块，取Vb=1 m/s h-冰厚，取h=0.21m Q-流冰面积，取与冰厚h相对应的面积，取单桩周围的冰面积Qmax=77=49m2 Pc=3810.21（49）1/2 Pc=79.8KN3、冻结在桩上的连续冰层作用力 Pn=3000h2/1n（50h/d） h-结冰期最大冰厚 d-墩柱直径，取桩断面d=0.848（外接圆） Pn=30000.32/1n（500.3/0.848）=93.97KN 砼方桩设计承载力为2044KN993.97KN 综合，流冰压力Pc=79.8KNF141.75KN4、嵌固点计算嵌固点按照港口工程桩基规范（JTJ254-98）进行计算，嵌固点深度tT:2, T=(EpIp/(mbo)1/5, m=4500KN/m4,桩砼C50，Ep3.45107KN/m2,Ip=0.64/12-0.274/64=10.5*10-3 m4,bo=2d=1.2m,T=(EpIp/(mbo)1/5=(3.4510710.5*10-3/(45001.2)1/5=1.5mt=21.5=3.0m（标高9m），如下图：5、不同标高桩身受力计算（1）、冰的作用点在+2.7m时：10根桩所抵抗的水平力F141.75KN, 10根桩能形成刚性整体，单根桩2.7m处受力Fd=F/10=141.75/6=14.18KN,桩身在泥面处所受弯矩M08.7*Fd123.37KNm，根据港口工程桩基规范C1M0/(H0T)=138.62/(21.662.2)=2.91,其中M0为泥面处桩身弯矩，H0为泥面处桩身所受水平力，T为桩身相对刚性系数。根据m法计算用无量纲系数表，取大值C21.169,最大弯矩MmaxM0C2=23.371.169=144.22KNm（2）、冰的作用点在0.5m时：此时按桩在嵌固点位置固接，夹桩处绞接进行计算。桩身嵌固点处所受弯矩为：M嵌Pb（L2-b2）/(2L2)141.751.5(9.52-1.52)/(29.52)=103.66KNm综上所述MU1.6M,在冰厚不超过21cm情况下能抵抗冰的影响。6、夹桩钢梁计算：码头横向为东西方向，纵方向为南北方向，横方向排架间距为7.0m，取7.0m流冰作用力作用在北侧的桩上，受冰的作用力主要为南北方向，夹桩钢材计算如下：（1）、纵向夹桩钢材计算，拟选用20工字钢进行夹桩，20工字钢计算参数：Ix2370cm4,ix=8.15cm,Iy=158cm4,iy=2.12cm，计算长度L6.5m，A35.5cm2。、 强度验算：N/A141.75/(35.510-4)=39.9MPaxy(SQRT（fy/235）)=154.48查表得 0.304N/(A)= 141.75103/(20.30435.5102) =65.68 Mpa215Mpa整体稳定性满足要求、20焊口受剪力验算：（钢背部焊肉hf=7.0mm）Ne/Ae=141.75/(0.77.0(6.5-0.72)10-522)=141.7 Mpa215 Mpa有上可知双拼20工字钢满足夹桩要求（2）、横向夹桩钢材计算，按照简支梁计算，拟选用32工字钢进行夹桩，32工字钢及荷载计算参数： q=19195N/m，l=6.5m，Wx=692.2cm3， 、强度验算：Mmax=ql2/8=191956.52/8=101.4kNm= Mmax/Wx=101.4/(2692.2)=73.24N/mm2强度满足要求 、抗剪验算：Qmax= ql/2=191956.5/2=62383.75N查表得：Ix/Szmax=27.46cm，d=9.5mmTmax=62383.75/ （Szmaxd2）=11.96N/mm2t抗剪满足要求、32焊口受剪力验算：（钢背部焊肉hf=9.5mm）Ne/Ae=63.38/(0.79.5(6.5-0.952)10-522)=50.96Mpa215 Mpa（3）、冰荷载对夹桩木作用力计算：根据高桩码头设计与施工规范（JTS167-1-2010）取单对夹桩木承受荷载为5T，其中对拉螺栓为20圆钢，方垫为110*110*13mm钢垫，紧固工具为1m臂长扳手。由于潮水涨落，所在码头桩区域内部冰会附着于夹桩木及连接钢材上形成整体，对夹桩木具有下压和浮托的力。每5根桩位一组，冰作用范围按24*8m，冰厚按21cm进行计算冰作用力下压力：F2480.210.94.022=12.126T上浮力：F2480.21(1.10.9)-4.022=4.042T单对夹桩木承受荷载为5T， 2根桩承受总荷载为10T,有上可知，夹桩木可以承受冰上浮,不能承受下压作用力，为提高承受下压力，采用在桩顶设置U型兜攀，兜攀为30圆钢，兜攀与夹桩钢梁焊接加固，每根桩1根，承受荷载为15t，5根桩承受总荷载为75T，满足承受下压作用力要求。五、夹桩安全措施为保证夹桩达到预期效果，保证过冬期间桩基安装，在加固过程中需注意以下事项：1、夹桩木采用1015木枋，夹桩过程中保证水平，木方长边与桩接触；2、对拉螺栓采用M20螺栓，位置距桩边不得大于5cm；3、对拉螺栓两端均需搁置110*110*13方垫，然后用臂长1m扳手将螺母尽力校紧，做到钢垫片入夹桩木至少1mm；4、平台桩顶钢筋须子须对称挑两根与纵向钢梁可靠焊接，与夹桩木共同抵抗上浮力5、钢梁与钢梁相交处，钢梁背部及开口处均需通长焊接，并保证焊肉高度；6、现场无法实施环节需与技术人员取得联系；7、加固完后，仔细按施工图进行检查，尽量避免返工；8、在施工过程中确保人身安全，不违章指挥、不违章操作，互相提醒、互相照顾。加固完成后须加大检查力度：1、无冰凌期，每天巡视预防过往船只碰撞已加固成型段；检查警示标示及安全旗完好情况；防止加固钢梁被盗窃工作；2、冰凌期，每天除防止无冰凌期事项，另外需逐个检查加固设施的完好性，出现开焊，钢梁丢失及时进行汇报并修复；整个冬季每天需做好检查记录。六、附件 1、3#突堤及平台夹桩施工图天津临港造修船基地1-4#突堤码头工程平台抗冰夹桩补充方案一、补充说明“抗冰夹桩冬季施工方案”中已经对夹桩钢梁的受力进行了详细验算，并且验算结果均合格，由于平台桩基抗冰夹桩采取与吊底相结合的工艺，故须对桩基抵抗上浮力进行单独验算，本补充方案主要针对平台桩基抵抗冰层的上浮力进行专项验算。二、上浮力验算