冬季夹桩方案.doc

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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1300×1200(b×h)，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650×650（平台采用600×600）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（10×15夹桩木外扣16槽钢），基桩横向上（4~5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h＝21cm，冰抗压强度σ＝1.12MPa(海冰温度取－5℃,根据《港口工程荷载规范》σ＝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F＝B×h×σ＝0.60×0.21×1125=141.75KN，由上述计算知冰对桩的作用力为F＝141.75KN，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=7×7=49m2
Pc=38×1×0.21×（49）1/2
Pc=79.8KN
3、冻结在桩上的连续冰层作用力
Pn=3000×h2/1n（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=3000×0.32/1n（50×0.3/0.848）=93.97KN
砼方桩设计承载力为2044KN＞993.97KN
综合，流冰压力Pc=79.8KN＜F＝141.75KN
4、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t＝ηT:
η＝2, T=(EpIp/(mbo))1/5, m=4500KN/m4,
桩砼C50，Ep＝3.45×107KN/m2,
Ip=0.64/12-0.274×π/64=10.5*10-3 m4,
bo=2d=1.2m,
T=(EpIp/(mbo))1/5=(3.45×107×10.5*10-3/(4500×1.2))1/5=1.5m
t=2×1.5=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F＝141.75KN, 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M0＝8.7*Fd＝123.37KN·m，根据《港口工程桩基规范》C1＝M0/(H0×T)=138.62/(21.66×2.2)=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C2＝1.169,最大弯矩Mmax＝M0×C2=23.37×1.169=144.22KN·m
（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)
＝141.75×1.5×(9.52-1.52)/(2×9.52)=103.66KN·m
综上所述MU>1.6M,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Ι20工字钢进行夹桩，Ι20工字钢计算参数：
Ix＝2370cm4,ix=8.15cm,Iy=158cm4,iy=2.12cm，计算长度L＝6.5m，A＝35.5cm2。
①、 强度验算：
σ＝N/A＝141.75/(35.5×10-4)=39.9MPa<210 Mpa
强度满足要求
②、刚度验算：
λx=L/ ix=655/（2×8.15）=40.18
λy=L/ iy=655/（2×2.12）=154.48
刚度满足要求
③、稳定性验算：
截面关于x轴y轴都属于b类，λy>λx
λy(SQRT（fy/235）)=154.48
查表得 φ＝0.304
N/(φ×A)= 141.75×103/(2×0.304×35.5×102)
=65.68 Mpa<215Mpa
整体稳定性满足要求
④、Ι20焊口受剪力验算：（钢背部焊肉hf=7.0mm）
τ＝Ne/Ae
=141.75/(0.7×7.0×(6.5-0.7×2)×10-5×2×2)
=141.7 Mpa<215 Mpa
有上可知双拼Ι20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Ι32工字钢进行夹桩，Ι32工字钢及荷载计算参数：
q=19195N/m，l=6.5m，Wx=692.2cm3，
① 、强度验算：
Mmax=ql2/8=19195×6.52/8=101.4kN·m
σ= Mmax/Wx=101.4/(2×692.2)=73.24N/mm2＜[σ]
强度满足要求
② 、抗剪验算：
Qmax= ql/2=19195×6.5/2=62383.75N
查表得：Ix/S﹡zmax=27.46cm，d=9.5mm
Tmax=62383.75/ （S﹡zmax×d×2）=11.96N/mm2＜[t]
抗剪满足要求
③、Ι32焊口受剪力验算：（钢背部焊肉hf=9.5mm）
τ＝Ne/Ae
=63.38/(0.7×9.5×(6.5-0.95×2)×10-5×2×2)
=50.96Mpa<215 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：F＝24×8×0.21×0.9＋4.022=12.126T
上浮力：F＝24×8×0.21×(1.1－0.9)-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10×15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
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
上浮力：F＝24×8×0.21×(1.1－0.9)-4.022=4.042T
钢筋焊口受剪力验算：（钢筋间焊肉hf=12mm）
τ＝Ne/Ae
=40.42/(0.3×12×2×25×5)
=44.9Mpa<215 Mpa 合格
三、附图
平台夹桩细部图
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