張 祥

（中國鐵建港航局集團有限公司 廣東珠海 519000）

1 工程概況

1.1 測風(fēng)塔基本情況

長樂A區(qū)（原B區(qū)）場址測風(fēng)塔位于福州市長樂市東南方外海海域，塔高100 m，測風(fēng)塔采用鋼管樁基礎(chǔ)和導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，測風(fēng)塔基礎(chǔ)立面圖如圖1所示，測風(fēng)塔基礎(chǔ)平面圖如圖2所示。樁基礎(chǔ)為4樁結(jié)構(gòu)，鋼管樁直徑為2 m，長度為101 m，上部6 m范圍的壁厚為36 mm，下部95 m范圍的壁厚為27 mm，單根樁總重量約為155 t（含樁內(nèi)十字形加強勁板），鋼管樁斜度為10∶1，鋼管樁內(nèi)部灌注C35微膨脹混凝土。海區(qū)水深約50 m，樁頂高出海平面約5 m，測風(fēng)塔位置處泥面高程-50.8 m，管樁入泥深度約70 m。

1.2 設(shè)計水位

極端高水位▽+4.56 m；設(shè)計高水位▽+3.20 m

極端低水位▽-3.77 m；設(shè)計低水位▽-2.52 m

1.3 海洋水文

（1）風(fēng)況

工程海域平均風(fēng)速4.5 m/s，最大值出現(xiàn)在11月，為5.4 m/s；最小值出現(xiàn)在5月，為3.7 m/s。月平均風(fēng)速以秋季（10～11月）最大，冬季（12～2月）次之。歷年最大風(fēng)速29 m/s，相應(yīng)風(fēng)向S；累年極大風(fēng)速32.7 m/s。常年盛行風(fēng)向為NNE、NE。年平均大風(fēng)日數(shù)62 d。

圖1 長樂A區(qū)測風(fēng)塔基礎(chǔ)立面圖

圖2 長樂A區(qū)測風(fēng)塔基礎(chǔ)平面圖

（2）波浪

工程海域全年以風(fēng)浪和涌浪并存的混合浪為主，年頻率達86%，其中以涌浪為主的波型占63%，以風(fēng)浪為主的波型占6%；單一風(fēng)浪年頻率占13%；單一涌浪年頻率不足1%。秋、冬、春三季以涌浪為主，夏季以單一風(fēng)浪為主。常浪向為ESE，頻率58%，次常浪向為ESE，頻率13.5%；強浪向為NNE～NE，平均波高1.4～1.5 m，最大波高9.1 m，次強浪向為ESE，平均波高1.2 m，最大波高16.0 m（由1976年8月9～10日臺風(fēng)影響所致）；3級及以下的波浪約占93.2%。累年平均波高1.1 m，各月平均波高在0.8～1.3 m之間；累年平均周期為5.2s，各月平均周期在4.5～5.6 s之間[1]。

長樂A區(qū)水深約50 m，風(fēng)大浪大，氣象水文條件惡劣，能夠供施工的窗口期較短，測風(fēng)塔基礎(chǔ)鋼管樁施工完后需要進行夾樁，穩(wěn)定鋼管樁結(jié)構(gòu)。

2 夾樁方法比較

2.1 常規(guī)夾樁

近岸高樁碼頭一般采用牛腿+型鋼、抱箍+型鋼或鋼管平聯(lián)等其他類似的模式進行夾樁[2]。在樁頂標高接近水面的區(qū)域，牛腿結(jié)構(gòu)易受波浪的影響，在此位置有效的作業(yè)時間短，同時焊接工作量比較大，焊接施工進度難以滿足實際工程進度要求；抱箍結(jié)構(gòu)雖然有效解決現(xiàn)場焊接難題，但其制作周期長，且在接近水面的施工壞境下安裝及拆卸困難，抱箍的位置也影響下部橫撐及斜撐的焊接[3]，對施工造成比較大的干擾；管樁平聯(lián)的夾樁方法焊接量大，并且需要對相鄰的兩根鋼管樁同時焊接，經(jīng)計算單樁在波浪流分布荷載作用下，樁頂水平位移為905 mm，管樁頂部搖晃使得無法同步焊接，先焊接一端另一端會由于管樁的搖晃不斷脫焊（見圖3）[4]。

圖3 鋼管平聯(lián)無法實現(xiàn)

這三種方法在使用時還需要特別注意在強風(fēng)浪條件下，對夾樁型鋼的剛度要求極高，型鋼的設(shè)計不能過于單薄，否則極易發(fā)生結(jié)構(gòu)變形。需要特別注意的是4根管樁由于長時間不能形成整體受力結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致單樁基礎(chǔ)在長時間內(nèi)形成長懸臂結(jié)構(gòu)，在海浪往復(fù)作用下，斜樁易造成管樁傾覆[5]。

2.2 裝配式夾樁平臺

夾樁平臺結(jié)構(gòu)采用HN400×200型鋼焊接而成，夾樁平臺自帶掛腿，可將夾樁平臺掛在鋼管樁上，每個樁位均布置8套頂推裝置，依靠8只10 t螺旋千斤頂調(diào)整及限制樁位，4根鋼管樁頂桿頂緊焊接限位板固定后，在每根鋼管樁上焊接牛腿，增加夾樁平臺承載力。裝配式夾樁平臺的制作均采用工廠加工，型鋼桁架式結(jié)構(gòu)可以有效削減波浪水平力及豎直力的作用[6]。夾樁平臺平面圖如圖4所示，夾樁平臺立面圖如圖5所示。

圖4 夾樁平臺平面圖

圖5 夾樁平臺立面圖

裝配式夾樁平臺在現(xiàn)場風(fēng)浪允許的條件下直接吊裝安裝，依靠夾樁裝置規(guī)避焊接量大難題的同時，鏤空桁架結(jié)構(gòu)也不影響下部水平撐及斜撐的焊接，并可以為后續(xù)施工提供安全、可靠的作業(yè)平臺[7-8]。

3 夾樁平臺荷載工況分析及計算結(jié)果

3.1 計算工況

夾樁平臺主要分2個工況，工況一是窗口期進行施工作業(yè)工況，工況二是非窗口期夾樁工況[9]。

工況一荷載標準組合:結(jié)構(gòu)自重+澆筑混凝土荷載+施工荷載+風(fēng)荷載（窗口期）+水流力+波浪力（窗口期）。

工況一荷載基本組合:0.9×（1.2×結(jié)構(gòu)自重+1.2×澆筑混凝土荷載+1.4×施工荷載+1.4×風(fēng)荷載（窗口期）+1.5×水流力+1.5×波浪力（窗口期））。

工況二荷載標準組合:結(jié)構(gòu)自重+澆筑混凝土荷載+風(fēng)荷載（非窗口期）+水流力+波浪力（非窗口期）。

工況二荷載基本組合:0.9×（1.2×結(jié)構(gòu)自重+1.2×澆筑混凝土荷載+1.4×風(fēng)荷載（非窗口期）+1.5×水流力+1.5×波浪力（非窗口期））。

經(jīng)過荷載對比，夾樁平臺主要受工況二控制，主要以工況二情況進行計算。

圖6 夾樁平臺 整體計算模型

3.2 計算模型

采用有限元分析軟件計算，各構(gòu)件均采用梁單元。鋼管樁在嵌固點標高固接，夾樁平臺與鋼管樁約束處鉸接[10]。

整體計算模型如圖6所示。

3.3 計算結(jié)果

經(jīng)計算夾樁平臺最大變形值387 mm，鋼管樁（Q345）最大應(yīng)力277 MPa＜f＝290 MPa，夾樁平臺（Q345）最大應(yīng)力202 MPa＜f＝290 MPa，鋼管樁及夾樁平臺強度滿足要求。

4 裝配式夾樁平臺應(yīng)用

在4根鋼管樁沉樁完成后，將多功能作業(yè)船定位于鋼管樁附近上風(fēng)口，使用打樁船進行吊裝，吊裝采用雙鉤聯(lián)吊，等效臂架78 m，樁架仰角18.5°，單鉤起重125 t，兩個吊鉤通過四根φ80鋼絲繩采用35 t卡環(huán)分別扣住預(yù)先設(shè)置在夾樁平臺掛腿上的吊耳，吊裝時讓鋼絲繩與基礎(chǔ)頂面成60°，同時通過打樁船前部的兩個導(dǎo)纜柱的兩根纜風(fēng)繩將平臺其中面向打樁船的兩個腳進行固定，以確保導(dǎo)管架平臺起吊過程中不在空中晃動和旋轉(zhuǎn)。

起吊后將夾樁平臺慢慢吊至樁頂上方50～60 cm高度后慢慢下放，直至夾樁平臺掛腿安放于4根鋼管樁頂部。

夾樁平臺安裝后（見圖7），每根鋼管樁安排2名工人使用千斤頂調(diào)節(jié)夾樁裝置以及1名技術(shù)人員現(xiàn)場測量管樁相對位置，使得每根鋼管樁與夾樁平臺支架16點頂緊，鋼管樁間相對距離滿足設(shè)計要求，頂緊后在每根鋼管樁樁頂部安裝3個10 t手拉葫蘆成60°，同時在夾樁平臺下部焊接牛腿[11]。因為夾樁平臺掛腿對鋼管樁平面調(diào)平及導(dǎo)管架安裝均有妨礙，要進行割除，割除后會破壞夾樁平臺受力，因此在掛腿割除前必須焊接牛腿（見圖8），作為夾樁平臺新的受力支承[12]。

圖7 夾樁平臺安裝

圖8 夾樁裝置限位

牛腿焊接完畢并驗收合格后進行夾樁平臺掛腿和鋼管樁樁頭的切割。隨后進入下一道施工工序。

5 結(jié)束語

裝配式夾樁平臺作為一種新型的夾樁結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)夾樁結(jié)構(gòu)相比，主要特點是既有效規(guī)避了強風(fēng)浪條件下波浪力的作用，為樁基的穩(wěn)定提供保障，又解決了有效作業(yè)時間短的情況下焊接量大的難題，有效提高夾樁效率，且鏤空桁架結(jié)構(gòu)不會阻礙后續(xù)施工，并可為后續(xù)施工提供安全可靠、便捷實用的作業(yè)平臺。