冬季夹桩方案教学内容Word文档格式.docx
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《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=1m/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×
(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*10-3m4,
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·
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。
强度验算:
σ=N/A=141.75/(35.5×
10-4)=39.9MPa<
210Mpa
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)
=65.68Mpa<
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)
=141.7Mpa<
215Mpa
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·
σ=Mmax/Wx=101.4/(2×
692.2)=73.24N/mm2<[σ]
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)
=63.38/(0.7×
9.5×
(6.5-0.95×
=50.96Mpa<
(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×
0.9+4.022=12.126T
上浮力:
(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
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。
钢筋焊口受剪力验算:
(钢筋间焊肉hf=12mm)
=40.42/(0.3×
12×
25×
5)
=44.9Mpa<
215Mpa合格
三、附图
平台夹桩细部图