钻孔平台设计指南修改稿.doc

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钻孔平台设计指南

1、编制说明

《设计指南》由技术研发部编制，将作为全公司范围内分项工程结构设计的依据和参考，用于指导项目常规施工方案的设计，促进常规方案的标准化和模块化，从而起到减少项目方案设计人员的设计强度的作用，达到提高临时材料周转使用率的目的。

钻孔平台主要是指用于墩位位于水中，不便采取筑岛、沉井等措施施工，需要作为基桩施工水上工作平台进行基桩施工时的临时结构。

钻孔平台作为水上施工的临时结构，在桥梁施工中已经得到广泛应用，在工程实际中，钻孔平台具有以下特点：

①料用量大。

钻孔平台要承受钻机、吊机等荷载，需要投入大量钢护筒、临时钢管桩、桁架、型钢等临时材料。

②使用周期短。

钻孔平台主要应用于钻孔桩施工过程，在承台、墩身施工时，大部分平台结构要进行拆除，使用周期较短。

③结构类型相近。

目前采用的钻孔平台，大多为钢管桩贝雷桁架形式或钢管桩型钢结构形式，结构形式较为接近，可周转性、通用性强。

根据以上特点，如果能够采取措施提高钻孔平台材料的周转使用率，将为项目节约大量施工成本。

钻孔平台作为水中基桩施工的临时结构，主要承受的作用有钻机荷载、其他施工机具及堆载、平台自重等，另外根据工程实际情况考虑水压力、漂流物撞击力等水平荷载对平台结构的影响。

2、设计依据、参考资料

钻孔平台设计的主要依据和参考材料有：

①《公路桥涵设计通用规范》；

②《铁路桥涵设计规范》；

③《钢结构设计规范》；

④《公路桥涵地基与基础设计规范》；

⑤《海港水文规范》；

⑦《港口工程荷载规范》；

⑥《港口工程基桩规范》；

⑧相关行业规范，设计图纸等资料。

3、设计所需资料

进行钻孔平台设计，需要准备以下资料；

①工程概况、工程数量、结构形式、设计平面图；

②施工组织设计、进度计划安排；

③沿线各种地形断面图，地层断面图、地质报告；

④气象、水文资料；

⑤机械资料，主要为机械规格、外形尺寸、性能及轮、轨压强；

⑥平台上需堆放施工器具构件尺寸、重量。

4、钻孔平台布置和结构形式选择

4.1、钻孔平台平面布置

平台平面布置需考虑以下两个方面：

⑴．平台平面尺寸大小需满足基桩施工时施工机具、设备摆放通行及施工人员操作（生活）空间要求；

⑵．平台临时钢管桩基础平面布置应考虑方便后续承台、墩身施工，考虑侧面是否需要设置加宽平台；

⑶．根据实际情况，考虑吊装方式，是否需要设置龙门吊机；

⑷．考虑与钢栈桥等结构的连接。

4.2、钻孔平台高程确定

平台高程的确定，需要考虑以下几个方面：

⑴．满足平台使用期间距离水位线保持安全距离；

⑵．满足与平台连接的栈桥或道路等之间高程差在允许坡度范围内，满足车辆机械通行要求；

⑶．如平台采用钢护筒作为基础，还需考虑钢护筒顶标高满足钻孔需求。

4.3钻孔平台结构形式选定

4.3.1基础选择

基础可采用临时钢管桩或临时钢管桩与钢护筒相结合形式。

4.3.2纵横向分配梁、承重梁选择

分配梁根据跨度及综合考虑平台搭设效率等方面选用型钢作为分配梁，选用型钢或贝雷作为承重梁。

分配梁应间断设置固定设施，防止错位。

4.3.3平台面板

平台面板一般采用钢板，厚度为8～10mm,或者采用密排倒扣槽钢作为面板。

4.3.4材料选择可参考附表：

钻孔平台主要结构材料选用参考表。

5、作用与工况分析

5.1作用分类

钻孔平台设计采用的作用，主要分为自重作用、可变作用和偶然作用3类，作用分类见下表：

表5－1荷载作用分类表

编号

作用分类

作用名称

1

自重作用

结构自重

2

可变作用

钻机荷载

3

钻机冲击力

4

起重机轮压力

5

起重机冲击力

6

施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载

7

流水压力、波浪力

8

风荷载

9

偶然作用

船舶或漂流物撞击力

5.2作用效应组合

⑴．基本组合：

自重作用效应与可变作用效应组合。

⑵．偶然组合：

自重作用效应与可变作用效应、偶然作用效应组合。

5.3荷载分析

5.3.1结构自重

平台自重包括结构自重及桥面铺装、附属设备等附加重力，结构重力标准值按钢材材料的重力密度78kN/m3计算。

5.3.2钻机荷载及钻机冲击力

钻机荷载标准值按实际机型确定，包括钻机、钻杆、钻头、冲锤等重量，同时考虑钻机冲击力，钻机荷载冲击系数采用1.2～1.3。

5.3.3起重机轮压力及起重机冲击力

起重机荷载标准值按实际机型确定，包括起重机自重、吊重等重量，同时考虑起重机冲击力，起重机冲击系数采用1.1～1.3。

起重机最大起重量时的荷载冲击系数可取1.0。

5.3.4施工人员和施工材料、机具行走运输或堆放荷载

大型施工机具行走运输或堆放荷载应按实际情况取值，普通施工材料堆放、施工人员荷载按1.0～2.5kPa。

5.3.5流水压力、波浪力

平台基桩上流水压力标准值按下式计算：

式中——流水压力标准值（kN）；

——水的重力密度（kN/m3）；

——设计流速（m/s）；

——基桩阻水面积（m2）计算至一般冲刷处；

——重力加速度，=9.81（m/s2）

——基础形状系数，对钢管桩和钢护筒基础取0.8。

如果大量横向联系（剪刀撑）经常处于水中，则应参考上式单独计算，K值则取1.3-1.5。

由于波浪力作用的非常规性，本指南中不列出波浪力计算公式，请参考《海港水文规范》（JTJ213－98）相关内容。

5.3.6风荷载

对于一般钻孔平台，可不予以考虑风荷载影响；对于位于台风多发地区桥梁，或海上桥梁钻孔平台，可根据实际情况如平台上堆放物迎风面积较大，平台设计予以考虑风荷载影响，

风荷载假定水平地垂直作用于各部分迎风面积的形心上，其标准值可按下式计算：

式中——横桥向风荷载标准值（KN）；

——基本风压（KN/m2）；

——设计基准风压（KN/m2）；

——横向迎风面积（m2），按结构各部分的实际尺寸计算；

——桥梁所在地区的设计基本风速，系按平坦空旷地面，离地面10m高，重现期为100年10min平均最大风速计算确定；

——高度Z处的设计基准风速；

——距地面或水面的高度（m）；

——空气重力密度（KN/m3）；

——设计风速重现期换算系数，对于平台结构可取0.75，当桥梁位于台风多发地区时，可根据实际情况适度提高值；

——地形、地理条件系数，一般取1.0；

——阵风风速系数，对A、B类地表＝1.38，对C、D类地表＝1.70。

A、B、C、D地表类别对应的地表状况见表5-2；

表5－2

——考虑地面粗糙度类别和剃度风的风速高度变化修正系数，按表5-3取用；

表5－3

——风载阻力系数，按下列规定确定：

式中——宽度（m）；

——高度（m）。

5.3.7船舶或漂流物撞击力

如平台位于通航水道等情况应设置防撞设施，如防撞桩等，平台本身结构可以不予以考虑船舶或漂流物撞击力影响。

对海上桥梁等钻孔平台，船舶或漂流物撞击力按下列规定计算：

⑴．漂流物横桥向撞击力标准值按下式计算：

式中——漂流物重力，应根据河流中漂流物情况，按实际调查确定；

——水流速度；

——撞击时间，应根据实际资料估计，在无实际资料时，可用1s；

——重力加速度。

⑵．海上钻孔平台泊船时产生的撞击力计算

在横浪作用下，系泊船舶有效撞击能量可按下式计算：

式中——横浪作用下系泊船舶有效撞击能量；

——系数，采用橡胶护舷设施时，值可取0.004；

——船舶附加水体质量系数；

——船舶质量（t），按与船舶计算装载度相应的排水量计算；

——重力加速度

——计算波高，按船舶不离开码头的最大波高计；

——波长；

——系靠船结构前水深；

——船舶型宽；

——与船舶计算装载度相对应的平均吃水。

注：

应用上式计算时，应符合下列条件：

对于满载船舶，≤1.6；

对于压载船舶，≤4.5。

船舶附加水体质量系数可按表5-4选用

表5－4

船舶吨级（t）

20000

50000

100000

150000

200000

装

载

度

压载

1.05

1.05

1.05～1.15

1.05～1.15

1.10～1.15

半载

1.20～1.30

1.20～1.30

1.25～1.30

1.25～1.30

1.25～1.30

满载

1.40～1.50

1.40～1.60

1.50～1.60

1.50～1.60

1.50～1.60

当系靠船结构物为多个靠船墩组成时，分配在每个墩上的有效撞击能量可按下式计算：

式中——分配在每个墩上的有效撞击能量；

——靠船墩数目，＞4时，取＝4计；

——靠船墩之间有效撞击能量分配的不均匀系数，＝4时，取＝1.5，＝2～3时，取＝1.6～2.0。

6、钻孔平台设计

6.1、基础设计计算（承载力、稳定性、入土深度）

平台基础承受由平台上部结构传递下来的钻机荷载、结构自重等竖向荷载，以及流水压力、起重机吊重中产生水平分力等水平荷载。

平台基础一般采用临时钢管桩，直径φ60、φ80，壁厚8～14mm。

如钢护筒入土较深，承载力满足要求，可利用作为平台基础。

6.1.1钢管桩、钢护筒摩擦桩竖向容许承载力按下式计算

=

式中——单桩轴向受压容许承载力（KN）

——桩的周长（m）

——局部冲刷弦以下各层土层厚度（m）

——与对应的各土层与桩壁的极限摩阻力（kPa），如有地质资料，按地质资料取值，如无详细地质资料，按表6-1采用。

表6－1沉桩桩周土的极限摩阻力值

土类

状态

极限摩阻力τi（kPa）

粘性土

1.5≥IL≥1

15～30

1＞IL≥0.75

30～45

0.75＞IL≥0.5

45～60

0.5＞IL≥0.25

60～75

0.25＞IL≥0

75～85

0＞IL

85～95

粉细砂

稍松

20～35

中密

35～65

密实

65～80

中砂

中密

55～75

密实

75～90

粗砂

中密

70～90

密实

90～105

按上式计算出单桩轴向受压容许承载力应大于单桩实际竖向承载力，满足受力要求。

6.1.2钢管桩、钢护筒水平力作用下的计算

对于一般钻孔平台，可以不予以考虑水平作用影响；对于海上桥梁钻孔平台设计，需考虑在泊船时，由船舶的冲击引起的水平力和波浪力产生的水平力及力矩作用；以及强涌潮影响河段桥梁钻孔平台设计，需考虑平台承受风和强涌潮等水平力作用。

竖直桩能够承担水平力的大小即为桩的水平承载力，对于平台钢管桩基础，其抗弯性能较好，通常由桩周围土体所能提供的横向抵抗力控制，常以桩顶水平位移达到一定值或桩侧土出现明显破坏作为极限承载力的标志。

对于水平作用下桩身变形计算，建议参考《港口工程基桩规范》（JTJ254－98）附录C，采用P－Y曲线法计算。

规范附录C中P－Y曲线法同时考虑了波浪重复荷载作用影响和短期荷载，如靠船力影响。

由于水平作用