浅析水上钢管桩平台在输电线路施工中的应用

浅析水上钢管桩平台在输电线路施工中的应用

于光富

(山东送变电工程有限公司山东省济南市250000)

摘要：输电线路工程在深水域施工时，为满足机械进场、基础施工及杆塔组立的要求，基础施工前需搭设水上钢管桩平台，而平台设计方案的优劣对整个工程施工工效的影响非常大。水上栈桥平台钢管桩施工是输变电工程在水上施工项目中极为重要的基础工程项目之一。该项目现有的技术在国内外都得到了十分广泛的应用。本文即针对水上钢管桩平台的结构布置、平台尺寸参数、设计计算等内容进行了分析，可为输电线路水上钢管桩平台施工提供参考。

关键词：输电线路；水上钢管桩；平台设计

1水上钢管桩平台介绍

1.1结构型式

输电线路水上钢管桩平台由施工通道(即栈桥)及施工平台两部分构成，它是以钢管桩作为受力支撑，钢管桩上部利用剪刀撑和横撑固定，顶部固定有工字钢承重梁，其上垂直固定有贝雷梁，贝雷梁上部铺设有横向工字钢分配梁和纵向工字钢分配梁。

1.2施工流程

钢栈桥施工从岸边向水中进行，钢管桩一般采用履带吊配合振动锤振沉到位，上部结构采用履带吊架设。跨栈桥施工流程为:钢管桩施工→施工水平支撑和斜向支撑→桩顶横梁→架设贝雷桁架→铺设纵、横向分配梁→铺设桥面板→附属栏杆。施工该方案克服了填土筑岛法施工方案污染重、浪费土资源、雨季施工难度大、风浪或潮汐变化时冲蚀严重等缺点，大大减少了临时用地面积，施工过程基本无污染，平台拆除后可回收利用。

2水上钢管桩平台尺寸参数设计

2．1平台高程的确定

平台高程的确定主要考虑在施工期间最不利的自然状态下(如汛期)，能够保证平台的施工作业不受影响，其高程计算公式如下:H=h+s(式2－1)式中:H－平台定高程;h－施工高潮水位;s－安全距离。施工高潮水位取5年一遇潮水位;参考《公路桥涵施工技术规范》安全距离s取0.5－1.0m;考虑施工平台后期用于运维和防撞设施，平台高程同时需满30年一遇的高潮位的要求。

2．2平台尺寸

平台面的宽度按成孔设备的布置和操作人员的活动场地来确定，按式2－2计算。B=D+2S(式2－2)式中:B－平台面宽度;D－钻机外边缘轨道距离;S－安全工作距离。当基础成孔拟采用冲击钻进成孔，冲击钻进成孔是采用冲击式钻机或用卷扬机带动一定质量的冲击钻头，其具有尺寸小、机械重量小、施工工法简单等优点，由于铁塔根开较大，基本可满足其作业面要求，因此平台尺寸可按式2－3确定。B=L+b+2S(式2－3)式中:B－平台面宽度;L－铁塔根开;b－基础承台尺寸;S－安全工作距离，考虑钻孔机械宽度及工作宽裕度，建议取5～6m。

2．3栈桥宽度

栈桥宽度需满足所有施工机械进场施工作业要求，影响栈桥宽度的主要施工设备有50t履带式起重机、混凝土罐车等，其中50t履带式起重机最大车身宽度4.3m，考虑桥面边缘安全工作距离和护栏安装空间，建议取5.5～6m。

2．4栈桥跨径

栈桥跨径的选择需要通航因素、所用材料、施工方式以及基础型式影响，输电线路工程中常用跨径为8～12m。

3水上钢管桩平台设计计算

水上钢管桩平台的设计计算共分为以下十个步骤。(1)设计条件输入。包括水位、流速、波浪(如有)、风速、泥面标高、塔位地质参数等。(2)结构布置型式。确定参数及规格:①栈桥长度、宽;②面层体系纵向分配梁、横向分配梁规格及间距;主纵梁采用321型单层贝雷片;主横梁采用双工字型钢;③下部结构采用桩基排架，确定排架间距以及排架桩间距;④钢管桩桩径及壁厚尺寸等。(3)荷载计算:①恒荷载，即结构自重;②活荷载:包括车辆荷载(混凝土罐车、履带吊、钻机)、车辆制动力、风荷载、波浪力(如有)及泥浆箱等。其中，车辆制动力可按车总重的10%考虑;根据《海港水文规范》计算钢管桩和贝雷桁架承受的波浪力。(4)桩嵌固点计算。参照《港口工程桩基规范》附录D及第4.3款，计算钢管桩的相对刚度特征值并按要求弹性长桩、中长桩和刚性桩划分标准判定。(5)建立有限元模型:①工况分析。考虑结构自重+风荷载+波浪力(如有)与各种车辆荷载的组合;②约束条件。钢管桩在嵌固点标高固接，主横梁在桩顶铰接，贝雷在主横梁上铰接，面层结构在贝雷上铰接，平联与桩之间固接，斜撑(如有)与桩之间铰接;③荷载组合。各工况考虑两种荷载组合形式，标准组合和基本组合。荷载组合形式如下:标准组合=∑恒载+∑活载基本组合=0.9(1.2∑恒载+1.4∑活载)以上组合中，标准组合计算结构用来评价刚度指标，基本组合计算结果用来评价结构强度指标。(6)计算分析，得出考虑不同工况下的贝雷、主横梁、平联、栈桥钢管桩和平台钢管桩的最大弯矩、剪力和轴力。计算得出最大组合应力≤强度设计值时，栈桥强度满足设计及规范要求;计算得出栈桥竖向最大位移，当时，栈桥刚度满足设计及规范要求。(7)钢管桩桩长计算。由上述3)得出栈桥及平台钢管桩所承受的最大轴向压力，按照《港口工程桩基规范》计算钢管桩单桩轴向抗压承载力设计值，若前者小于后者，则满足设计及规范要求。单桩轴向抗压承载力设计值计算公式如下:

(8)压杆稳定计算。按照《钢结构设计规范》分别计算平面内和平面外稳定是否满足要求。①平面内稳定计算:

②平面外稳定计算:

(9)主横梁验算。抗剪强度按照《钢结构设计规范》验算:

(10)栈桥平台上部结构计算。栈桥平台上部荷载有混凝土罐车、材料运输车、履带点、钻机荷载，选取机械作业最不利组合工况进行计算。①纵向分配梁。车平行于纵向分配梁行驶，单边车轮作用在跨中时纵向分配梁的弯矩最大，作用在端部时剪力最大，轮压简化为均布荷载。计算荷载包括自重+车辆轮压，计算得出验算公式如下

②横向分配梁。单边车轮作用在跨中时横向分配梁的弯矩最大，在端部时剪力最大，轮压简化为集中力。验算公式同上。

3钢管桩主要施工技术

3.1钢管桩定位

当打桩船将钢管桩竖起后，利用布设的临时控制点，通过全站仪来调整船位，使钢管桩到达规定位置。当垂直度及平面位置等各项指标都符合设计要求后，开始锤击。

3.2钢管桩沉入

钢管桩施工采用功率在60kW以上的振动打桩机。在打桩的过程中，打桩船的夹具对钢管桩起到导向作用，它控制着钢管桩的垂直程度。钢管桩的垂直度信息需要时刻处于监控状态。当钢管桩出现倾斜时，打桩船的夹具需根据检测仪器所检查出的误差量对钢管桩倾斜度进行适当的修正与调整。钢管桩的偏位必须控制在5cm以内，垂直度不得大于0.1%。

3.3钢管桩平联施工

在单排钢管桩打桩完成后，开始平联的连接。平联所采用的钢管尺寸为准600×8mm，钢管桩与平联之间的连接通过单端“哈佛接头”焊接连接。在待安装平联的一端套上“哈佛接头”，使用起重船起吊进行安装。将两个相同重量的手拉葫芦吊挂在平联及桩顶的两端，用以方便调整平联位置。平联安装到位后，将平联一端的“哈佛接头”推送到指定位置进行焊接，焊接同接长一般都必须满足要求，焊接质量应符合相关技术要求。

结语

输电线路水上钢管桩平台方案设计的优劣对施工工效的影响非常大，本文即针对水上钢管桩平台的结构布置、平台尺寸参数、设计计算等内容进行了分析，可为输电线路水上钢管桩平台设计提供参考。

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