高樁碼頭預(yù)應(yīng)力混凝土方樁吊裝技術(shù)

摘要：文章通過(guò)六種不同的吊裝方案進(jìn)行對(duì)比，運(yùn)用靜力學(xué)方法主要針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土方樁吊樁施工技術(shù)進(jìn)行分析，從計(jì)算模型分析出的結(jié)果來(lái)不斷地提高高樁碼頭的施工工藝和工程質(zhì)量，希望能為為同類吊裝技術(shù)提供了一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭；混凝土方樁；預(yù)應(yīng)力；吊裝技術(shù)

1前言

解放以來(lái)，我國(guó)的筑港事業(yè)有了很大的發(fā)展。在碼頭的建設(shè)中不斷地探索符合使用要求、安全、可靠、施工簡(jiǎn)便可行、經(jīng)濟(jì)效果好的結(jié)構(gòu)型式。從大量的工程實(shí)踐中，高樁碼頭結(jié)構(gòu)不斷推陳出新，不斷從重型、實(shí)體、短樁小跨、就地澆筑、普通鋼筋凝混土結(jié)構(gòu)向輕型、空心、高樁碼頭預(yù)應(yīng)力混凝土方樁是高樁碼頭中最為常用的基樁型式。

2吊樁的設(shè)計(jì)

2.1研究吊樁的工藝

60～67米混凝土方樁的長(zhǎng)細(xì)之比高達(dá)約100到112，常規(guī)的四點(diǎn)吊沉樁已經(jīng)無(wú)法滿足施工期間方樁受力的要求，因此，決定采用六點(diǎn)吊或者是五點(diǎn)吊的工藝。根據(jù)動(dòng)滑輪的布置方式，圖1總共給出6個(gè)較為典型的布置方案。這6個(gè)方案從理論方面來(lái)計(jì)算看都是屬于靜定的問題。

圖1 典型布置方案示意圖

從施工的方便性與可行性方面而言，能夠篩選出最佳的方案。這些方案主要具有的差別就是打樁船的兩吊鉤里樁頭吊鉤的連接吊點(diǎn)多寡與單鉤之下動(dòng)滑輪的數(shù)量奇偶性不同。分析如下：

①樁頭的吊鉤所連接的吊點(diǎn)比較多時(shí)，樁頭承載的壓力就要比樁尖大得多。

②如果在兩吊鉤之中以偶數(shù)個(gè)動(dòng)滑輪來(lái)布置任意一個(gè)吊鉤里，根據(jù)力平衡可知，吊樁在解扣之后就會(huì)使得整個(gè)樁體受力不平衡（即吊鉤兩邊存在力差）。

結(jié)合上述分析可知，對(duì)于五點(diǎn)吊而言，方案1為最佳的方案；對(duì)于六點(diǎn)吊而言，最佳的方案是方案4。由于本工程采用了六點(diǎn)吊的工藝，因此滑輪的布置采用了方案4。

2.2吊點(diǎn)位置和吊立彎矩

2.2.1設(shè)計(jì)吊立參數(shù)

分析我國(guó)打樁船的現(xiàn)狀，以某工程樁作為基準(zhǔn)來(lái)確定施工主要的可行吊立，其參數(shù)如下：

H0：有效的吊高，樁架上面兩個(gè)定滑輪的中心線距離樁軸線的高度，H0=58米；

H1：樁架上面兩個(gè)定滑輪的中心線距離水面的高度，H1=64米；

d0：吊索在兩個(gè)定滑輪的中心線的高度處水平的距離，d0=3.5米；

S1：捆綁吊索D1C1D2后有效的長(zhǎng)度，S1=30米；

S2：捆綁吊索D3C2D4后有效的長(zhǎng)度，S2=30米；

S3：捆綁吊索D5B2D6后有效的長(zhǎng)度，S3=30米；

S4：捆綁吊索C1B1C2后有效的長(zhǎng)度。S4=30米（各個(gè)吊立的參數(shù)意義詳情見圖2所示）。

圖2

2.2.2計(jì)算的假定

（1）采用了靜力學(xué)的方法，吊立的過(guò)程中動(dòng)力因素是沿用傳統(tǒng)動(dòng)力系數(shù)所表達(dá)的。

（2）動(dòng)滑輪的重量與尺寸，吊索的重量略去不計(jì)。

（3）動(dòng)滑輪與吊索之間的摩擦忽略不計(jì)，就是同一吊索各處的張力相等。

（4）在吊立的過(guò)程中。定滑輪的高度要保持不變，即H1要保持不變；

（5）吊立之初，吊索A1B1長(zhǎng)度要維持在平吊時(shí)的長(zhǎng)度，通過(guò)對(duì)吊索A2B2的收縮完成吊立；當(dāng)樁吊立到一定的角度之后，樁尖便開始入水，為了控制樁入水的長(zhǎng)度（即不能超過(guò)10米），在必要的時(shí)候需要對(duì)吊索A2B2進(jìn)行收縮。

2.2.3計(jì)算與結(jié)果

計(jì)算的問題雖然屬于靜定問題，但是包含了多個(gè)三角函數(shù)的方程來(lái)進(jìn)行聯(lián)合求解，這就需要采用數(shù)值的方法進(jìn)行編程，計(jì)算所給出從六點(diǎn)吊的計(jì)算程序可以得到主要的計(jì)算結(jié)果以及結(jié)論：

①樁長(zhǎng)不同的樁所優(yōu)化的吊點(diǎn)位置也不一樣，但是差別非常的小，可以統(tǒng)一的表示為：L7為0.088L；L2為0.090L；L4為0.180L；L3為0.158L；L6為0.182L；L5為0.222L；L1為0.080L。其中L表示的是樁長(zhǎng)，而L1到L7是吊點(diǎn)位置的特點(diǎn)參數(shù)，其意義可詳見圖2。

②吊立的過(guò)程中所產(chǎn)生最大的吊立彎矩的設(shè)計(jì)值是215kN·m，若是沿用樁基的規(guī)范中四點(diǎn)吊的吊立彎矩公式來(lái)計(jì)算Md=paqrL2來(lái)進(jìn)行表達(dá)，相當(dāng)是p=0.005；隨著樁長(zhǎng)的不一樣也有所不一樣，但是差別非常的小。

③優(yōu)化吊點(diǎn)的位置下樁，最大的吊立正彎矩與最大的吊立負(fù)彎矩幾乎是相接近的，吊立的過(guò)程中最大的正彎矩是發(fā)生在吊立的初期，而通常當(dāng)?shù)趿⒌綐遁S線和水平面夾角a超過(guò)了3O°以上時(shí)，這個(gè)值會(huì)明顯變小；而最大的負(fù)彎矩是生在吊立的中期，在吊立的過(guò)程中比較大，通常當(dāng)a超過(guò)了6O°以上的時(shí)候，這個(gè)值才會(huì)明顯的變小。

④吊立不一樣的參數(shù)，優(yōu)化吊點(diǎn)的位置也是不一樣的，吊立的參數(shù)取得值越大，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化吊點(diǎn)的位置下樁最大的吊立彎矩也越小。而施工可行吊立的參數(shù)和打樁船的樁架的高度關(guān)系十分密切，所以，打樁船樁架的高度越大，就會(huì)對(duì)樁吊立的施工也就越有利。

⑤在和設(shè)計(jì)吊立的參數(shù)所對(duì)應(yīng)優(yōu)化的吊點(diǎn)位置在保持不發(fā)生變化的前提之下，吊立的參數(shù)由于施工的誤差會(huì)發(fā)生改變，但是無(wú)論這個(gè)參數(shù)是減小還是增大，最大的吊立彎矩都會(huì)增加；設(shè)計(jì)的吊點(diǎn)位置由于施工的誤差也發(fā)生了改變，而且最大的吊立彎矩也會(huì)增加。

2.3沉樁保障的措施

采用了六點(diǎn)吊的工藝來(lái)解決了方樁吊立的問題。為確保方樁的施工順利的實(shí)施，減少沉樁時(shí)的破損和斷裂，本超長(zhǎng)樁的設(shè)計(jì)主要是采用了以下幾點(diǎn)工程的措施：

（1）沉樁的初期在樁架的上面增設(shè)了軟背板施工的要求，來(lái)減小樁在沉樁的初期時(shí)自由的長(zhǎng)度。

（2）斜樁太斜不太好，設(shè)計(jì)采用5：1的斜樁。

（3）樁頂設(shè)置的鋼抱箍，在其2米的范圍內(nèi)，摻入鋼纖維到混凝土中，提高樁頭的抗錘擊能力。

（4）依據(jù)預(yù)制場(chǎng)以及預(yù)制臺(tái)座張拉的能力，在其不超過(guò)張拉力的前提之下進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑黾臃綐额A(yù)應(yīng)力的鋼筋配置，來(lái)提高方樁能夠承受打樁的應(yīng)力能力，配置8根￠25和4根￠28冷拉Ⅲ級(jí)的鋼筋，比一般的方樁增加了8.5%的配筋量。

（5）考慮樁截面的突變處應(yīng)力的集中，在樁空心與實(shí)心截面的交界處，增設(shè)了6米長(zhǎng)的I級(jí)鋼筋。

3竣工階段的分析

通過(guò)以上模擬計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果分析樁基施工表明了：

（1）六點(diǎn)吊的工藝在吊立的過(guò)程中較平穩(wěn)，且樁身比較順直，與四點(diǎn)吊的工藝相比具有的優(yōu)勢(shì)明顯，且吊樁的輔助作業(yè)的增加時(shí)間極為有限。

（2）每天平均沉樁7到8根，終錘的貫入度通常為5到8毫米，個(gè)別 達(dá)到3毫米。沉樁的過(guò)程較順利，大多數(shù)樁尖達(dá)到了設(shè)計(jì)的標(biāo)高，少量樁的樁尖標(biāo)高雖然沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的標(biāo)高，但是差值沒有超過(guò)1米。沉樁的完好率較高，540根的超長(zhǎng)方樁中斷樁共計(jì)5根，斷樁率小于1。

（3）在打樁的過(guò)程中，觀察樁架增設(shè)的軟背板處樁水平的顫動(dòng)最大達(dá)15厘米左右，增設(shè)樁架軟背板的措施對(duì)斷樁率的減小仍有明顯的效果。

4總結(jié)

①本工程的設(shè)計(jì)不僅大膽而且穩(wěn)妥慎重的采用了6O到67米超長(zhǎng)600毫米×600毫米的預(yù)應(yīng)力的混凝土方樁以及六點(diǎn)吊新技術(shù)的工藝方面的施工取得了較為圓滿的成功。

②六點(diǎn)吊的工藝能夠適應(yīng)于更加長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力的混凝土方樁，而工程的成功關(guān)鍵就是沉樁。

5結(jié)束語(yǔ)

綜合上述，近幾年來(lái)，高樁碼頭預(yù)應(yīng)力混凝土方樁的建設(shè)和應(yīng)用都取得了較為圓滿的成功，對(duì)于為高樁碼頭超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力混凝土方樁所采用的六點(diǎn)吊新技術(shù)的工藝積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，為推進(jìn)高樁碼頭預(yù)應(yīng)力混凝土方樁的應(yīng)用具有促進(jìn)的作用，也為今后高樁碼頭的預(yù)應(yīng)力混凝土的施工工程提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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