移動(dòng)式鋼框架在高樁碼頭施工中的應(yīng)用

王　欣，杜延威

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津　300461；2.中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司，北京　100088）

移動(dòng)式鋼框架在高樁碼頭施工中的應(yīng)用

王欣1，杜延威2

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津300461；2.中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司，北京100088）

高樁碼頭常規(guī)施工工藝為疏浚完成后進(jìn)行樁基施工，巴拿馬科隆港集裝箱碼頭三期項(xiàng)目利用陸地干施工高樁碼頭的樁基礎(chǔ)和縱橫梁，將鋼框架支承在樁頂結(jié)點(diǎn)上，履帶吊在鋼框架上移動(dòng)作業(yè)，解決了使用履帶吊進(jìn)行碼頭面板下方挖泥、拋石及面板安裝的作業(yè)范圍覆蓋問題，提高了施工效率，為項(xiàng)目順利履約提供了保證。

高樁碼頭；鋼框架；抓砂；拋石

巴拿馬科隆港集裝箱碼頭項(xiàng)目采用陸上打樁工藝，在節(jié)約船機(jī)設(shè)備調(diào)遣費(fèi)用的同時(shí)，快速推進(jìn)樁基及陸上縱橫梁施工，但縱橫梁施工完成后，碼頭面板下及碼頭前沿區(qū)域疏浚施工困難。為保證施工進(jìn)度，在縱橫梁上鋪設(shè)鋼框架，使用履帶吊在鋼框架上進(jìn)行挖砂、拋石及面板安裝等施工，極大加快了施工進(jìn)度，保證了工程的順利履約。

1　工程概況

巴拿馬科隆港集裝箱碼頭位于巴拿馬共和國(guó)北部沿海科隆省巴拿馬運(yùn)河大西洋出口處的科隆港區(qū)內(nèi)，瀕臨利蒙（LIMON）灣的東側(cè)，緊鄰和黃碼頭和MIT碼頭，投資方為臺(tái)灣長(zhǎng)榮集團(tuán)。

碼頭為順岸式鋼管樁梁板碼頭，長(zhǎng)320 m，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬48 m，與現(xiàn)有二期碼頭相連，前沿水深為-15.5 m。鋼管樁直徑有φ700 mm、φ800 mm 和φ900 mm三種規(guī)格，樁基總數(shù)626根，上部為縱橫梁混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)制面板及現(xiàn)澆面層，港池及航道疏浚115萬m3，其中碼頭下方18萬m3。碼頭典型斷面結(jié)構(gòu)圖如圖1。

擬建碼頭區(qū)域部分處于陸上，施工時(shí)采用陸上施工工藝，將擬建碼頭區(qū)域回填砂形成陸地，進(jìn)行陸上打樁及縱橫梁施工，快速展開工作面。但縱橫梁施工完成后，碼頭面板下及碼頭前沿疏浚施工難度增加，合理選擇工藝對(duì)項(xiàng)目順利履約起到關(guān)鍵作用。

2　挖砂工藝比選和確定

2.1門機(jī)配抽砂泵施工

碼頭縱橫梁施工完成后，利用軌道梁基礎(chǔ)上埋設(shè)預(yù)埋錨筋固定臨時(shí)鋼軌，安裝30 t門機(jī)并配大型抽砂泵用于抽砂施工，抽砂完成后進(jìn)行拋石及面板安裝。抽砂時(shí)配水泵用于沖砂，抽砂效率較高，但遇泥層易堵管，效率低，且移動(dòng)費(fèi)時(shí)。利用門機(jī)進(jìn)行拋石及面板安裝施工效率低。

圖1　碼頭典型斷面結(jié)構(gòu)圖Fig.1　Typical cross section of wharf

2.2履帶吊配抓斗上鋼框架施工

采用履帶吊配3 m3抓斗在碼頭后方同步展開抓砂、拋石施工，移動(dòng)方便，抓砂及拋石施工效率較高。綜合比較抽砂泵及履帶吊配抓斗工藝，后者的施工效率更有保證。但受履帶吊吊重的影響，現(xiàn)有100 t履帶吊無法進(jìn)行前排單元格抓砂及拋石施工。巴拿馬當(dāng)?shù)卮笮偷鯔C(jī)資源有限，租用更大型吊機(jī)從經(jīng)濟(jì)性及施工工期等綜合考慮均不可行。為了解決現(xiàn)有履帶吊跨距不足的問題，考慮利用樁基承載能力[1]以及現(xiàn)有已施工完成的縱橫梁，在其上安裝施工鋼框架，使履帶吊在縱橫梁進(jìn)行抓砂、拋石及面板安裝施工。100 t履帶吊的重量及施工荷載通過鋼框架傳遞到樁上，避免給縱橫梁混凝土帶來壓力，從而保證縱橫梁結(jié)構(gòu)的安全。

通過比選，最終選定履帶吊配抓斗上鋼框架施工方法。

3　鋼框架使用

3.1鋼框架設(shè)計(jì)

3.1.1鋼框架組成

鋼框架主要由承重梁、行走梁和支腿三部分構(gòu)成。每套施工平臺(tái)由3片鋼框架及8個(gè)支腿組成（見圖2），每個(gè)框架由2根行走梁及2根承重梁組成，承重梁梁長(zhǎng)8.62 m，寬1.40 m，高0.90 m；行走梁長(zhǎng)5.40 m，寬1.40 m，高0.70 m，承重梁和軌道梁頂面平齊，1片鋼框架重量約20 t（見圖3）。支腿采用30 mm×20 mm H型鋼進(jìn)行加工，平面尺寸為1.5 m×1.4 m，接口采用滿焊形式[2]，內(nèi)部加肋板。

圖2　鋼框架組裝示意圖Fig.2　Assembly of steel frame

圖3　鋼框架結(jié)構(gòu)圖（使用時(shí)翻轉(zhuǎn)180°）Fig.3　Structural drawing of steel frame (Turn 180°during service)

3.1.2鋼框架受力計(jì)算

1）荷載情況

參考履帶吊參數(shù)，滿載時(shí)的最大接地比壓0.558 MPa[3]，均布在履帶的范圍內(nèi)。考慮自重的重力分項(xiàng)系數(shù)取1.1，按照保守計(jì)算，承重梁和行走梁均按照70 cm高進(jìn)行計(jì)算。

2）邊界條件

整個(gè)鋼框架在4個(gè)角的位置搭接鋼墩，搭接長(zhǎng)度為1.31 m，框架與鋼墩之間建立接觸處理。

3）Ansys軟件計(jì)算

建立模型，使用Ansys軟件計(jì)算，最大等效應(yīng)力為219 MPa。鋼框架采用20 mm厚Q235鋼板，抗拉或抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為205 MPa，計(jì)算折算應(yīng)力的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)取1.1，則有219 MPa<205 MPa×1.1=225 MPa，可以滿足強(qiáng)度方面的要求[4]。

3.2鋼框架加工及使用

3.2.1鋼框架加工

鋼框架在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，每套框架加工3片。鋼框架加工完成后，首先在陸上進(jìn)行承載力及穩(wěn)定性試驗(yàn)。在陸域平整場(chǎng)地安放框架支座，安裝2個(gè)鋼框架，利用回填土坡道使100 t履帶吊上鋼框架，經(jīng)試驗(yàn)框架整體穩(wěn)定性良好，焊口未出現(xiàn)開焊現(xiàn)象。

3.2.2鋼框架安裝及移動(dòng)

首先安裝支腿和2個(gè)框架，100 t履帶吊上框架，吊裝第3個(gè)鋼框架。鋼框架移動(dòng)時(shí)，吊機(jī)先將支腿放好，然后駐位在框架最端部，吊起第1個(gè)框架，移動(dòng)至最后安放。框架移動(dòng)過程中需專門起重工指揮，避免吊距過大發(fā)生危險(xiǎn)。

3.2.3履帶吊在鋼框架上施工

抓砂施工使用2臺(tái)100 t履帶吊，吊機(jī)在碼頭前沿施工，將所抓泥砂拋至碼頭前沿，由抓斗挖泥船輔助將泥砂倒運(yùn)至拋泥區(qū)域。碼頭靠近后沿部分使用履帶吊配抓斗直接抓砂拋至碼頭后方區(qū)域，由自卸車運(yùn)輸。拋石分項(xiàng)主要使用履帶吊配鋼絲網(wǎng)包進(jìn)行施工。使用自卸車將塊石倒運(yùn)至碼頭后方區(qū)域，挖掘機(jī)裝網(wǎng)包，在縱橫梁上1人進(jìn)行指揮及測(cè)量水深。履帶吊在縱橫梁上主要進(jìn)行前4排的拋石施工，后方區(qū)域使用履帶吊在碼頭后方區(qū)域進(jìn)行拋填。

碼頭面板最大重量為20 t，根據(jù)履帶吊跨距及吊重曲線，確定合理的施工跨距。施工中，使用平板車將面板倒運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，在碼頭后沿站立1臺(tái)履帶吊安裝后沿面板，并且將前沿面板倒運(yùn)至碼頭中部，前部框架上的履帶吊在前沿區(qū)域安裝。

4　實(shí)施效果及存在問題

4.1實(shí)施效果

該工藝改變了傳統(tǒng)施工方法，充分利用陸地施工高樁碼頭的樁基礎(chǔ)和縱橫梁，將鋼框架支承在樁頂結(jié)點(diǎn)上，履帶吊在鋼框架上移動(dòng)作業(yè)，解決了用履帶吊進(jìn)行碼頭面板下方挖泥、拋石及面板安裝的作業(yè)范圍覆蓋問題，提高了施工效率。

1）通過使用鋼框架，縱橫梁下方的鋼管樁承受上部荷載，有效解決了縱橫梁承載力不足問題。

2）履帶吊到縱橫梁上部后，施工范圍可以覆蓋整個(gè)碼頭，較好地解決了履帶吊施工跨距問題。

3）利用現(xiàn)有樁間距，鋼框架設(shè)計(jì)為拼裝式，移動(dòng)簡(jiǎn)單，提高了抓砂、拋石及面板安裝的施工效率，對(duì)工程順利交付起到了決定性的作用。

4.2存在問題及改進(jìn)措施

施工過程中，由于履帶吊跨距加大，機(jī)械交叉作業(yè)頻繁，如何合理布置現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械施工位置尤為關(guān)鍵，要嚴(yán)格計(jì)算履帶吊的吊重及跨距，確保施工安全。由于現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度的要求，履帶吊在前方挖泥時(shí)無法將泥甩至碼頭后方陸域運(yùn)走，需挖泥船協(xié)助進(jìn)行疏浚，在今后類似的施工中可以將泥駁靠泊在縱橫梁邊上，抓斗直接將泥卸至泥駁內(nèi)，以更好地提高施工效率，降低施工費(fèi)用。

5　結(jié)語

利用移動(dòng)式鋼框架使履帶吊在縱橫梁上進(jìn)行施工，提高了碼頭面板下方挖泥、拋石及面板安裝施工效率，證明了履帶吊上縱橫梁施工可行性，節(jié)省了大型吊機(jī)或方駁吊機(jī)組等設(shè)備的投入，為項(xiàng)目帶來經(jīng)濟(jì)效益。該工藝對(duì)于高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)施工等具有良好的借鑒意義。

[1]JTS 167-4—2012，港口工程樁基規(guī)范[S].

JTS 167-4—2012,Code for pile foundation of harbor engineering [S].

[2]GB 50661—2011，鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范[S].

GB 50661—2011,Code for welding of steel structures[S].

[3]石朝陽，巫世晶，王永武，等.履帶式起重機(jī)最大接地比壓的一種簡(jiǎn)化計(jì)算法[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2003，24（3）：61-64.

SHI Chao-yang,WU Shi-jing,WANG Yong-wu,et al.A simplified method for calculation of largest ground pressure of crawler cranes[J].RefrigerationAirConditioning&Electric Power Machinery,2003,24(3)：61-64.

[4]JTS 152—2012，水運(yùn)工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

JTS 152—2012,Code for design of steel structures in port and waterway engineering[S].

Use of movable steel framework in construction of elevated pile wharf

WANG Xin1,DU Yan-wei2
（1.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China; 2.China Communications Construction Co.,Ltd.,Beijing 100088,China）

The normal construction methodology for an elevated pile wharf is to drive piles after the completion of dredging. However,at Phase III of Colon Container Terminal in Panama,the pile foundation,and beams and girders were built in the dry on land for the wharf and steel frames were erected on the beam joints over the piles,on which a crawler crane was used to continue the construction,overcoming such difficulties as soil cutting under wharf deck,rock placement and slab installation, thus improving the construction efficiency dramatically and soundly assuring the performance of the contract for the project.

elevated pile wharf;steel frame;sand grabbing;rip-raping

U656.113

B

2095-7874（2016）05-0062-03

10.7640/zggwjs201605015

2015-12-24

2016-03-01

王欣（1984— ），男，天津市人，碩士，工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。E-mail：wangx@ccccyhj.com