水上大型高樁墩臺在游艇碼頭中的施工技術(shù)

■楊敏龍

（福建省陸海建設(shè)管理有限公司，福州 350000）

1 工程概況

某游艇碼頭工程接岸結(jié)構(gòu)為水上大型墩臺結(jié)構(gòu)，水上混凝土澆筑總方量2 392.5 m3，樁基為39根Ф700 mm 鋼管樁（壁厚15 mm），樁尖持力層為細中砂層，樁頂現(xiàn)澆鋼筋混凝土墩臺厚度2 m。其中接岸平臺一為水上大體積混凝土， 平面形狀為直角梯形，尺度為28（38）×34 m，面積1122m2，設(shè)計頂高程為+9.0 m，混凝土澆筑方量為2 294.5 m3，接岸平臺平面圖見圖1。

圖1 接岸平臺平面圖

2 接岸平臺混凝土澆筑模板支撐承重系統(tǒng)搭設(shè)

2.1 接岸平臺支撐承重系統(tǒng)方案設(shè)計

接岸平臺的作業(yè)面積較大，且為水上大體積混凝土施工，須綜合考慮水上作業(yè)條件、模板搭設(shè)及拆除、 水上大體積混凝土澆筑各個環(huán)節(jié)施工難度。為保證水上大體積混凝土施工安全，采用工字鋼縱橫布設(shè)形成支撐承重系統(tǒng)作為接岸平臺模板支撐結(jié)構(gòu)。 該方案將工字鋼模板支撐承重系統(tǒng)整個平臺面分成了不均等9 個區(qū)域，采用二層縱橫主次梁設(shè)置。 主梁采用I40a 工字鋼在鋼管樁按排架橫向架設(shè)，在鋼管樁上焊接牛腿后安裝橫向主梁，加強整個排架鋼管樁橫向整體穩(wěn)定性； 主梁上再按間距1 m 縱向鋪設(shè)次梁I28a 型工字鋼，使整體橫縱支撐體系更加牢固穩(wěn)定， 加強了鋼管樁整體穩(wěn)定性，整個支撐承重系統(tǒng)承受著接岸平臺施工過程中所有的荷載。 支撐承重系統(tǒng)平面圖見圖2。

圖2 接岸平臺模板支撐承重系統(tǒng)平面圖

2.2 支撐承重系統(tǒng)主要受力計算

接岸平臺分3 次澆筑，每次澆筑混凝土厚度依次為500、700、800 mm。 第1 層混凝土澆筑后待混凝土強度達到設(shè)計強度100%時， 進行第2 層混凝土澆筑，以此類推。 因此保證支撐承重系統(tǒng)在第1 層混凝土澆筑時的整體穩(wěn)定是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。第1 層混凝土澆筑支撐承重系統(tǒng)受力計算如下。

（1）主梁工字鋼受力計算，主梁最大跨度5.6 m,最不利分配間距3,按簡支均布荷載算：

Q=3×0.5×25=37.5 kN·m （第1 層砼澆筑厚度0.5 m）；

跨中M=0.125×37.5×5.6×5.6=147 kN·m， 選用40a 工字鋼，Wx=1 090 cm3，σ=Mmax/Wx=（147×1000×1000）/（1090×103）=134.9 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2。

考慮底模自重及不平衡系數(shù)1.2 時，σ=161.9 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2，滿足要求。

撓度驗算，I40a 慣性矩I=21 700 cm4,彈性模量E=2.06×105N/mm2。

（2）次梁工字鋼受力計算，次梁工字鋼最大跨度5.3 m,布置間距1.0 m,按簡支均布荷載：

Q=1.0×0.5×25=12.5 kN·m （第1 層砼澆筑厚度0.5 m）；

跨中M=0.125×12.5×5.3×5.3=43.9 kN·m， 選用28a 工字鋼，Wx=508 cm3，σ=Mmax/Wx=（43.9×1000×1000）/（508×103）=86.4 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2，考慮底模自重及不平衡系數(shù)1.2 時，σ=103.7 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2滿足要求。

撓度驗算，I28a 慣性矩I=7 110 cm4, 彈性模量E=2.06×105N/mm2。

（3）牛腿受力計算

牛腿采用2 cm 厚度等腰直角鋼板， 直角邊長50 cm,焊縫高度8 mm，采用雙面焊。焊縫計算長度35 cm。

焊縫驗算： 計算選用總焊縫長度=350×2-20=680 mm，截面積為680×8=5440 mm2

單個牛腿承擔(dān)剪力F=1.2×3×5.6×0.5×25=252 kN。

焊縫剪應(yīng)力τ=252000/5440=46.32 N/mm2＜［τ］=190 N/mm2。

綜上，支撐承重系統(tǒng)在一層混凝土澆筑時整體受力情況均滿足要求，整個系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

2.3 接岸平臺支撐承重系統(tǒng)施工設(shè)計

2.3.1 牛腿支撐施工

牛腿為整個支撐系統(tǒng)荷載傳遞點，作用是將整個支撐系統(tǒng)的所承受的荷載分散傳遞給各個鋼管樁。 牛腿安裝在接岸平臺鋼管樁表面，采用2 cm 厚度邊長50 cm 的等腰直角三角形角板上焊接2 cm厚50 m（長）×20 cm（寬）頂托板結(jié)構(gòu)型式。 牛腿的角板先點焊固定在鋼管上，待調(diào)整平整度后再進行雙面焊接。 焊縫采用兩道圍焊，第1 道圍焊完成后需自然冷卻并將表面焊渣清除干凈，再進行二次圍焊。 角板焊接完成后進行頂托板焊接施工，頂托板中心位置應(yīng)與角板頂邊線在同一軸線上，待調(diào)整平整度后進行焊接。

2.3.2 承重系統(tǒng)主次梁鋪設(shè)

承重系統(tǒng)主次梁采用浮吊船進行鋪設(shè)。 主梁按排架逐個施工，由中間向兩側(cè)鋪設(shè)，首先進行接岸平臺H-K 軸12 m 主梁工字鋼沿鋼管樁兩側(cè)通長架設(shè)，再進行F-H 軸15 m 主梁架設(shè)，最后進行KQ 軸主梁架設(shè)，兩側(cè)邊樁主梁均外懸挑3 m，以此類推按排架逐一鋪設(shè)主梁。 主梁完成后再進行次梁工鋼的鋪設(shè)， 首先進行11-13 軸15 m 次梁工字鋼安放，再進行16-18 軸15 m 次梁安放，最后進行13-16 軸6.5 m 次梁安放，兩側(cè)邊樁次梁均外懸挑3 m（斜邊次梁進行局部加密處理）， 次梁鋪設(shè)按間距1 m 在主梁之上通鋪。

3 接岸平臺底模鋪設(shè)

接岸平臺工字鋼承重系統(tǒng)搭設(shè)完成后，在次梁表面鋪設(shè)枋木（規(guī)格：100 mm×100 mm），相鄰枋木中心間距300 mm，枋木與次梁工字鋼接觸面，采用鐵絲進行綁扎固定。 模板鋪設(shè)在枋木表面，模板采用黑竹膠板（厚度18 mm），模板兩端搭設(shè)不得出現(xiàn)懸挑，并采取有效措施防止模板出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。

4 接岸平臺鋼筋、側(cè)模板制作與安裝

為方便水上混凝土澆筑分層澆筑，平臺鋼筋綁扎分兩次進行。 底模鋪設(shè)完成，制作、綁扎接岸平臺下層及側(cè)面鋼筋，而后進行平臺側(cè)模安裝。 接岸平臺側(cè)模板為桁架式鋼模板采用定制組合鋼模板，每塊模板高度2.2 m。 現(xiàn)場運用浮吊船進行模板安裝，安裝時先安裝短邊，再安裝長邊。 在工字鋼上鋼模板外側(cè)低部設(shè)置限位措施，避免模板滑移，并將與工字鋼承重系統(tǒng)斜拉連接加固，鋼模板內(nèi)側(cè)采用拉邊樁的方式進行收緊加固。 側(cè)模安裝完成后進行第1 層混凝土澆筑， 待混凝土強度滿足要求后進行面層鋼筋綁扎，鋼筋綁扎應(yīng)控制好同一截面鋼筋接頭的數(shù)量不得超過50%。

5 水上大體積混凝土澆筑

接岸平臺分3 次澆筑，每次澆筑混凝土厚度依次為500、700、800 mm。 根據(jù)攪拌站地泵輸料機、天泵輸料機和10 m3混凝土攪拌運輸車工效分析，1 臺地泵輸料機按35～45 m3/h， 天泵輸料機按60～70 m3/h，混凝土按6 h 初凝時間計算，混凝土運輸車往返攪拌站需要1.5 h 左右。 現(xiàn)場澆筑時安排2 臺地泵輸料機和1 臺天泵輸料機配合25 臺10 m3混凝土運輸車，保證混凝土初凝時間內(nèi)澆筑量能達到600～900 m3，滿足現(xiàn)場混凝土澆筑施工要求。

為保證工字鋼承重系統(tǒng)整體受力均勻穩(wěn)定，避免偏心受力導(dǎo)致整個承重系統(tǒng)垮塌，首層混凝土澆筑時，應(yīng)先從平臺中間部位開始澆筑，澆筑速度不宜過快，緩慢的向四周推進，再澆筑前、后沿懸挑段混凝土。 禁止從一端往另一端下料推進澆筑，避免混凝土澆筑過程中承重系統(tǒng)出現(xiàn)傾倒變形。

為了保證新舊混凝土之間較好的連結(jié)，第1 層混凝土澆筑完成后， 在混凝土表面縱、 橫向每1000 mm 間距埋設(shè)上、下層混凝土連接鋼筋，鋼筋埋設(shè)深度200 mm，埋設(shè)呈梅花型布置。 已成型混凝土表面采用鑿毛處理，保證新舊混凝土結(jié)合更密實牢固。 第2 層混凝土澆筑完成后應(yīng)在混凝土初凝時間前做好混凝土面層二次收面，防止出現(xiàn)混凝土面層龜裂現(xiàn)象。

5.1 大體積混凝土防裂措施

接岸平臺混凝土的澆筑時間為12 月份， 該時段地區(qū)氣溫相對較低，應(yīng)采取有效措施防止?jié)仓蠡炷帘砻娈a(chǎn)生溫度裂縫。 （1）減少混凝土自身發(fā)熱量：改善骨料級配，增大骨料粒徑；采用高效減水劑，從而達到減小混凝土發(fā)熱量的目的；優(yōu)化大體積混凝土配合比， 在保證混凝土成品強度的前提下，減少水泥用量，適當(dāng)加大粉煤灰的摻入量。 （2）采取內(nèi)部降溫，外部保溫，減少砼內(nèi)外溫差，防止砼開裂。 混凝土澆筑時采取措施控制混凝土入模溫度不得低于5℃， 澆筑完成后采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。 預(yù)先在混凝土內(nèi)部預(yù)埋縱橫水管，水管通冷水降溫，從而降低混凝土發(fā)熱內(nèi)部溫度。 外部保溫在混凝土澆筑完成終凝后，及時在表面覆蓋土工布，并灑溫水養(yǎng)護，以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃，防止溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，產(chǎn)生裂縫[1]。

6 工字鋼承重系統(tǒng)拆除

接岸平臺面積大，工字鋼承重系統(tǒng)的拆除難度高、安全風(fēng)險較大，所以為了方便工字鋼承重系統(tǒng)拆除，在底層混凝土澆筑前就預(yù)先在鋼管樁牛腿位置上方預(yù)埋φ150mmPVC 管，PVC 管埋設(shè)由底至混凝土面層。第2 層混凝土澆筑后達到設(shè)計強度75%后，就可以進行底模承重系統(tǒng)分區(qū)塊的拆除。 首先在預(yù)留的PVC 管孔洞的位置，架設(shè)三腳支架并安裝5t 的葫蘆，主梁工字鋼與5t 葫蘆可靠連接后進行平臺底部牛腿切割， 拆除區(qū)域內(nèi)的牛腿全部切割后，接岸平臺上的工人同時拉動該區(qū)域的葫蘆，將承重系統(tǒng)的主次工字鋼下落于預(yù)先固好位置的承重浮排上，最終將主次工字鋼全部拆除。 拆除完成后，預(yù)留孔洞應(yīng)澆筑混凝土進行封孔處理。

鋼管樁牛腿采用氣割割除，難免對該區(qū)域鋼管樁防腐涂層造成一定的破壞，須對防腐涂層進行修補。 割除牛腿不得對鋼管樁造成燒傷，而后對割除粗糙面及牛腿四周外擴20 cm 范圍采用砂輪機進行人工打磨處理至St3 級。 打磨完成后對拆除牛腿部位進行防腐涂裝， 先噴涂100 μm 環(huán)氧富鋅底漆一層，而后100 μm 中間漆一層，最后90 μm 面漆，防腐涂層附著力不小于5 MPa[2]。

7 接岸平臺施工注意事項

（1）整體支撐承重系統(tǒng)中牛腿起到荷載承接及傳遞的作用，作用是將主梁上的荷載分散傳遞給下面的承重物，因此牛腿位置放樣應(yīng)準(zhǔn)確，頂拖板焊接時應(yīng)校核牛腿頂托板標(biāo)高點，且應(yīng)特別注意焊接質(zhì)量， 焊縫不得存在咬邊、 夾渣、 裂縫等缺陷[3]。（2）主次梁安裝完成后，須對牛腿與主梁、主梁與次梁節(jié)點全數(shù)檢查，禁止出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)懸空須采取有效措施，如加墊鋼板等。 （3）為避免主梁安裝后出現(xiàn)滑移， 保證工字鋼承重系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，主次梁工字鋼全部架設(shè)完成后，牛腿與主梁、主梁與次梁節(jié)點處應(yīng)加設(shè)限位措施。 在所有牛腿頂托板上焊接小三角形鋼板，卡住主梁外側(cè)邊緣，并在所有主梁與次梁節(jié)點處在主梁上焊接小三角形鋼板，卡住次梁外側(cè)邊緣。（4）主梁I40 a 工字鋼沿鋼管樁牛腿兩側(cè)架設(shè)時， 樁邊與工字鋼應(yīng)預(yù)留2 cm 的空隙，便于后期牛腿切割和工鋼拆除。 （5）底模安裝后須全數(shù)檢查，嚴禁模板出現(xiàn)懸挑現(xiàn)象。 （6）工字鋼承重系統(tǒng)拆除安全風(fēng)險較大，為避免拆除施工中整個承重系統(tǒng)垮塌造成人身安全事故，拆除施工應(yīng)嚴格按照擬定好的順序分區(qū)塊逐一拆除。 （7）底層混凝土澆筑時， 禁止從一端往另一端下料推進澆筑，避免混凝土澆筑過程中承重系統(tǒng)端部荷載過大造成變形傾倒。 （8）為避免混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生混凝土溫度裂縫，大體積混凝土澆筑時應(yīng)加強對混凝土內(nèi)部水化熱的散發(fā)處理措施。 控制混凝土入模溫度，采用混凝土內(nèi)預(yù)埋縱橫水管冷水降溫方法。（9）接岸平臺屬于大體積大配筋稀疏的混凝土結(jié)構(gòu)物，混凝土澆筑時可以拋填塊石方法，埋入塊石有助于混凝土內(nèi)部水化熱的散發(fā)，防止混凝土出現(xiàn)裂縫。 塊石須質(zhì)地堅硬，表面潔凈，最長邊與最短邊之比不大于2，大致正方形的塊石，塊石摻入量不得超過混凝土總體積的25%。 (10)底層混凝土澆筑過程中應(yīng)做好施工過程中的監(jiān)測，對整個承重體系進行沉降位移監(jiān)測，監(jiān)測過程中如發(fā)現(xiàn)整體沉降位移超過警戒值，須立即停止混凝土澆筑，查找原因，采取措施保證混凝土澆筑過程整個承重系統(tǒng)處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

8 結(jié)語

高樁碼頭是應(yīng)用最廣最多的碼頭結(jié)構(gòu)形式之一，其工作特點是通過樁基將作用在碼頭上的荷載經(jīng)樁基傳給地基，因此高樁樁臺（墩臺）結(jié)構(gòu)成熟的施工技術(shù)運用，有助于節(jié)約碼頭施工成本，加快施工進度。本研究主要是通過該工程接岸平臺（高樁墩臺）混凝土澆筑模板支撐工字鋼承重系統(tǒng)搭設(shè)、水上大體積混凝土澆筑的施工經(jīng)驗， 為今后類似高樁碼頭（水上大型高樁墩臺）工程施工提供參考借鑒。