薄壁輕質(zhì)預(yù)制構(gòu)件在全裝配式鋼管樁高樁碼頭中的應(yīng)用

徐剛平 中交一航局第五工程有限公司

近年來水工市場(chǎng)不斷復(fù)蘇，水工建筑施工工藝得到了快速的發(fā)展，傳統(tǒng)高樁碼頭施工耗資耗時(shí)，已不能滿足當(dāng)下快速發(fā)展的技術(shù)需求，為此，必須注重工業(yè)化為主的水工建筑技術(shù)，充分發(fā)揮裝配化優(yōu)勢(shì)，緊跟行業(yè)發(fā)展。傳統(tǒng)高樁碼頭施工主要采用以現(xiàn)澆樁帽或現(xiàn)澆下橫梁為支撐，其上安裝全斷面預(yù)制縱梁、軌道梁等，再現(xiàn)澆上橫梁，并將之與縱梁、軌道梁等裝配式梁體澆筑連結(jié)形成整體結(jié)構(gòu)的工藝。該工藝中，樁帽及下橫梁施工支架、模板投入量大，施工周期長，設(shè)備利用率低，且受氣候條件影響較大；而全斷面預(yù)制縱梁、軌道梁等梁體普遍重量較大，加之碼頭面寬較大，一般起重設(shè)備吊裝性能無法滿足，而大型起重設(shè)備作業(yè)效率較低、安全風(fēng)險(xiǎn)高、設(shè)備成本高。本文以孟加拉馬塔巴里超超臨界燃煤電廠項(xiàng)目配屬碼頭工程樁帽及預(yù)制梁為對(duì)象，基于傳統(tǒng)工藝缺陷，深入研究了高樁碼頭樁帽、預(yù)制梁等薄壁輕質(zhì)構(gòu)件的施工技術(shù)，并對(duì)該技術(shù)在高樁碼頭施工中的應(yīng)用情況進(jìn)行了說明與總結(jié)。

1.依托工程

孟加拉馬塔巴里超超臨界燃煤電廠項(xiàng)目配屬碼頭工程共有樁帽567塊，均為薄壁輕質(zhì)樁帽，共分三種型號(hào)，該類樁帽均采用預(yù)制安裝工藝，安裝后樁帽預(yù)留槽與樁芯混凝土一次澆筑，從而實(shí)現(xiàn)樁帽與樁基的固結(jié)。

此外，該碼頭施工無現(xiàn)澆縱、橫梁，所有梁體均為預(yù)制薄壁輕質(zhì)U型梁，共計(jì)857榀。根據(jù)U型梁寬度、高度不同，主要分為三種類型，但各類梁體因長度不同，又可分為不同規(guī)格。U型梁安裝后，分區(qū)域整體一次澆筑梁芯結(jié)構(gòu)，有效減少了梁節(jié)點(diǎn)豎向施工縫的數(shù)量，整體性較好。

2.薄壁輕質(zhì)預(yù)制構(gòu)件施工技術(shù)研究

薄壁輕質(zhì)預(yù)制構(gòu)件施工技術(shù)想要成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)施工，還需要解決及改進(jìn)三個(gè)問題：如何確保預(yù)制樁帽安裝精度；如何解決雙孔乃至于多孔樁帽預(yù)留孔與樁位之間偏差的問題；如何解決薄壁預(yù)制梁內(nèi)側(cè)預(yù)留大量箍筋的問題，以及縱、橫梁節(jié)點(diǎn)處模板支拆效率提升的問題。針對(duì)上述問題，從樁帽定位控制、雙孔樁帽預(yù)留孔位置控制、薄壁梁預(yù)制及梁芯現(xiàn)澆效率提升等三方面入手進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用，主要研究內(nèi)容包括薄壁預(yù)制樁帽安裝技術(shù)和薄壁U型梁施工技術(shù)。

2.1 薄壁預(yù)制樁帽安裝技術(shù)

薄壁預(yù)制樁帽安裝的原理是將樁帽預(yù)制為薄壁槽型結(jié)構(gòu)，預(yù)制時(shí)埋設(shè)支點(diǎn)，通過支點(diǎn)的支撐作用，將樁帽吊放在鋼管樁樁頭，再將樁芯結(jié)構(gòu)及樁帽預(yù)留槽同時(shí)澆筑形成整體。

薄壁預(yù)制樁帽安裝施工技術(shù)的主要目標(biāo)在于安裝精度的控制，其主要包括預(yù)制樁帽支點(diǎn)的位置控制、樁基偏位調(diào)整空間的預(yù)留、安裝基面（鋼管樁定）標(biāo)高及水平度控制、安裝方位控制等四方面內(nèi)容。樁帽安裝完成后，主要考慮進(jìn)行樁芯及樁帽預(yù)留槽內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)的安全、快速施工即可。

2.1.1 樁帽支點(diǎn)預(yù)埋

薄壁樁帽預(yù)制時(shí)，底層圓形芯模、上層方形芯模及外模整體固定，避免混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生相對(duì)位移。圓形芯模分四段組合而成，相鄰兩段之間夾設(shè)5cm寬木條便于拆模，每段圓形芯模上開設(shè)支點(diǎn)預(yù)留孔，預(yù)埋支點(diǎn)鋼筋位置必須與樁帽軸線重合，支點(diǎn)底部距樁帽底部高度等于鋼管樁樁頂埋入混凝土深度，各支點(diǎn)安裝必須在同一水平面。

2.1.2 樁基偏位調(diào)整空間的預(yù)留

根據(jù)沉樁施工規(guī)范要求，碼頭直樁樁位偏差應(yīng)控制在10cm以內(nèi)，單孔樁帽均設(shè)置在直樁樁頂。為減小可能因樁位偏差導(dǎo)致的樁帽安裝偏差過大，單孔樁帽預(yù)制時(shí)，預(yù)留的安裝孔洞直徑應(yīng)大于管樁外徑10cm左右，便于安裝時(shí)進(jìn)行偏差調(diào)整。

而斜樁樁位偏差一般應(yīng)控制在15 cm以內(nèi)，斜樁樁帽均為雙孔樁帽。同一樁帽的兩根斜樁樁位相對(duì)偏差最大可達(dá)30cm，樁帽預(yù)制時(shí)預(yù)留的調(diào)整空間已無法滿足樁帽安裝位置的調(diào)整，若繼續(xù)增大調(diào)整空間，則會(huì)造成支點(diǎn)及樁帽結(jié)構(gòu)受力問題。目前所采用的解決措施主要是根據(jù)樁基實(shí)際位置，據(jù)實(shí)預(yù)制雙孔樁帽。

圖1 截樁定位抱箍安裝示意圖

2.1.3 安裝基面（鋼管樁定）標(biāo)高及水平度控制措施設(shè)計(jì)

鋼管樁沉樁完成后，逐根測(cè)量標(biāo)記樁頂標(biāo)高位置，進(jìn)行樁頭切割。為保證樁頭切割面平整，便于樁帽安裝標(biāo)高控制，針對(duì)直樁及斜樁各設(shè)計(jì)發(fā)明了不同型式的定位抱箍，用于控制切割面平整度，消除了截樁時(shí)波浪對(duì)切口平整度的不利影響。

移除被切割的樁頭部分，在樁頂標(biāo)出樁帽軸線位置，軸線兩側(cè)5cm范圍內(nèi)，打磨平整并用水平尺找平并重新標(biāo)記軸線位置即可。

2.1.4 安裝方位控制措施設(shè)計(jì)

水上樁帽安裝無承臺(tái)等固定的作業(yè)平臺(tái)，主要借助于小型船舶或施工木筏等活動(dòng)設(shè)施作為施工平臺(tái)，通常晃動(dòng)較大，構(gòu)件安裝定位精度不易控制。設(shè)計(jì)了可拆卸的定位卡具（如圖2所示），安拆方便，可重復(fù)使用。使用時(shí)在鋼管樁樁頂任意兩個(gè)樁帽軸線標(biāo)記位置安裝可，樁帽安裝時(shí)，將預(yù)埋的支點(diǎn)鋼筋放入定位卡卡槽內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)安裝方位的控制。

圖2 定位卡具加工及安裝圖

方位調(diào)正后，測(cè)量樁帽四角頂標(biāo)高并微調(diào)（打磨支撐位置樁頂或支墊薄鋼板并焊接），將方位及標(biāo)高調(diào)整好的樁帽支點(diǎn)與鋼管樁頂部焊接即可。

2.2 薄壁預(yù)制梁施工技術(shù)

薄壁預(yù)制梁相比于預(yù)制樁帽，其梁體安裝技術(shù)難度較小，僅需在已安裝完成的樁帽頂部彈線及砂漿找平，直接進(jìn)行吊裝即可。其不同于傳統(tǒng)預(yù)制梁工藝的區(qū)別主要在于預(yù)制難度有所增加，同時(shí)增加了梁芯結(jié)構(gòu)的現(xiàn)澆施工。對(duì)于薄壁預(yù)制梁施工技術(shù)主要目的在控制預(yù)制梁內(nèi)大量預(yù)留箍筋處模板的安裝情況以及提升縱、橫梁現(xiàn)澆結(jié)點(diǎn)模板的安拆效率。

2.2.1 薄壁預(yù)制梁內(nèi)側(cè)模板設(shè)計(jì)

預(yù)制薄壁U型梁考慮與梁芯現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的整體受力，預(yù)制梁內(nèi)側(cè)底部及兩側(cè)面預(yù)留大量箍筋，其中底部預(yù)留箍筋不受模板支拆影響，兩側(cè)預(yù)留箍筋對(duì)模板的設(shè)計(jì)提出了很高的要求。

分析對(duì)比施工效率、模板周轉(zhuǎn)利用率，并結(jié)合預(yù)留箍筋形式，設(shè)計(jì)了“梳子”型定型鋼模板，在梁內(nèi)側(cè)模板對(duì)應(yīng)箍筋位置處開孔，孔邊焊接壓片裝置，混凝土澆筑時(shí)采用可拆卸的薄鋼片封孔。實(shí)現(xiàn)了該類模板的快速安拆，提高了模板周轉(zhuǎn)率。

2.2.2 縱、橫梁現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)模板設(shè)計(jì)

縱、橫梁內(nèi)側(cè)梁芯結(jié)構(gòu)施工簡便，無需支架、模板，僅在梁頂綁扎頂層鋼筋即可。而提升梁芯結(jié)構(gòu)施工效率的關(guān)鍵在于縱、橫梁結(jié)點(diǎn)處的模板安、拆效率。為此，按角度設(shè)計(jì)定型鋼模板，僅通過螺母與已安裝的縱橫梁固定連接即可，模板用料少、重量輕、支拆簡便、快捷，可重復(fù)利用。

3.薄壁輕質(zhì)預(yù)制構(gòu)件施工技術(shù)應(yīng)用

3.1 施工工藝流程

薄壁輕質(zhì)預(yù)制構(gòu)件均在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)完成制作，構(gòu)件水上安裝就位，調(diào)平固定后，進(jìn)行樁芯、梁芯施工的工藝。工藝流程如圖3所示。

圖3 工藝流程圖

3.2 工序控制要點(diǎn)

（1）薄壁輕質(zhì)樁帽預(yù)制施工時(shí)，預(yù)埋支點(diǎn)定位必須準(zhǔn)確，支點(diǎn)標(biāo)高控制在同一平面。

（2）樁頭切割平整度、樁帽安裝支點(diǎn)位置處水平度控制必須嚴(yán)格。

（3）樁帽安裝方位控制必須準(zhǔn)確；雙孔樁帽需根據(jù)實(shí)際樁位預(yù)制。

（4）預(yù)制梁安裝位置嚴(yán)格按設(shè)計(jì)軸線控制。

4.應(yīng)用效果分析

依托孟加拉馬塔巴里超超臨界燃煤電廠項(xiàng)目配屬碼頭工程，薄壁輕質(zhì)預(yù)制構(gòu)件施工技術(shù)在全裝配式鋼管樁高樁碼頭中累計(jì)應(yīng)用1424次，經(jīng)驗(yàn)證，薄壁預(yù)制樁帽安裝偏差、薄壁預(yù)制梁安裝及梁芯施工均滿足《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。在經(jīng)濟(jì)效益方面，薄壁輕質(zhì)預(yù)制樁帽的應(yīng)用相較與傳統(tǒng)工藝方面，節(jié)約了底模及支架的投入，加快了樁帽施工進(jìn)度，節(jié)約了工期，提高了設(shè)備利用率，就該碼頭項(xiàng)目樁帽成本對(duì)比，比同條件現(xiàn)澆樁帽節(jié)約成本約2倍；薄壁輕質(zhì)預(yù)制梁的應(yīng)用，大幅縮減了構(gòu)件重量，按全斷面預(yù)制構(gòu)件，同條件下全斷面構(gòu)件重量如下表所示，就該碼頭項(xiàng)目而言，想要實(shí)現(xiàn)全斷面預(yù)制構(gòu)件安裝，需選用200T履帶吊進(jìn)行構(gòu)件安裝，而薄壁輕質(zhì)預(yù)制梁的應(yīng)用，僅依靠10 0t履帶吊就實(shí)現(xiàn)了碼頭預(yù)制梁的全部安裝。而薄壁梁的預(yù)制以及現(xiàn)澆梁芯結(jié)構(gòu)，因新模板的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，并未造成過多資源的投入，相反節(jié)約了梁體預(yù)制、運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備成本。

5.結(jié)論

依托孟加拉馬塔巴里超超臨界燃煤電廠項(xiàng)目配屬碼頭工程，以實(shí)現(xiàn)高樁碼頭全裝配化施工理念為目標(biāo)，以提升項(xiàng)目本質(zhì)安全、保證項(xiàng)目質(zhì)量目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目降本增效為提前，創(chuàng)新應(yīng)用截樁定位抱箍、樁頭定位卡具、封底抱箍、安全護(hù)欄、“梳子”型模板、定型角模等設(shè)施，有效解決了樁帽安裝精度控制難度大、薄壁梁預(yù)制芯模安拆難度大且效率低、現(xiàn)澆梁芯結(jié)點(diǎn)效率低等困難，彌補(bǔ)了薄壁輕質(zhì)預(yù)制樁帽及預(yù)制梁裝配化過程中的施工難點(diǎn)，大幅提高了項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益，較少了重件吊裝、運(yùn)輸?shù)陌踩[患，具有較高的借鑒意義和推廣價(jià)值。