高樁碼頭預制樁帽裝配式施工技術經濟分析

孟凡奇 中交第三航務工程局有限公司江蘇分公司

1.前言

裝配式技術是國家高質量發(fā)展的要求，目前在工民建、橋梁領域中，裝配化智能化建造技術在大力推進，在這些領域，裝配式建筑有著突出優(yōu)勢：①保證工程質量；②降低安全隱患；③提高生產效率；④降低人力成本；⑤節(jié)能環(huán)保，減少污染。

與此相比，水運工程的裝配式施工發(fā)展較為滯后，由于沉樁精度、施工環(huán)境、起重設備等多種因素，水運碼頭建設施工中，碼頭樁帽一般為現澆結構，主要施工工藝多采用架設圍囹結構、綁扎鋼筋、安裝模板、澆筑混凝土、拆模、拆除底部圍囹，現澆樁帽施工工序多，圍囹周轉投入，以及受海上風浪影響大(如在連云港地區(qū)，夏季有臺風，11月份到次年3月份寒潮及雨雪天氣施工可作業(yè)天數較少)等原因影響了碼頭總體工期。

現階段高樁碼頭施工雖然體現了一定的裝配式理念，如樁基、碼頭縱梁系、碼頭面板、靠船構件等為預制安裝，但樁帽、橫向梁系基本為現澆結構，按照《裝配式建筑評價標準》（GB/T511129）等現行標準計算，總體裝配率低于35%，與目前裝配式建筑的綜合評定等級相差較大。

研究碼頭樁帽裝配式施工，對實現水運工程建筑產業(yè)升級具有重要的推進作用，有利于提升工程質量安全水平、推動化解過剩產能、培養(yǎng)產業(yè)工人、提高施工效率，能夠進一步提升港口建設的核心技術優(yōu)勢和產業(yè)競爭力。目前，《中交集團十四五科技發(fā)展規(guī)劃》中提出了在現有技術基礎上大力推進港口建造技術的綠色化、工業(yè)化與智能化升級，其中“裝配式碼頭設計、施工與運維一體化技術”作為一項重點完善提升技術，對碼頭裝配式發(fā)展提出了指導意見。

2.工程概況

盛虹煉化一體化碼頭工程位于連云港徐圩港區(qū)六港池，依托該工程開展了兩個整體預制樁帽裝配式施工試驗，本次試驗采用預制樁帽長6.7m，寬2.6m，高2m，內置空腔采用后澆節(jié)點來與樁基連接，空腔直徑1.6m，距樁邊20cm，高1.1m，每個空腔預留2只波紋管用于澆筑空腔混凝土，如圖1。

圖1 整體預制裝配式樁帽結構圖[1]

樁基伸入裝配式樁帽內長度為10cm，主要是為避免斜樁對樁帽安裝的影響，如圖2所示。樁帽臨時固定支撐依靠的是圍囹結構。

圖2 樁帽與樁基節(jié)點連接結構圖[1]

3.裝配式樁帽施工工藝

3.1 總體布置

整體預制裝配式樁帽作為新型內置空腔式樁帽結構，采用陸上預制養(yǎng)護后并吊裝出運，海上起重船安裝，就位后澆筑內腔混凝土，具體施工工藝流程如圖3所示。

圖3 總體施工工藝流程圖

3.2 上道工序準備

在進行樁帽安裝前，需要先完成圍囹結構施工，工人在圍囹支撐上焊接樁芯鋼結構，驗收通過后澆筑樁芯混凝土，待混凝土強度達到后方可進行裝卸式樁帽安裝。

3.3 樁帽預制

裝配式樁帽采用在構件預制廠預制，材料為C45商品混凝土。采用流水線臺座施工，如圖4所示。樁帽的側模采用本工程現澆樁帽定型鋼模板，內腔模板采用定制可拆卸式結構，空腔模板位置根據現場沉樁偏位確定。

圖4 整體預制樁帽流水線施工圖

混凝土強度達到設計要求后，將樁帽吊至支撐臺座上，拆除內腔模板。內腔模板在澆筑前噴灑緩凝劑，樁帽成型拆除內腔模板后，對空腔內壁混凝土進行水沖，露出石子面，以利于后澆混凝土結合。

樁帽吊運至堆存區(qū)后，混凝土強度達到100%或28d后，進行涂層防腐施工，減少水上防腐施工量。通過預制廠120t門吊吊至1000t運輸船。

3.4 樁帽安裝

本工程試驗樁帽重量為80t，采用安裝在排架中間位置，綜合考慮樁帽重量和安裝跨距，采用150t起重船，宜選用單鉤作業(yè)，雙鉤作業(yè)時宜將樁帽橫至于在運輸駁上，起吊樁帽時，可避免主鉤產生扭轉。

安裝時布置5名工人，其中1名起重指揮。施工人員預先在底板上測放好安裝邊線，樁帽吊運至安裝位置上后，協(xié)調指揮起重船調整船位及大臂、升降主鉤，施工人員分別站在在四角頂推配合精確調整樁帽位置。

3.5 空腔節(jié)點后澆施工

樁帽安裝誤差檢驗合格后，開始內腔混凝土澆筑。為保證節(jié)點連接穩(wěn)固，本工程試驗樁帽節(jié)點采用了摻加微膨脹劑的細石混凝土，采用攪拌船水上施工，工人將泵管插入樁帽內預埋的Φ200波紋管（管徑根據鋼筋間距）后進行灌注，灌注量略大于空腔理論量，使空腔內氣泡排除。

圖5 預制樁帽安裝圖

4.投入分析

裝配式預制樁帽主要設備有120t門吊(預制廠出運)、1000t運輸船(構件運輸)、150t起重船(安裝)、混凝土攪拌船及配套船組(現澆節(jié)點)。

現澆樁帽主要設備有20t起重船(模板、鋼筋安裝)、500t運輸船(運輸模板、鋼筋)、混凝土攪拌船及配套船組(現澆樁帽施工)。

具體資源配置詳見表1、表2。

表1 裝配式樁帽資源配置

表2 現澆樁帽資源配置

5.經濟效益比較

按照裝配式和現澆樁帽每件的資源配置結合項目當時的分包、材料及設備租賃價格：裝配式樁帽制作安裝費用為7.65萬元/件，其中分包費1.59萬元、材料費4.55萬元、船機費1.51萬元；現澆樁帽費用合計6.41萬元/件，其中分包費1.53萬元、材料費4.06萬元、船機費0.82萬元。

通過工藝對比，裝配式樁帽為確保安裝與后澆節(jié)點連接穩(wěn)固，樁芯增加了鋼結構固定、內腔需要預留注漿孔、吊環(huán)埋設等內容，因此材料費用比傳統(tǒng)現澆樁帽高11%；裝配式樁帽安裝時采用的起重船及運輸船舶規(guī)格比現澆樁帽高，雖然現澆樁帽起重船使用時間比裝配式樁帽多一倍多，但是總體來看裝配式船機費比現澆樁帽多了84%。

6.結語

（1）本次裝配式樁帽試驗驗證了工藝的可行性，樁帽安裝偏差、節(jié)點強度密實度等滿足檢驗要求。于沉樁精度問題，在布置預制空腔模板時要根據每一根樁具體偏位進行調整，否則將有可能無法順利安裝，當預制空腔與樁位不匹配時，不能為省錢省事強行澆筑空腔混凝土。

（2）就目前情況來看裝配式樁帽成本比現澆樁帽高約20%，但是大幅度減少了碼頭的總工期，以正常每天安裝10個樁帽的工效來算，加上圍囹結構周轉時間(按12套周轉)，180個樁帽施工僅需54天，而采用傳統(tǒng)現澆周轉施工需要135天。

（3）本項目僅做了2個裝配式樁帽，但從進度來看，總體工期加快帶來的效益將超過現澆樁帽工藝。但需要注重前期的計劃安排，充分利用好攪拌船、起重船、運輸船，保障其滿負荷工作狀態(tài)是項目成功的關鍵。

（4）由于裝配式樁帽水上施工時間大幅減少，可有效降低安全風險，減少了臨邊防護的保障費用。相對傳統(tǒng)現澆樁帽工藝安全性更好。