高樁碼頭墩臺結構施工技術研究

張兵 張宇 中國港灣工程有限責任公司

1.工程概況

本項目位于納米比亞中西部的鯨灣港。油碼頭分為2個60,000DWT泊位，其結構基本一致。碼頭構造物施工區長約650m、寬約80m。下部結構均采用灌注樁基礎，總量為231根，具體包含多種結構形式：靠船墩、系船墩為基礎灌注樁，共82根，樁徑為1500mm；L通道、R通道、人行道及其它平臺和墩為灌注樁，共147根，樁徑為1200mm；此外，還有2根前期非工程樁試樁。

2.高樁碼頭墩臺施工技術

2.1 墩臺的分層設計

墩臺的尺寸較大，不具備一次施工成型的條件，若一次澆筑到位將明顯加大施工難度，同時存在諸多不可控因素，例如易由于單次混凝土澆筑量過大而發生劇烈的水化熱現象，產生裂縫，隨之影響結構的完整性，因此宜采取分層、分塊有序澆筑的施工方法。具體分情況考慮：墩臺面積較小時僅分層處理，無需分塊施工；墩臺面積較大時，在分層的基礎上考慮分塊澆筑施工要求。但兩者的基本思路均一致，為整體結構“化整為零”，以富有秩序性的方式施工，使各部分的施工處于可控的狀態。此處僅對分層澆筑的方法展開探討，分層、分塊相綜合的方式與之具有類似性，不做進一步的說明。

分層施工中，在上一層混凝土澆筑時將產生向下的荷載作用（按均布荷載考慮），下一層將產生拉應力和壓應力。從受力大小的關系來看，混凝土所受壓應力明顯超過拉應力，設置在墩臺底部的底板鋼筋主要負責承擔拉應力，因此將第一層混凝土頂面的拉應力不超過混凝土的抗力強度作為分層的控制因素。假定第一層施工采取連續推進的方法，此時該部分未產生預應力。隨混凝土強度的提升，待其達到某特定值后將作為彈性體，其截面抗彎剛度(EI)較大，并且遠超過下部支撐的EI值。所處位置在樁頭處，存在較大的截面抗變形剛度，在該力學特性下上一層施工所產生的荷載將發生傳遞，到達剛性體，此時可以認為樁基樁頭成為上部荷載的關鍵承受結構。第一層混凝土及不利截面力學示意圖見圖1。

圖1 第一層墩臺混凝土及不利截面力學示意圖 注：h1為高度

2.2 墩臺底模板支撐系統

樁上支座、主次梁等均是關鍵的組成結構，各自的設計與施工要點作如下分析。

2.2.1 支座的設計與施工

支座結構主要含鋼抱箍和鋼牛腿兩種，其適用范圍有所差異。對于PHC樁，應用較為普遍的是鋼抱箍；在鋼管樁施工中，鋼牛腿、鋼抱箍均是可行的方式。

（1）設計支座反力。支座所受的力主要由上部主梁傳遞而來，因此在確定支座反力時首要前提在于明確主梁在各支座處的剪力，計算所得的絕對值之和則指的是支座反力。對于不等跨連續梁結構，其支座兩邊的跨度較大時，支座反力也較大。主梁對支座產生作用時荷載主要包含：施工人員和機具所產生的荷載、底模及主次梁的自重等。

（2）鋼抱箍的設計與安裝。鋼抱箍由兩個半圓箍組合于一體，各自分別由鋼板彎制而成；通過高強螺栓的應用將半圓箍連接成型；在兩邊分別焊1個鋼牛腿用于支撐上部主梁。該鋼抱箍結構的特點在于裝拆作業較便捷，施工過程中不會產生痕跡，且后續經過適當修整后可重復利用。

在設計及施工鋼抱箍時重點考慮的內容有：抱箍與樁所產生的摩擦系數、支座反力值及其與樁表面的距離。前者通?？蓮募夹g資料中獲得；后者則需進一步分析與論證，選定參數并確保參數設計的合理性。為增大抱箍與樁體間的摩擦系數，通常在鋼抱箍內側粘橡膠墊，在選擇和安裝橡膠墊前通過試驗的方式確定摩擦系數。試驗的方法為：取兩套鋼抱箍并安裝在樁上（嚴格控制安裝高度，需便于操作），下方抱箍正放（鋼牛腿面板朝上），上方抱箍倒放；在設置鋼抱箍時采用到高強螺栓連接裝置，向該處施加預應力，目的在于緊固抱箍，使其可以抱緊樁身；此后在下方抱箍的牛腿上適配液壓千斤頂（要求此裝置所提供的頂升力超過支座反力）；用頂桿穩定頂住上方的抱箍；在完成前述準備工作后啟用兩個千斤頂，使其以緩慢的狀態向上頂升。

2.2.2 主次梁的設計與施工

主鋼梁穩定夾住樁身，其沿著斜樁相對方向的各排樁基布置。在主鋼梁安裝到位后于上部均勻設置次梁。各排樁的兩根主梁分別利用對拉螺桿做緊固處理，使其穩定夾住樁身，不發生滑落或其它異常狀況。主鋼梁由型鋼焊接成通長，在支座上形成連續梁。結合連續梁的結構特點分析，在跨度較大的支座處，無論是正壓力還是剪應力均較大，根據此類數據可驗算該處型鋼截面上點的折算應力。其中，上下翼緣與腹板連接處的折算應力較大，應將其作為重點驗算對象。

在主梁設計與施工中重點考慮如下幾點：主梁盡可能采用對稱截面的形式，例如雙槽鋼、工字鋼均較為可行，原因在于其受力合理，有利于維持主梁的穩定性；主梁對接焊接必須具有穩定性，以構成結構完整、安全可靠的連續梁；對于存在懸挑的連續梁則充分考慮到懸挑根部的特殊性（該處普遍為最不利位置），可設置支撐用于提高結構的穩定性；次梁兩端外伸時則對比分析外伸端部的撓度與跨中撓度，若前者未超過后者，結合撓度計算公式展開計算與分析，要求外伸部分的長度不超過跨度的2/3；外伸部分適當重合，此方式有利于降低端部的撓度值。

3.大墩臺鋼筋籠的安裝技術要點

墩臺的鋼筋通常采用縱橫向鋼筋箍、側壁水平箍和上下底板結拉筋相綜合的方案。在鋼筋安裝時可按照如下思路有序開展各項工作；安裝側壁鋼筋，隨后將側壁鋼筋下部分的水平鋼筋安裝至指定位置；安裝骨架并斜向布置上下拉結筋，以保證骨架的穩定性；安裝頂板下層鋼筋和對接側壁鋼筋，使各自可精準就位并維持穩定；按照相同的思路安裝頂板上層鋼筋和對接側壁鋼筋；在前述基礎上將側壁上部分的水平鋼筋安裝到位，最后安裝剩余的拉結筋。

按照前述所提的思路有序將各部分鋼筋安裝至指定位置，全程各道工序緊密銜接，且可避免額外設置馬鐙筋、焊接鋼筋支架等繁瑣的作業內容，既充分保證了大墩臺鋼筋籠的結構完整性與穩定性，又縮短了作業時間、減少了材料投入，使綜合應用效果突出。

4.施工縫處理的技術要點

高樁碼頭墩臺結構施工中易產生接縫，應對其采取處理措施，以免因接縫的存在而影響結構的整體施工質量。在各層混凝土施工中，鑿毛是必須落實到位的一項工作。首先對露出的骨料擴大混凝土區域，然后在混凝土層之間插筋。施工期間，只要混凝土表面可維持干燥潔凈的狀態（無積水、無雜質）則進入后一個施工環節。為充分保證新舊混凝土兩部分的結合穩定性，在混凝土澆筑時進行適當振搗，通過外力的作用減小混凝土內部的空隙，改善混凝土的分布狀態，使新舊混凝土穩定結合于一體。

5.結語

高樁碼頭墩臺結構是港航工程基礎設施建設中的重點內容，但其施工難度較大，控制要素較多。本文對高樁碼頭墩臺結構的關鍵施工技術展開了探討，希望可為同仁提供技術參考。