高樁碼頭預應力混凝土方樁吊裝技術

摘要：文章通過六種不同的吊裝方案進行對比，運用靜力學方法主要針對預應力混凝土方樁吊樁施工技術進行分析，從計算模型分析出的結果來不斷地提高高樁碼頭的施工工藝和工程質量，希望能為為同類吊裝技術提供了一定的參考價值。

關鍵詞：高樁碼頭；混凝土方樁；預應力；吊裝技術

1前言

解放以來，我國的筑港事業有了很大的發展。在碼頭的建設中不斷地探索符合使用要求、安全、可靠、施工簡便可行、經濟效果好的結構型式。從大量的工程實踐中，高樁碼頭結構不斷推陳出新，不斷從重型、實體、短樁小跨、就地澆筑、普通鋼筋凝混土結構向輕型、空心、高樁碼頭預應力混凝土方樁是高樁碼頭中最為常用的基樁型式。

2吊樁的設計

2.1研究吊樁的工藝

60～67米混凝土方樁的長細之比高達約100到112，常規的四點吊沉樁已經無法滿足施工期間方樁受力的要求，因此，決定采用六點吊或者是五點吊的工藝。根據動滑輪的布置方式，圖1總共給出6個較為典型的布置方案。這6個方案從理論方面來計算看都是屬于靜定的問題。

圖1 典型布置方案示意圖

從施工的方便性與可行性方面而言，能夠篩選出最佳的方案。這些方案主要具有的差別就是打樁船的兩吊鉤里樁頭吊鉤的連接吊點多寡與單鉤之下動滑輪的數量奇偶性不同。分析如下：

①樁頭的吊鉤所連接的吊點比較多時，樁頭承載的壓力就要比樁尖大得多。

②如果在兩吊鉤之中以偶數個動滑輪來布置任意一個吊鉤里，根據力平衡可知，吊樁在解扣之后就會使得整個樁體受力不平衡（即吊鉤兩邊存在力差）。

結合上述分析可知，對于五點吊而言，方案1為最佳的方案；對于六點吊而言，最佳的方案是方案4。由于本工程采用了六點吊的工藝，因此滑輪的布置采用了方案4。

2.2吊點位置和吊立彎矩

2.2.1設計吊立參數

分析我國打樁船的現狀，以某工程樁作為基準來確定施工主要的可行吊立，其參數如下：

H0：有效的吊高，樁架上面兩個定滑輪的中心線距離樁軸線的高度，H0=58米；

H1：樁架上面兩個定滑輪的中心線距離水面的高度，H1=64米；

d0：吊索在兩個定滑輪的中心線的高度處水平的距離，d0=3.5米；

S1：捆綁吊索D1C1D2后有效的長度，S1=30米；

S2：捆綁吊索D3C2D4后有效的長度，S2=30米；

S3：捆綁吊索D5B2D6后有效的長度，S3=30米；

S4：捆綁吊索C1B1C2后有效的長度。S4=30米（各個吊立的參數意義詳情見圖2所示）。

圖2

2.2.2計算的假定

（1）采用了靜力學的方法，吊立的過程中動力因素是沿用傳統動力系數所表達的。

（2）動滑輪的重量與尺寸，吊索的重量略去不計。

（3）動滑輪與吊索之間的摩擦忽略不計，就是同一吊索各處的張力相等。

（4）在吊立的過程中。定滑輪的高度要保持不變，即H1要保持不變；

（5）吊立之初，吊索A1B1長度要維持在平吊時的長度，通過對吊索A2B2的收縮完成吊立；當樁吊立到一定的角度之后，樁尖便開始入水，為了控制樁入水的長度（即不能超過10米），在必要的時候需要對吊索A2B2進行收縮。

2.2.3計算與結果

計算的問題雖然屬于靜定問題，但是包含了多個三角函數的方程來進行聯合求解，這就需要采用數值的方法進行編程，計算所給出從六點吊的計算程序可以得到主要的計算結果以及結論：

①樁長不同的樁所優化的吊點位置也不一樣，但是差別非常的小，可以統一的表示為：L7為0.088L；L2為0.090L；L4為0.180L；L3為0.158L；L6為0.182L；L5為0.222L；L1為0.080L。其中L表示的是樁長，而L1到L7是吊點位置的特點參數，其意義可詳見圖2。

②吊立的過程中所產生最大的吊立彎矩的設計值是215kN·m，若是沿用樁基的規范中四點吊的吊立彎矩公式來計算Md=paqrL2來進行表達，相當是p=0.005；隨著樁長的不一樣也有所不一樣，但是差別非常的小。

③優化吊點的位置下樁，最大的吊立正彎矩與最大的吊立負彎矩幾乎是相接近的，吊立的過程中最大的正彎矩是發生在吊立的初期，而通常當吊立到樁軸線和水平面夾角a超過了3O°以上時，這個值會明顯變小；而最大的負彎矩是生在吊立的中期，在吊立的過程中比較大，通常當a超過了6O°以上的時候，這個值才會明顯的變小。

④吊立不一樣的參數，優化吊點的位置也是不一樣的，吊立的參數取得值越大，對應的優化吊點的位置下樁最大的吊立彎矩也越小。而施工可行吊立的參數和打樁船的樁架的高度關系十分密切，所以，打樁船樁架的高度越大，就會對樁吊立的施工也就越有利。

⑤在和設計吊立的參數所對應優化的吊點位置在保持不發生變化的前提之下，吊立的參數由于施工的誤差會發生改變，但是無論這個參數是減小還是增大，最大的吊立彎矩都會增加；設計的吊點位置由于施工的誤差也發生了改變，而且最大的吊立彎矩也會增加。

2.3沉樁保障的措施

采用了六點吊的工藝來解決了方樁吊立的問題。為確保方樁的施工順利的實施，減少沉樁時的破損和斷裂，本超長樁的設計主要是采用了以下幾點工程的措施：

（1）沉樁的初期在樁架的上面增設了軟背板施工的要求，來減小樁在沉樁的初期時自由的長度。

（2）斜樁太斜不太好，設計采用5：1的斜樁。

（3）樁頂設置的鋼抱箍，在其2米的范圍內，摻入鋼纖維到混凝土中，提高樁頭的抗錘擊能力。

（4）依據預制場以及預制臺座張拉的能力，在其不超過張拉力的前提之下進行適當的增加方樁預應力的鋼筋配置，來提高方樁能夠承受打樁的應力能力，配置8根￠25和4根￠28冷拉Ⅲ級的鋼筋，比一般的方樁增加了8.5%的配筋量。

（5）考慮樁截面的突變處應力的集中，在樁空心與實心截面的交界處，增設了6米長的I級鋼筋。

3竣工階段的分析

通過以上模擬計算模型的計算結果分析樁基施工表明了：

（1）六點吊的工藝在吊立的過程中較平穩，且樁身比較順直，與四點吊的工藝相比具有的優勢明顯，且吊樁的輔助作業的增加時間極為有限。

（2）每天平均沉樁7到8根，終錘的貫入度通常為5到8毫米，個別 達到3毫米。沉樁的過程較順利，大多數樁尖達到了設計的標高，少量樁的樁尖標高雖然沒有達到設計的標高，但是差值沒有超過1米。沉樁的完好率較高，540根的超長方樁中斷樁共計5根，斷樁率小于1。

（3）在打樁的過程中，觀察樁架增設的軟背板處樁水平的顫動最大達15厘米左右，增設樁架軟背板的措施對斷樁率的減小仍有明顯的效果。

4總結

①本工程的設計不僅大膽而且穩妥慎重的采用了6O到67米超長600毫米×600毫米的預應力的混凝土方樁以及六點吊新技術的工藝方面的施工取得了較為圓滿的成功。

②六點吊的工藝能夠適應于更加長預應力的混凝土方樁，而工程的成功關鍵就是沉樁。

5結束語

綜合上述，近幾年來，高樁碼頭預應力混凝土方樁的建設和應用都取得了較為圓滿的成功，對于為高樁碼頭超長預應力混凝土方樁所采用的六點吊新技術的工藝積累了較為豐富的經驗，為推進高樁碼頭預應力混凝土方樁的應用具有促進的作用，也為今后高樁碼頭的預應力混凝土的施工工程提供了借鑒。

參考文獻：

[1]邱駒.港工建筑物【M】.天津：天津大學出版社.2002

[2]交通部第一航務工程勘察設計院.海港工程設計手冊（上冊）【M】.北京：人民交通出版社.2001