超長下橫梁一次澆筑施工技術(shù)

王衡　王哲

摘 要：如皋長源通用碼頭工程設(shè)計噸位5萬噸級，結(jié)構(gòu)兼顧10萬噸級，下橫梁長度36m、寬度2m、高度1.5m，梁體尺寸較大，長度在長江內(nèi)河碼頭中屬于較為罕見的，且工程施工期處于汛期，工期緊迫、水位漲落對承重結(jié)構(gòu)和模板的施工不利，下橫梁采用一次澆筑成形時對承重結(jié)構(gòu)和模板的要求很高，項目部通過對承重結(jié)構(gòu)及模板的科學(xué)設(shè)計、采用分層分段跳倉澆筑，實(shí)現(xiàn)了超長下橫梁的整體一次澆筑，同時克服了一次澆筑時間長易產(chǎn)生冷縫的通病，縮短了工期，提高了工程經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：超長下橫梁;一次澆筑;承重結(jié)構(gòu)

中圖分類號：U655? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）03-0078-03

1 施工難點(diǎn)

如皋長源通用碼頭工程為南通如皋港區(qū)的重點(diǎn)項目，也是該港區(qū)一座新建的大型通用碼頭，工程造價1.16億元、工期225天，該碼頭設(shè)計結(jié)構(gòu)兼顧10萬噸級船舶，碼頭長450m、寬36m且為單平臺高樁梁板式結(jié)構(gòu)，因此下橫梁長度也達(dá)到了36m，屬于超長下橫梁。

超長下橫梁多見于長江下游、沿海地區(qū)的高樁碼頭，梁體體積較大，施工區(qū)域一般為遠(yuǎn)離陸地的深水區(qū)域或開闊江面，施工易受風(fēng)浪、水位、夏季高溫因素干擾，橫梁承重結(jié)構(gòu)施工難度大，超長下橫梁澆筑時間長，如混凝土供應(yīng)不及時，澆筑分層劃分不當(dāng)易產(chǎn)生冷縫等質(zhì)量通病。為克服通病，傳統(tǒng)的做法可以將梁體分2段澆筑施工，可以減少一次澆筑的方量和時間，但功效極低不適用于汛期施工。本工程工期緊且下橫梁施工期處于夏季汛期，因此下橫梁施工必須采用一次澆筑的工藝才能保證工程工期。

2 承重設(shè)計

碼頭樁基為PHC1000B型樁，每排架9根，使用[32a槽鋼作為承重結(jié)構(gòu)主梁，A樁橫向槽鋼為雙拼[32a外加單根[32a。根據(jù)《水運(yùn)工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》承重結(jié)構(gòu)選用主要材料的參數(shù)取值如表1。

為了簡化計算，根據(jù)最不利原則，現(xiàn)澆橫梁承重槽鋼計算按照簡支計算。下橫梁施工處長江汛期，水位非常不利，因此利用圓鋼進(jìn)行反吊施工承重結(jié)構(gòu)，每個支座使用4根Φ32mm Q235圓鋼反吊，考慮到鋼筋彎曲焊接后直徑及損傷衰減，驗算直徑取28mm，容許強(qiáng)度取180N/mm2，因此4根吊筋可提供的最大安全承載力為π142×180×4=443kN，承重結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1。

碼頭下橫梁施工各項荷載如表2。

2.1支座驗算

（1）靠件安裝工況，忽略B支座承載力，根據(jù)彎矩平衡方程可得：

圖2靠件安裝計算模型

（2.2+4.5）Ra=P1×（1.3+2.2+4.5）

Ra=92.4kN? ? ?Rc=-15.0kN? ? ? ?C樁設(shè)置反壓鋼抱箍

（2）混凝土澆筑工況下同理根據(jù)彎矩平衡和力的平衡可得：

R a=92.4+19.6+80.5×（1.8+1.1）=345.5kN <443kN

R b=80.5×（1.1+4.5/2）=269.7kN <443kN

R c=80.5×（4.5/2+4.5/2）=362.3kN<443kN

5Rd+1.52/2×80.5=（2.5+5）2/2×80.5

Rd=434.7kN<443kN

Re=9×80.5-434.7=289.8kN<443kN

Rf= RG=（6+3）/2×80.5=362.3kN<443kN

Rh=（3+4）/2×80.5=281.8kN<443kN

RJ=（2+4/2）×80.5+19.6=341.6kN<443kN

綜上，每根樁設(shè)置4根Φ32mm Q235圓鋼反吊可滿足承載力要求。

2.2橫向槽鋼驗算

[32a橫向槽鋼設(shè)置在A樁前沿和后沿，采用前2后1的形式配置，工況取澆筑完成后。

（1）抗彎驗算

A支座主槽鋼間距取2m，兩支座間距1m。

R a=345.5kN

M=Ra/2×0.5=86.4kNm

M /[σ]= 86.4kNm/170MPa=508.1cm3<474.879 cm3×2=949.758 cm3

B支座主槽鋼間距取1.2m

R b=269.7kN

M=Ra/2×1.2/2=80.9kNm

M /[σ]= 77.28kNm/170MPa=454.6cm3<474.879 cm3

滿足要求

（2）抗剪驗算

槽鋼容許切應(yīng)力[τ]取125MPa

A支座橫向槽鋼剪力FQ=160.15kN;B支座的為128.8kN

單根[32a半截面面積距S≈95.4cm3、t=8mm

FQ=172.8kN時

τ=FQS/It=27.1MPa<[τ]= 125MPa? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?滿足要求

2.3主梁驗算

（1）A～B跨

Ma=1.3（P1+F）+Q×1.82/2=256.5kNm

Ma /[σ]= 256.5kNm/170MPa=1508.9 cm3<474.879 cm3×4=1899.5 cm3

fa=Ql4/8EI+（P1+F）a2（3l-a）/6EI=80.5×1.84/8EI+97×1.32×（3×1.8-1.3）/6EI

fa=3.5mm

A～B跨配置4[32a槽鋼可滿足要求。

（2）H～J跨

Mj=1.5F+Q×22/2=190.4kNm

Ma /[σ]= 190.4kNm/170MPa=1120 cm3<474.879 cm3×4=1899.52 cm3

fa= Ql4/8EI+Fa2（3l-a）/6EI=80.5×24/8EI+19.6×1.52×（3×2-1.5）/6EI

fa=3.0mm

H～J配置4[32a槽鋼可滿足強(qiáng)度要求。

同理經(jīng)計算可知B～C、D～E、F～G跨度槽鋼配置，綜上所述，下橫梁F～G跨布置6根[32a槽鋼，其余跨布置4根[32a槽鋼做主梁可以滿足安全施工的要求。

2.4側(cè)模驗算

下橫梁側(cè)模采用組合鋼模板，墻包底工藝安裝，側(cè)模外側(cè)豎向夾條的布設(shè)應(yīng)考慮混凝土側(cè)壓力以及澆筑混凝土產(chǎn)生的沖力，新澆筑混凝土對模板最大側(cè)壓力可按下式計算：

Fmax=8Ks+24KtV 1/2，外加劑影響系數(shù)Ks=2.0，施工期處于夏季，溫度校正系數(shù)取Kt=0.74，澆筑速度取V=0.75m/h，則帶入上式Fmax=31.38kN/㎡? ，最大側(cè)壓力高度h=1.5-31.38/24=0.2m，假定側(cè)模豎向夾條按照0.6m間距布置則單根豎向夾條上線荷載q=0.6Fmax=18.83kN/m。則夾條側(cè)壓力分布如下：

圖3 側(cè)壓力分布圖

采用10cm×15cm木方作豎夾條，梁體上下穿設(shè)16mm對拉螺桿收緊夾條，螺桿間距l(xiāng)=1.5m。按照簡支梁等效計算可得最大彎矩M=2.33kNm ，則

M /[σ]= 2.33kNm/10MPa=233cm3<375 cm3? 所以10cm×15cm木方作豎夾條按照0.6m間距布置可以滿足混凝土澆筑的施工要求。

3 混凝土施工

3.1澆筑順序設(shè)計

混凝土澆筑工藝的選擇必須將縮短時間將作為第一考慮要素，為此要科學(xué)地分層分塊并確定澆筑的先后順序。本工程下橫梁混凝土的澆筑布料垂直方向分3層每層50cm，縱向分6段每段6m一共18個澆筑塊，澆筑時采用分層跳倉法布料，澆筑布料順序如圖4編號所示順序。

澆筑整榀下橫梁的時間為2h，因此每塊的平均時間為1/9h，按照圖4所示順序澆筑可以確保同層澆筑塊最大澆筑時間間隔不大于2/9h，上下層最大澆筑時間間隔不大于5/9h，而如果采用傳統(tǒng)的分層通長澆筑時，上下分層最大澆筑時間間隔為2/3h，因此通過縱向分段進(jìn)行跳倉間隔澆筑可以有效縮短分層的時間間隔。特別是在夏季熱期施工時，混凝土水化反應(yīng)較快，初凝時間約2h，因此合理劃分澆筑塊，制定澆筑順序可以有效地預(yù)防混凝土冷縫的發(fā)生。

3.2施工控制要點(diǎn)

超長下橫梁施工除易產(chǎn)生冷縫通病外，還易發(fā)生臺口裂紋，平整度較差等質(zhì)量通病，因此施工中應(yīng)注意控制以下幾個方面。

（1）控制好臺口的頂部鋼筋保護(hù)層厚度。鋼筋可以有效限制混凝土7～28d的表面裂縫發(fā)展，臺口頂部鋼筋保護(hù)層偏大會導(dǎo)致上部素混凝土層厚度增加，因此施工時應(yīng)對臺口頂部鋼筋做好標(biāo)高測控。

（2）控制摻和料用量。在夏季施工使用粉煤灰、礦渣等摻合料雖然可以有效降低水化熱提高混凝土的耐久性和工作性，但如果摻量過高會影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的早期成長，膠凝材料整體細(xì)度過細(xì)會造成混凝土頂部，特別是臺口位置的強(qiáng)度偏低，對碼頭整體的耐久性會造成不利影響。

（3）注重下橫梁臺口混凝土的二次收面和標(biāo)高控制，通過二次收面可以減少臺口裂縫的發(fā)生概率。臺口標(biāo)高可以在澆筑混凝土?xí)r利用鋼管設(shè)置標(biāo)高控制條控制，或在側(cè)面內(nèi)增加標(biāo)高標(biāo)記數(shù)量。

（4）混凝養(yǎng)護(hù)是保證質(zhì)量，減少裂縫發(fā)生的重要措施。夏季施工時側(cè)面拆除后應(yīng)用無紡?fù)凉げ紝⒘后w包裹灑水保濕養(yǎng)護(hù)，灑水次數(shù)應(yīng)保證梁體表面濕潤，養(yǎng)護(hù)時間不少于14d。

4 效益

（1）本工程的下橫梁采用一次整體澆筑，提高了施工效率縮短了工期，確保了受長江水位影響的下橫梁在6月中旬完成，比計劃工期提前了10天，攪拌船臺班費(fèi)用降低了20萬元，同時為工程按期完成打下了基礎(chǔ)。

（2）減少了模板等周轉(zhuǎn)材料的投入，相比分段澆筑施工，一次整體澆筑可以提高下橫梁承重結(jié)構(gòu)的周轉(zhuǎn)材料的周轉(zhuǎn)速度，從而減少槽鋼、模板的投入數(shù)量。本工程下橫梁采用一次澆筑工藝，周轉(zhuǎn)材的租賃費(fèi)用共節(jié)約13650元。

（3）一次澆筑成形的下橫梁相比分段澆筑的下橫梁其耐久性和整體性好，不會有接縫處錯牙、混凝土不宜密實(shí)等通病，整體外觀質(zhì)量更易控制，具有良好的質(zhì)量效益。

5 結(jié)語

本工程的36m超長下橫梁施工采用一次整體澆筑技術(shù)，科學(xué)設(shè)計承重結(jié)構(gòu)，解決汛期高水位施工的難題，使得工程得以在合同工期內(nèi)完成。在超長下橫梁施工過程中項目部注重細(xì)節(jié)著手，加強(qiáng)對鋼筋保護(hù)層、膠凝材料、配合比、二次收面和養(yǎng)護(hù)的控制，克服了超長下橫梁一次澆筑易發(fā)的質(zhì)量通病，在成本、進(jìn)度、質(zhì)量方面均有較好的收效。本工程在施工超長下橫梁中積累的技術(shù)經(jīng)驗為同類工程有著良好的借鑒意義，可以指導(dǎo)同類工程超長下橫梁的施工。

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