預(yù)制型高樁梁板透空式碼頭的應(yīng)用

李增業(yè)（上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司， 上海 200438）

目前全國各地均在大力發(fā)展預(yù)制型結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點有施工速度快、文明施工標(biāo)準(zhǔn)高、勞動力需求較小等，但預(yù)制結(jié)構(gòu)對于預(yù)制精度、安裝精度等有著很高的要求。在采用浮吊進行吊裝的水上碼頭的施工項目中，其吊裝難度大，安裝精度難控制，對設(shè)備、施工人員有很高的要求。本文依托上海市江浦路越江隧道新建工程碼頭拆復(fù)建工程，對高樁預(yù)制型高樁梁板透空式碼頭（高樁碼頭，下部透空，由樁基、墩柱等支撐上部結(jié)構(gòu)的非實體碼頭）的應(yīng)用進行分析，通過合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)節(jié)點，對施工過程進行優(yōu)化，做到既保證施工質(zhì)量要求，又提升施工效率。

1 項目背景

1.1 項目概況

上海市江浦路越江隧道新建工程位于已建楊浦大橋和大連路隧道之間，北起楊浦區(qū)江浦路、龍江路交口，南至浦東新區(qū)民生路、商城路交口，全長 2.28 km。越江段隧道采用盾構(gòu)形式穿越黃浦江，盾構(gòu)須穿越黃浦江兩岸防汛墻及碼頭，碼頭樁基侵入盾構(gòu)隧道斷面，故須拆除碼頭結(jié)構(gòu)，拔除樁基。根據(jù)籌劃，碼頭拆除后進行復(fù)建，復(fù)建結(jié)構(gòu)樁基避開盾構(gòu)斷面。

本項目所指碼頭復(fù)建工程位于上海市港黃浦江中游，擬建江浦路越江隧道北岸，楊浦區(qū)楊樹浦路南側(cè)。本工程復(fù)建采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制橫梁擱置預(yù)制空心面板結(jié)構(gòu)。新建 3 榀排架，排架間距 21.5 m。每榀排架布置 8根采用直徑 1 200 mm 鋼管樁。基樁采用全直樁形式。碼頭原平臺完全恢復(fù)，復(fù)建結(jié)構(gòu)的樁基及上部結(jié)構(gòu)向原岸線起點西側(cè)順延，占用部分新岸線。復(fù)建平面布置如圖 1 所示。

圖 1 復(fù)建平面布置圖

1.2 設(shè)計簡介

（1）本工程采用鋼管樁，直徑D為1 200 mm，數(shù)量為 24 根，空心板高度為 1.1 m，橫梁寬 2.4 m，高 1.0 m。結(jié)構(gòu)型式如圖 2 所示。

圖 2 結(jié)構(gòu)型式示意圖

（2）中間一排鋼管樁樁長L為 49.0 m，兩端 2 排鋼管樁長為 42.0 m，上節(jié)壁厚B為 18 mm，下節(jié)壁厚為 14 mm，具體如圖 3 所示。

圖 3 鋼管樁示意圖

2 施工方法

2.1 鋼管樁施工

鋼管樁施工工藝與常規(guī)水上打樁方式類似，采用浮吊+振動錘模式進行沉樁。本工程的鋼管樁最長 49.0 m，分 2節(jié)樁接樁施打，分別下節(jié)樁 22.0 m 與上節(jié)樁 27.0 m，下節(jié)樁采用 YZ-230 液壓振動錘，高度及吊鉤鋼絲繩的位置高度為 8.0 m。下節(jié)樁由于沉入土質(zhì)遇 ⑤～⑥ 層亞黏塑性土與地質(zhì)砂層土，穿透該 2 層難度較大，故上節(jié)樁采用 21 t 級液壓沖擊大錘 250 t 浮吊水上沉樁。

2.2 預(yù)制橫梁安裝施工

預(yù)制混凝土橫梁直接與鋼管樁進行連接，其樁孔與預(yù)制混凝土橫梁接頭部位為橫梁施工關(guān)注的重點、難點。本工程中采用 POCKET 工藝（因形似口袋，故稱 POCKET 工藝）進行接頭施工。預(yù)制混凝土橫梁預(yù)留直徑 1.6 m 孔洞，孔洞中橫梁主筋切斷預(yù)留接駁器，待橫梁固定完成后，鋼管樁中下方為鋼筋籠，橫梁預(yù)留孔中進行接駁器鋼筋連接，最后澆筑接頭混凝土進行濕接頭連接。預(yù)制橫梁平面圖如圖 4 所示，樁孔接頭施工示意如圖 5 所示。

圖 4 預(yù)制橫梁平面圖

為了使橫梁能夠按照設(shè)計標(biāo)高要求進行平穩(wěn)安裝，在鋼管樁規(guī)定位置進行鋼平臺焊接。此鋼平臺為橫梁安裝時的主受力結(jié)構(gòu)，施工前須進行受力驗證。考慮預(yù)制橫梁往下依次傳力至 20 mm 的圓環(huán)鋼板、20 mm 厚鋼牛腿、鋼管樁。本工程中驗算為圓環(huán)鋼板、鋼牛腿及鋼牛腿與鋼管樁焊接組成的鋼平臺結(jié)構(gòu)。鋼平臺結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。

圖 5 樁孔接頭施工示意圖

圖 6 鋼平臺結(jié)構(gòu)

圓環(huán)鋼板內(nèi)圈直徑 1 200 mm，外圈直徑 2 400 mm；鋼牛腿 90° 布置 2 塊，間距 300 mm，共 8 塊。

2.2.1 剛平臺計算分析

（1）分析模型。本工程中采用有限元軟件 Midas 進行整體計算分析。該模型共劃分為 200個節(jié)點，168 個板單元。本工程中最不利工況為每根鋼管樁樁頂區(qū)域橫向承受上部 3.92 m×2.40 m 范圍橫梁自重，預(yù)制橫梁平面面積S1=3.92×2.4×π×1.62=7.4 ㎡，預(yù)制橫梁重量G1=7.4×1×25=185 kN，均作用于 2 cm 圓環(huán)鋼板上。

（2）計算結(jié)果。經(jīng)計算，鋼結(jié)構(gòu)的最大變形發(fā)生在鋼牛腿之間的圓環(huán)鋼板位置，最大下?lián)蠟?5.1 mm。

鋼結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力發(fā)生在鋼牛腿與圓環(huán)鋼板連接位置，最大局部應(yīng)力 72.0 MPa，普遍應(yīng)力在 60.0 MPa 以內(nèi)，鋼牛腿最大應(yīng)力為 72.0 MPa。

（3）焊縫強度驗算。鋼牛腿與鋼管樁的連接，采用雙面角焊縫，焊縫厚度為 6 mm。考慮 8 塊鋼板 16 道焊縫，受上部預(yù)制橫梁豎向荷載為 185 kN，荷載分項系數(shù) 1.2。依據(jù)國標(biāo) GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》則按式（1）計算。

式中：he—角焊縫的有效長度，對直角角焊縫取 0.7 hf，hf 為較小焊腳尺寸；

lw—角焊縫的計算長度，每條焊縫取實際長度減去2hf，mm；

f wt—角焊縫的強度設(shè)計值，N/mm2。

由計算結(jié)果可知，焊縫強度滿足要求。

2.2.2 浮吊吊裝施工

受場地限制，本工程中預(yù)制橫梁安裝采用浮吊設(shè)備進行配合。其吊裝施工與常規(guī)浮吊吊裝施工類似。橫梁吊裝示意如圖 7 所示。

圖 7 橫梁吊裝示意圖

2.3 預(yù)制空心板安裝

預(yù)制空心板安裝與常規(guī)浮吊吊裝施工類似。預(yù)制空心板安裝示意如圖 8 所示。

圖 8 預(yù)制空心板安裝示意圖

預(yù)制空心板之間采用鉸縫濕接頭進行連接，縫內(nèi)進行鋼筋綁扎，采用 C 40 細石混凝土進行澆筑。鉸縫接頭示意如圖 9 所示。

圖 9 鉸縫接頭示意圖

3 結(jié) 語

江浦路越江隧道新建工程碼頭拆復(fù)建工程中，通過變更結(jié)構(gòu)型式，將傳統(tǒng)現(xiàn)澆碼頭形式改為預(yù)制型高樁梁板透空型式，可供后續(xù)類似工程借鑒。通過結(jié)構(gòu)型式的變更，本工程工期由原來計劃的 83 個工作日縮短為 59 個工作日，目標(biāo)成本比預(yù)期下降約 20%。