鋼抱箍法在海外某高樁碼頭承臺施工中的應用

林良恩 中交四航局第二工程有限公司

1.工程背景

佩塔港區15000噸級船舶支線泊位位于斯里蘭卡科倫坡港東南角，本項目為2個1.5萬噸級碼頭，平面是按照順岸式布置，碼頭總長度為440m，碼頭面寬度為43.335m。

碼頭主體結構采用高樁梁板式結構，采用鋼管樁基礎，直徑為800m，有直樁和斜樁兩種樁型，樁之間間距為4m和5.5m。碼頭面層標高2.45m，樁底標高為-22m。前沿布設鼓形靠船構件。樁基及承臺施工為本項目施工的關鍵，其施工質量、進度對1.5萬噸級泊位碼頭施工至關重要。

本文通過對承臺底模支撐系統的分析，著重分析鋼抱箍支撐系統在本工程中的應用過程。

2.承臺底模支撐系統的選擇

目前高樁碼頭承臺施工的方法3種，比如鋼圍堰、底鋼套箱、鋼吊箱等。采用不同的承臺施工方法，對應著就會有不同類型的支撐系統。選用不一樣的支撐系統和施工方法，對施工條件的適用性也不同。橫梁支撐系統是碼頭施工區別于其他項目施工的關鍵工序。目前常用的支撐系統主要有三種：直接在鋼管樁上焊接牛腿板、采用鋼筋反吊于鋼管樁上、鋼抱箍抱在鋼管樁上。

其優缺點對比詳見表1。

圖1 鋼抱箍支撐示意圖

鋼抱箍在市政橋梁中應用的比較廣泛，在高樁碼頭承臺施工會和市政橋梁有所不同，混凝土的方量也會比市政橋梁的承臺多很多。

但是通過表1對比，鋼抱箍支撐系統應用較為成熟、較為安全可靠、經濟合理而且施工方法相對簡單，雖然潮水對其施工影響較大，但是鋼抱箍支撐系統所用的材料能夠反復使用，可以節省成本和縮短周期。只要在施工中，可以采取一定措施，降低潮水對項目的影響，合理組織提高作業效率，鋼抱箍支撐系統可以在高樁碼頭承臺施工中得到廣泛應用，所以本工程項目經過多方論證，最后采用鋼抱箍支撐系統。

3.鋼抱箍支撐系統工藝流程

鋼抱箍支撐系統，采用鋼抱箍夾抱于鋼管樁合適位置，進行加固后，然后同排架鋼管樁間采用型鋼鋪設于抱箍耳朵之上，然后橫向采用木方鋪設，木方上部采用竹膠板滿鋪，從而形成橫梁底部支撐系統。

支撐系統的組成從上往下分別是為竹膠板、木方、縱向型鋼、橫向型鋼、鋼抱箍（見圖1鋼抱箍支撐示意圖）。

工藝流程如下：設計鋼抱箍并現場加工→夾樁木制作、安裝(臨時平臺)→采用吊車、木筏等初步完成抱箍安裝→利用夾樁木平臺進行鋼抱箍調平→橫梁施工→放松抱箍，使底部支撐系統下落→鋼抱箍集中取出。

4.鋼抱箍設計

4.1 鋼抱箍加工

鋼抱箍主要是由3部分組成分別是鋼耳朵和加勁鋼板、對拉螺桿、兩片半圓弧鋼板。鋼抱箍的總高度500mm，鋼耳朵采用30H型鋼，長500mm，鋼抱箍板厚20mm。

為了增加抱箍與鋼管樁的摩擦力，用對拉螺栓將鋼抱箍與樁身夾緊，并在抱箍內側粘貼5mm橡膠板，這樣能夠利用鋼抱箍與鋼管樁表面之間的摩擦力來承受施工豎向荷載。豎向載荷主要鋼抱箍系統的自重和鋼筋混凝土及模板的重量。粘貼橡膠板還能有效保護鋼管樁防腐涂層。

4.2 鋼抱箍支撐力核算

4.2.1 鋼抱箍摩擦力計算

為了保證鋼抱箍結構安全，符合受力要求，需要對鋼抱箍進行支撐力的計算。抱箍的受力分析比較簡單，就是鋼抱箍受到上部荷載時，提供一個反向的摩擦力來平衡，根據力學原理，摩擦力的大小與摩擦系數有關。

故需要對鋼抱箍抗滑摩擦力計算、鋼抱箍組成部分及焊縫強度驗算等。根據力的平衡原理，單個鋼抱箍的摩擦力計算如下：

推導得出單片鋼抱箍的摩擦力F單=fqπr=f（N/r）πr=fπN。

因此鋼抱箍的摩擦力F=2F單=2fπN

4.2.2 實際承載能力

在實際情況下，按照最不利荷載考慮，最不利的工況下荷載主要有：支撐系統的自重、全部澆筑完混凝土的重量、模板自重、施工時候荷載。

本工程用鋼抱箍計算：用在本工程鋼抱箍的圓弧鋼板寬度是500mm，其兩端采用4根Φ24的螺栓進行加固。

摩擦力理論值 F理=2fNπ

其中f=0.3，σ鋼=1.7×105KN/m2σ(已考慮安全系數)

N=4×(π/4)×0.0242×0.8×1.7×105=246.1KN

故F理=2×0.3×π×246.1=463.9KN

圖2 夾樁木示意圖及施工圖

底模承受靜壓力主要為下橫梁混凝土、鋼筋、底模支撐橫梁和靠船構件等，總壓力為

F=（（1.5×1×20+3）×2400×10+37.3×24×2×10）/1000=809KN

采用3個抱箍，3F理＞F，可滿足要求。

5.應用實例

5.1 夾樁木制作、安裝臨時平臺、鋼抱箍安裝

鋼管樁切樁完成后，為便于鋼抱箍安裝操作，同時提高作業效率，有效利用潮水，首先制作夾樁木做臨時平臺，然后采用人站在木筏上將鋼抱箍初步安裝，最后工人在臨時夾樁木平臺上對鋼抱箍進行精平后加固。

采用木方（75×125mm）制作夾樁木，用絲桿對拉夾加固在鋼管樁上，作為抱箍調整的站立平臺。夾樁木操作詳見圖2夾樁木示意圖及施工圖。

5.2 鋼抱箍精平加固

根據標高推算出鋼抱箍安裝標高距離鋼管樁頂部距離，潮水合適時，工人站在夾樁木上，采用米尺量測。

對鋼抱箍進行精平并且加固，這樣可以減少吊裝設備和測量儀器使用頻率，不僅能夠滿足作業精度要求而且還提高了作業效率。

5.3 鋼抱箍支撐系統拆除

碼頭施工中，下橫梁底標高一般較低，需乘潮作業，為了提高作業效率，需采取措施，降低潮水影響，有效利用可作業時間。

（1）用鋼絲繩將抱箍上鋪設的支撐橫梁（型鋼）捆住，利用手拉葫蘆將其固定在橫梁鋼筋上，根據橫梁結構形式，對稱選取4處，采用4個手拉葫蘆吊掛。

（2）用卡環將鋼絲繩穿在預先打好孔的抱箍耳朵上，然后將鋼絲繩固定在橫梁鋼筋上，每榀橫梁共計3組抱箍，共需要6根鋼絲繩；

（3）檢查鋼絲繩固定可靠后，用氧氣乙炔割斷固定鋼抱箍的固定螺栓，受重力影響抱箍向橫梁兩側分開，通過鋼絲繩吊掛在橫梁鋼筋上。

（4）松動固定工字鋼的手拉葫蘆，使支撐橫梁下沉脫離下橫梁底面；

（5）拆除木方格柵和橫梁底模板，待吊車空閑時將抱箍、H型鋼集中吊至陸地，完成底模系統拆除。

6.結束語

本文通過一個工程實例，詳細介紹了鋼抱箍支撐系統在斯里蘭卡科倫坡港佩塔港區高樁碼頭樁基承臺施工中的應用。經實踐證明，鋼抱箍支撐系統可普遍用于鋼管樁、PHC樁等管樁樁基的上部結構施工支撐平臺，其施工簡便，安全可靠，施工材料可周轉使用，經濟效益明顯，且能有效縮短工期。該工藝方法的實施可以為同類工程提供借鑒與參考。