軟弱地基上碼頭預制場的規劃與設計

付文宣，庾焱秋，張克，劉鴿

（1.中交第二航務工程局有限公司，武漢430040；2.長大橋梁建設施工技術交通行業重點實驗室，武漢430040）

1 引言

在現代工程建設飛速發展的背景下，高速公路及碼頭項目也在逐漸增多。與此同時，空心板梁預制生產任務也隨之增長，主要包括預應力空心板、預應力軌道梁、預應力縱梁、預應力邊梁、靠船構件等。對于空心板梁預制來說，為了讓其預制進度必須符合總體施工進度，通常都需要將已完成預制構件運至現場并安裝到位。這些預制構件具有工期短、力學性能強、裝配化程度高等優點[1]，因此得到了廣泛應用。

碼頭項目預制構件種類多，有時先張拉法和后張拉法2種制梁方法同時存在。其中，先張法預制空心梁板具有構造簡單、施工便捷、能大體量預制等優點，加之其施工工序簡單，且大批量生產時也可保證經濟、質量穩定，因而普遍受到公路橋梁工程、水上碼頭項目的青睞。

2 工程概況

該碼頭項目位于寧德三都澳內西北部，要新建1個1.5×105t級通用泊位及相應的配套設施，項目構件數量多，質量要求高。為滿足生產進度需要，保證預制構件質量，計劃在項目部駐地東南側建設預制場，集中生產預制構件，并承擔存放任務，以滿足現場施工要求。

3 地基處理

受限于征地條件，本預制場處于港池附近，地基為富水地質，承載能力較差。根據地質勘探及鉆孔情況，現場具體情況為：場地局部區域經過土方回填處理后，表層覆蓋土石混合體填料，下層為15～18 m的淤泥類土層；由于淤泥類土的地基承載力弱、易壓縮、透水性差、固結時間長，且不均勻性很強。鑒于上述情況，在建立預制場前，需在處理軟弱地基的前提下，方可進行改善地基承載力、地基土變形性和滲透性等施工措施，以提高其抗剪強度。

軟基處理常用方式包括：碾壓法、實夯法、換填墊層法、排水固結預壓法、樁基法、高壓噴射注漿法、加筋法及灌漿法等。在實際施工中，需從項目現場實際情況綜合考慮，既可運用單一軟基處理方式，也可綜合運用多種軟基處理方式。

結合考慮各種地基處理方法的適用性、經濟性、實施難易程度、項目工期等實際因素后，本項目最終選取了土石方混合填筑及振動碾壓這一綜合處理方案。

清整場地后，即可對整個場地地質不良處于坑洼處進行填筑，有5個步驟：（1）打好標志樁，測出場地設計標高，并通過拉線控制填筑的標高；（2）填筑前，土石混合體填料含水量等，以盡量挑選出透水性較好的土石混合體填料；（3）填筑時，采用水平分層填筑法卸料、攤鋪，挖掘機粗平，裝載機精平，再逐層向上填筑；（4）采用振動壓實法和碾壓法，使壓實度達到90%以上，并保證地基承載力特征值達到150 kPa以上；（5）在制梁、存梁前，對場內混凝土臺座至少采用一次預壓處理，以便消除地基沉降。

4 預制場規劃布置

本項目預制場呈矩形布置，平面尺寸為200 m×75 m，占地面積15 000 m2。根據施工工藝的不同，碼頭縱梁采用先張法施工，引橋空心板采用后張法施工。根據碼頭縱梁的不同尺寸及質量，預制場配備110 t/30 m龍門吊1臺、40 t/30 m龍門吊2臺以及10 t/30 m龍門吊2臺，以便于預制梁的施工、存儲及運輸。預制場建設主要包括：（1）先張拉法制梁區與存梁區；（2）后張拉法制梁區與存梁區；（3）材料加工區；（4）材料堆放區；（5）辦公生活區等。預制場現場布置見圖1。

圖1 預制場現場布置

為保證制梁臺座與存梁臺座數目的合理性，除了需考慮現場的設備配置、預制工序、周期及質量速度等因素外，還要結合梁場每天最大預制能力及梁段架設能力，并留有一定的富余量。經分析，本項目預制場設置制梁臺座6個（4個后張拉法制梁臺座、2個先張拉法制梁臺座）；存梁臺座37個（后張拉法存梁臺座10個，先張拉法存梁臺座27個）。

通常來說，存梁臺座符合架梁工期時，首先采用單層存梁的形式。若架梁工期提前，必然導致臺座數量增加；此時，為了合理優化臺座數量，可采用雙層存梁方式，但其在地基處理方面的要求標準更高[2]。

5 先張拉法制梁臺座設計

對于本項目預制場，先張拉法制梁臺座作為整個工程的控制性項目，在設計環節最為重要。由于極易出現質量及安全問題，應在對比詳細方案、分析受力的基礎上再進行合理設計。

5.1 結構選型

作為制梁環節中的首要臨時部件，制梁臺座需要承受預應力鋼筋的張拉力。因為在預制構件的整個養護期間，預應力筋的張拉力持續作用于張拉制梁臺座上，所以，制梁臺座不光要保證足夠強度和穩定性，還應保證安全、經濟、合理。不同制梁臺座結構形式對比見表1。

表1 不同制梁臺座結構形式對比

本項目采用框架式制梁臺座，因為其能滿足同時張拉多片空心板梁的需求。既能張拉多片空心板梁來滿足施工規模化的需求，又能滿足制梁臺座自身對于強度、剛度及穩定性要求，且能夠根據場地條件、生產規模及預制梁尺寸來決定制梁臺座的框架。

以本項目預制場碼頭中截面寬0.8 m縱梁為例，該縱梁的先張拉法制梁臺座單槽長52.4 m，并列2槽張拉臺座，寬度為5 m；張拉牛腿采用C30混凝土，長度為2.2 m，兩側牛腿寬度為0.6 m，中間牛腿寬度為1 m，為防止傳力柱失穩，臺座中部33 m長度位置每隔5 m布置1道系梁防止側向失穩。先張拉法制梁臺座立面布置見圖2。

圖2 先張拉法制梁臺座立面布置

先張拉法制梁臺座牛腿作為承受張拉力的重要部位，傳遞的集中力一般都較大。牛腿上集中荷載作用點到牛腿邊緣的最小距離a與牛腿截面有效高度h0之比，稱為剪跨比，牛腿的剪跨比a/h0對牛腿破壞影響很大，當剪跨比a/h0＞0.2時，牛腿主要發生斜壓破壞。當剪跨比a/h0＜0.2時，牛腿發生斜剪破壞，可不進行牛腿的配筋計算，僅按構造要求在牛腿全高范圍內設置水平箍筋[4]。

除了臺座地基承載力和牛腿配筋需要滿足設計要求外，還需進行臺座端承墩的抗傾覆驗算和抗滑驗算，牛腿尺寸及裂縫控制驗算，傳力柱配筋計算，以及基礎軟弱下臥層驗算，并考慮現場實際施工質量及情況，臺座設計上留有一定的安全儲備。

5.2 臺座施工

框架式制梁臺座工作原理：通過鋼橫梁將張拉力傳至牛腿，再通過牛腿傳至傳力柱來使整體受力，相鄰傳力柱之間通過系梁連接成整體。

工藝流程：測量定位臺座位置及標高→反開挖臺座基礎→恢復基坑頂邊線→施工墊層→臺座模板定位及安裝→綁扎并預埋臺座骨架鋼筋→臺座混凝土澆筑→及時基坑回填。工藝流程中的關鍵環節如下：

1）基坑開挖后，需確認地基承載力是否能滿足設計要求。若地基基本承載力未達到設計要求，應采取處理措施。

2）鑒于牛腿為受力關鍵部位，應整體一次澆筑完成，分層澆筑會降低結合面的抗拉強度與抗剪強度。若必須采用分層澆筑，則應做好鑿毛處理，并在澆筑時振搗密實，以保證牛腿整體強度；另外，澆筑完成后，四周需填平或硬化。

3）臺座中較大鋼筋混凝土結構完成澆筑且拆模后，要實時進行覆蓋保溫養護措施，以防止產生有害的混凝土溫度裂縫。

4）牛腿鋼筋綁扎要準確，現場應確保鋼筋實際錨固長度不小于施工圖所示尺寸。

5）制梁前應進行張拉加載實驗，可行后方可再進行制梁施工；此外，制梁時需分級張拉，因為一次張拉到位或超張拉都會存在一定風險。

6）牛腿與鋼橫梁與間的墊塊不宜太小，以防止局部受壓而被破壞。

6 結語

根據對項目的分析，得出4點結論。

1）計算結果及現場實施情況表明，框架式先張拉法制梁臺座強度、穩定性均可滿足設計要求，不僅具有構造形式簡單、適用性好、施工便捷等特點，而且施工過程安全可靠、施工質量可控。因此，在軟弱地基上采用框架式先張拉法制梁臺座是一種有效的制梁措施，其受力明確、構造合理，可供同類制梁臺座設計參考。

2）在軟弱地基處建設預制場前需要進行地基處理，以確保制梁臺座、軌道梁及軌道基礎在工作過程中不受地基沉降影響，讓軟弱地基經過處理后可以堅實可靠，從而為后續施工提供保證。

3）框架式先張拉法制梁臺座設計時應注意臺座牛腿是否會發生剪切破壞，當剪跨比a/h0＜0.2時，應在整個牛腿高度范圍內設置水平箍筋以達到抗剪的目的。臺座牛腿盡量一次澆筑完成，若需分層澆筑，現場應做好鑿毛處理，從而在消除各類安全隱患的前提下加強質量控制，有效保障后期架梁施工。

4）本文設計的框架式制梁臺座單槽最多可預制4片碼頭縱梁，施工占地較少、制梁效率高，達到了預期效果，并成功完成了現場制梁及存梁任務，具有較好的推廣和應用價值。