預制型高樁梁板透空式碼頭的應用

李增業（上海市基礎工程集團有限公司， 上海 200438）

目前全國各地均在大力發展預制型結構，其主要優點有施工速度快、文明施工標準高、勞動力需求較小等，但預制結構對于預制精度、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建工程，對高樁預制型高樁梁板透空式碼頭（高樁碼頭，下部透空，由樁基、墩柱等支撐上部結構的非實體碼頭）的應用進行分析，通過合理優化結構節點，對施工過程進行優化，做到既保證施工質量要求，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，北起楊浦區江浦路、龍江路交口，南至浦東新區民生路、商城路交口，全長 2.28 km。越江段隧道采用盾構形式穿越黃浦江，盾構須穿越黃浦江兩岸防汛墻及碼頭，碼頭樁基侵入盾構隧道斷面，故須拆除碼頭結構，拔除樁基。根據籌劃，碼頭拆除后進行復建，復建結構樁基避開盾構斷面。

本項目所指碼頭復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，楊浦區楊樹浦路南側。本工程復建采用高樁梁板結構，上部結構采用預制橫梁擱置預制空心面板結構。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，復建結構的樁基及上部結構向原岸線起點西側順延，占用部分新岸線。復建平面布置如圖 1 所示。

圖 1 復建平面布置圖

1.2 設計簡介

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

圖 2 結構型式示意圖

（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，上節壁厚B為 18 mm，下節壁厚為 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節樁接樁施打，分別下節樁 22.0 m 與上節樁 27.0 m，下節樁采用 YZ-230 液壓振動錘，高度及吊鉤鋼絲繩的位置高度為 8.0 m。下節樁由于沉入土質遇 ⑤～⑥ 層亞黏塑性土與地質砂層土，穿透該 2 層難度較大，故上節樁采用 21 t 級液壓沖擊大錘 250 t 浮吊水上沉樁。

2.2 預制橫梁安裝施工

預制混凝土橫梁直接與鋼管樁進行連接，其樁孔與預制混凝土橫梁接頭部位為橫梁施工關注的重點、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。預制混凝土橫梁預留直徑 1.6 m 孔洞，孔洞中橫梁主筋切斷預留接駁器，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 預制橫梁平面圖

為了使橫梁能夠按照設計標高要求進行平穩安裝，在鋼管樁規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構，施工前須進行受力驗證。考慮預制橫梁往下依次傳力至 20 mm 的圓環鋼板、20 mm 厚鋼牛腿、鋼管樁。本工程中驗算為圓環鋼板、鋼牛腿及鋼牛腿與鋼管樁焊接組成的鋼平臺結構。鋼平臺結構如圖 6 所示。

圖 5 樁孔接頭施工示意圖

圖 6 鋼平臺結構

圓環鋼板內圈直徑 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個節點，168 個板單元。本工程中最不利工況為每根鋼管樁樁頂區域橫向承受上部 3.92 m×2.40 m 范圍橫梁自重，預制橫梁平面面積S1=3.92×2.4×π×1.62=7.4 ㎡，預制橫梁重量G1=7.4×1×25=185 kN，均作用于 2 cm 圓環鋼板上。

（2）計算結果。經計算，鋼結構的最大變形發生在鋼牛腿之間的圓環鋼板位置，最大下撓為 5.1 mm。

鋼結構的最大應力發生在鋼牛腿與圓環鋼板連接位置，最大局部應力 72.0 MPa，普遍應力在 60.0 MPa 以內，鋼牛腿最大應力為 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，受上部預制橫梁豎向荷載為 185 kN，荷載分項系數 1.2。依據國標 GB 50017-2017《鋼結構設計規范》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—角焊縫的強度設計值，N/mm2。

由計算結果可知，焊縫強度滿足要求。

2.2.2 浮吊吊裝施工

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

圖 7 橫梁吊裝示意圖

2.3 預制空心板安裝

預制空心板安裝與常規浮吊吊裝施工類似。預制空心板安裝示意如圖 8 所示。

圖 8 預制空心板安裝示意圖

預制空心板之間采用鉸縫濕接頭進行連接，縫內進行鋼筋綁扎，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 語

江浦路越江隧道新建工程碼頭拆復建工程中，通過變更結構型式，將傳統現澆碼頭形式改為預制型高樁梁板透空型式，可供后續類似工程借鑒。通過結構型式的變更，本工程工期由原來計劃的 83 個工作日縮短為 59 個工作日，目標成本比預期下降約 20%。