水上大型高樁墩臺在游艇碼頭中的施工技術

■楊敏龍

（福建省陸海建設管理有限公司，福州 350000）

1 工程概況

某游艇碼頭工程接岸結構為水上大型墩臺結構，水上混凝土澆筑總方量2 392.5 m3，樁基為39根Ф700 mm 鋼管樁（壁厚15 mm），樁尖持力層為細中砂層，樁頂現澆鋼筋混凝土墩臺厚度2 m。其中接岸平臺一為水上大體積混凝土， 平面形狀為直角梯形，尺度為28（38）×34 m，面積1122m2，設計頂高程為+9.0 m，混凝土澆筑方量為2 294.5 m3，接岸平臺平面圖見圖1。

圖1 接岸平臺平面圖

2 接岸平臺混凝土澆筑模板支撐承重系統搭設

2.1 接岸平臺支撐承重系統方案設計

接岸平臺的作業面積較大，且為水上大體積混凝土施工，須綜合考慮水上作業條件、模板搭設及拆除、 水上大體積混凝土澆筑各個環節施工難度。為保證水上大體積混凝土施工安全，采用工字鋼縱橫布設形成支撐承重系統作為接岸平臺模板支撐結構。 該方案將工字鋼模板支撐承重系統整個平臺面分成了不均等9 個區域，采用二層縱橫主次梁設置。 主梁采用I40a 工字鋼在鋼管樁按排架橫向架設，在鋼管樁上焊接牛腿后安裝橫向主梁，加強整個排架鋼管樁橫向整體穩定性； 主梁上再按間距1 m 縱向鋪設次梁I28a 型工字鋼，使整體橫縱支撐體系更加牢固穩定， 加強了鋼管樁整體穩定性，整個支撐承重系統承受著接岸平臺施工過程中所有的荷載。 支撐承重系統平面圖見圖2。

圖2 接岸平臺模板支撐承重系統平面圖

2.2 支撐承重系統主要受力計算

接岸平臺分3 次澆筑，每次澆筑混凝土厚度依次為500、700、800 mm。 第1 層混凝土澆筑后待混凝土強度達到設計強度100%時， 進行第2 層混凝土澆筑，以此類推。 因此保證支撐承重系統在第1 層混凝土澆筑時的整體穩定是整個系統的關鍵。第1 層混凝土澆筑支撐承重系統受力計算如下。

（1）主梁工字鋼受力計算，主梁最大跨度5.6 m,最不利分配間距3,按簡支均布荷載算：

Q=3×0.5×25=37.5 kN·m （第1 層砼澆筑厚度0.5 m）；

跨中M=0.125×37.5×5.6×5.6=147 kN·m， 選用40a 工字鋼，Wx=1 090 cm3，σ=Mmax/Wx=（147×1000×1000）/（1090×103）=134.9 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2。

考慮底模自重及不平衡系數1.2 時，σ=161.9 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2，滿足要求。

撓度驗算，I40a 慣性矩I=21 700 cm4,彈性模量E=2.06×105N/mm2。

（2）次梁工字鋼受力計算，次梁工字鋼最大跨度5.3 m,布置間距1.0 m,按簡支均布荷載：

Q=1.0×0.5×25=12.5 kN·m （第1 層砼澆筑厚度0.5 m）；

跨中M=0.125×12.5×5.3×5.3=43.9 kN·m， 選用28a 工字鋼，Wx=508 cm3，σ=Mmax/Wx=（43.9×1000×1000）/（508×103）=86.4 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2，考慮底模自重及不平衡系數1.2 時，σ=103.7 N/mm2＜［σ］=215 N/mm2滿足要求。

撓度驗算，I28a 慣性矩I=7 110 cm4, 彈性模量E=2.06×105N/mm2。

（3）牛腿受力計算

牛腿采用2 cm 厚度等腰直角鋼板， 直角邊長50 cm,焊縫高度8 mm，采用雙面焊。焊縫計算長度35 cm。

焊縫驗算： 計算選用總焊縫長度=350×2-20=680 mm，截面積為680×8=5440 mm2

單個牛腿承擔剪力F=1.2×3×5.6×0.5×25=252 kN。

焊縫剪應力τ=252000/5440=46.32 N/mm2＜［τ］=190 N/mm2。

綜上，支撐承重系統在一層混凝土澆筑時整體受力情況均滿足要求，整個系統安全穩定。

2.3 接岸平臺支撐承重系統施工設計

2.3.1 牛腿支撐施工

牛腿為整個支撐系統荷載傳遞點，作用是將整個支撐系統的所承受的荷載分散傳遞給各個鋼管樁。 牛腿安裝在接岸平臺鋼管樁表面，采用2 cm 厚度邊長50 cm 的等腰直角三角形角板上焊接2 cm厚50 m（長）×20 cm（寬）頂托板結構型式。 牛腿的角板先點焊固定在鋼管上，待調整平整度后再進行雙面焊接。 焊縫采用兩道圍焊，第1 道圍焊完成后需自然冷卻并將表面焊渣清除干凈，再進行二次圍焊。 角板焊接完成后進行頂托板焊接施工，頂托板中心位置應與角板頂邊線在同一軸線上，待調整平整度后進行焊接。

2.3.2 承重系統主次梁鋪設

承重系統主次梁采用浮吊船進行鋪設。 主梁按排架逐個施工，由中間向兩側鋪設，首先進行接岸平臺H-K 軸12 m 主梁工字鋼沿鋼管樁兩側通長架設，再進行F-H 軸15 m 主梁架設，最后進行KQ 軸主梁架設，兩側邊樁主梁均外懸挑3 m，以此類推按排架逐一鋪設主梁。 主梁完成后再進行次梁工鋼的鋪設， 首先進行11-13 軸15 m 次梁工字鋼安放，再進行16-18 軸15 m 次梁安放，最后進行13-16 軸6.5 m 次梁安放，兩側邊樁次梁均外懸挑3 m（斜邊次梁進行局部加密處理）， 次梁鋪設按間距1 m 在主梁之上通鋪。

3 接岸平臺底模鋪設

接岸平臺工字鋼承重系統搭設完成后，在次梁表面鋪設枋木（規格：100 mm×100 mm），相鄰枋木中心間距300 mm，枋木與次梁工字鋼接觸面，采用鐵絲進行綁扎固定。 模板鋪設在枋木表面，模板采用黑竹膠板（厚度18 mm），模板兩端搭設不得出現懸挑，并采取有效措施防止模板出現滑移現象。

4 接岸平臺鋼筋、側模板制作與安裝

為方便水上混凝土澆筑分層澆筑，平臺鋼筋綁扎分兩次進行。 底模鋪設完成，制作、綁扎接岸平臺下層及側面鋼筋，而后進行平臺側模安裝。 接岸平臺側模板為桁架式鋼模板采用定制組合鋼模板，每塊模板高度2.2 m。 現場運用浮吊船進行模板安裝，安裝時先安裝短邊，再安裝長邊。 在工字鋼上鋼模板外側低部設置限位措施，避免模板滑移，并將與工字鋼承重系統斜拉連接加固，鋼模板內側采用拉邊樁的方式進行收緊加固。 側模安裝完成后進行第1 層混凝土澆筑， 待混凝土強度滿足要求后進行面層鋼筋綁扎，鋼筋綁扎應控制好同一截面鋼筋接頭的數量不得超過50%。

5 水上大體積混凝土澆筑

接岸平臺分3 次澆筑，每次澆筑混凝土厚度依次為500、700、800 mm。 根據攪拌站地泵輸料機、天泵輸料機和10 m3混凝土攪拌運輸車工效分析，1 臺地泵輸料機按35～45 m3/h， 天泵輸料機按60～70 m3/h，混凝土按6 h 初凝時間計算，混凝土運輸車往返攪拌站需要1.5 h 左右。 現場澆筑時安排2 臺地泵輸料機和1 臺天泵輸料機配合25 臺10 m3混凝土運輸車，保證混凝土初凝時間內澆筑量能達到600～900 m3，滿足現場混凝土澆筑施工要求。

為保證工字鋼承重系統整體受力均勻穩定，避免偏心受力導致整個承重系統垮塌，首層混凝土澆筑時，應先從平臺中間部位開始澆筑，澆筑速度不宜過快，緩慢的向四周推進，再澆筑前、后沿懸挑段混凝土。 禁止從一端往另一端下料推進澆筑，避免混凝土澆筑過程中承重系統出現傾倒變形。

為了保證新舊混凝土之間較好的連結，第1 層混凝土澆筑完成后， 在混凝土表面縱、 橫向每1000 mm 間距埋設上、下層混凝土連接鋼筋，鋼筋埋設深度200 mm，埋設呈梅花型布置。 已成型混凝土表面采用鑿毛處理，保證新舊混凝土結合更密實牢固。 第2 層混凝土澆筑完成后應在混凝土初凝時間前做好混凝土面層二次收面，防止出現混凝土面層龜裂現象。

5.1 大體積混凝土防裂措施

接岸平臺混凝土的澆筑時間為12 月份， 該時段地區氣溫相對較低，應采取有效措施防止澆筑后混凝土表面產生溫度裂縫。 （1）減少混凝土自身發熱量：改善骨料級配，增大骨料粒徑；采用高效減水劑，從而達到減小混凝土發熱量的目的；優化大體積混凝土配合比， 在保證混凝土成品強度的前提下，減少水泥用量，適當加大粉煤灰的摻入量。 （2）采取內部降溫，外部保溫，減少砼內外溫差，防止砼開裂。 混凝土澆筑時采取措施控制混凝土入模溫度不得低于5℃， 澆筑完成后采用內部降溫法來降低混凝土內外溫差。 預先在混凝土內部預埋縱橫水管，水管通冷水降溫，從而降低混凝土發熱內部溫度。 外部保溫在混凝土澆筑完成終凝后，及時在表面覆蓋土工布，并灑溫水養護，以控制混凝土的內外溫差小于20℃，防止溫度應力超過混凝土所能承受的拉力極限值時，產生裂縫[1]。

6 工字鋼承重系統拆除

接岸平臺面積大，工字鋼承重系統的拆除難度高、安全風險較大，所以為了方便工字鋼承重系統拆除，在底層混凝土澆筑前就預先在鋼管樁牛腿位置上方預埋φ150mmPVC 管，PVC 管埋設由底至混凝土面層。第2 層混凝土澆筑后達到設計強度75%后，就可以進行底模承重系統分區塊的拆除。 首先在預留的PVC 管孔洞的位置，架設三腳支架并安裝5t 的葫蘆，主梁工字鋼與5t 葫蘆可靠連接后進行平臺底部牛腿切割， 拆除區域內的牛腿全部切割后，接岸平臺上的工人同時拉動該區域的葫蘆，將承重系統的主次工字鋼下落于預先固好位置的承重浮排上，最終將主次工字鋼全部拆除。 拆除完成后，預留孔洞應澆筑混凝土進行封孔處理。

鋼管樁牛腿采用氣割割除，難免對該區域鋼管樁防腐涂層造成一定的破壞，須對防腐涂層進行修補。 割除牛腿不得對鋼管樁造成燒傷，而后對割除粗糙面及牛腿四周外擴20 cm 范圍采用砂輪機進行人工打磨處理至St3 級。 打磨完成后對拆除牛腿部位進行防腐涂裝， 先噴涂100 μm 環氧富鋅底漆一層，而后100 μm 中間漆一層，最后90 μm 面漆，防腐涂層附著力不小于5 MPa[2]。

7 接岸平臺施工注意事項

（1）整體支撐承重系統中牛腿起到荷載承接及傳遞的作用，作用是將主梁上的荷載分散傳遞給下面的承重物，因此牛腿位置放樣應準確，頂拖板焊接時應校核牛腿頂托板標高點，且應特別注意焊接質量， 焊縫不得存在咬邊、 夾渣、 裂縫等缺陷[3]。（2）主次梁安裝完成后，須對牛腿與主梁、主梁與次梁節點全數檢查，禁止出現懸空現象，如發現懸空須采取有效措施，如加墊鋼板等。 （3）為避免主梁安裝后出現滑移， 保證工字鋼承重系統整體穩定性，主次梁工字鋼全部架設完成后，牛腿與主梁、主梁與次梁節點處應加設限位措施。 在所有牛腿頂托板上焊接小三角形鋼板，卡住主梁外側邊緣，并在所有主梁與次梁節點處在主梁上焊接小三角形鋼板，卡住次梁外側邊緣。（4）主梁I40 a 工字鋼沿鋼管樁牛腿兩側架設時， 樁邊與工字鋼應預留2 cm 的空隙，便于后期牛腿切割和工鋼拆除。 （5）底模安裝后須全數檢查，嚴禁模板出現懸挑現象。 （6）工字鋼承重系統拆除安全風險較大，為避免拆除施工中整個承重系統垮塌造成人身安全事故，拆除施工應嚴格按照擬定好的順序分區塊逐一拆除。 （7）底層混凝土澆筑時， 禁止從一端往另一端下料推進澆筑，避免混凝土澆筑過程中承重系統端部荷載過大造成變形傾倒。 （8）為避免混凝土內外溫差過大產生混凝土溫度裂縫，大體積混凝土澆筑時應加強對混凝土內部水化熱的散發處理措施。 控制混凝土入模溫度，采用混凝土內預埋縱橫水管冷水降溫方法。（9）接岸平臺屬于大體積大配筋稀疏的混凝土結構物，混凝土澆筑時可以拋填塊石方法，埋入塊石有助于混凝土內部水化熱的散發，防止混凝土出現裂縫。 塊石須質地堅硬，表面潔凈，最長邊與最短邊之比不大于2，大致正方形的塊石，塊石摻入量不得超過混凝土總體積的25%。 (10)底層混凝土澆筑過程中應做好施工過程中的監測，對整個承重體系進行沉降位移監測，監測過程中如發現整體沉降位移超過警戒值，須立即停止混凝土澆筑，查找原因，采取措施保證混凝土澆筑過程整個承重系統處于安全穩定狀態。

8 結語

高樁碼頭是應用最廣最多的碼頭結構形式之一，其工作特點是通過樁基將作用在碼頭上的荷載經樁基傳給地基，因此高樁樁臺（墩臺）結構成熟的施工技術運用，有助于節約碼頭施工成本，加快施工進度。本研究主要是通過該工程接岸平臺（高樁墩臺）混凝土澆筑模板支撐工字鋼承重系統搭設、水上大體積混凝土澆筑的施工經驗， 為今后類似高樁碼頭（水上大型高樁墩臺）工程施工提供參考借鑒。