裝配式靠船墩的設計與施工技術研究

李元禮

（華設設計集團股份有限公司,江蘇 南京 210014）

1 項目概況

九圩港船閘位于南通長江口門，溝通通揚線與長江，是蘇北地區水運物資進出長江的重要咽喉。九圩港二線船閘為III 級通航建筑物，建設規模為230×23×4.0（m，閘室長×口門寬×門檻水深）。九圩港一、二線船閘下游共用引航道，一線船閘下游拆除現有13 座重力式靠船墩，在西岸新建14 座靠船墩。

2 裝配式靠船墩的設計

2.1 整體式靠船墩

整體式靠船墩結構為下部鋼管樁基礎+上部鋼筋混凝土墩身。靠船墩頂高程▽6.9，箱式承臺底高程▽0.7，下設掛板，掛板底高程▽-0.9。靠船墩頂、底平面尺寸分別為2.8×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船側及背面箱壁厚度分別為1.0m、0.6m，采用4 根φ1.0m 的鋼管樁，樁長23.0m，樁內填充鋼筋砼。墩身臨水面▽-0.9～▽6.9 采用鋼板防護。

圖1 整體式靠船墩平面圖

圖2 整體式靠船墩立面圖

2.2 內置鋼管裝配式靠船墩

靠船墩頂底平面尺寸分別為2.8×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船面、背面箱壁厚度分別為1.0m、1.9m，側面壁厚0.6m。在高程▽2.3、▽4.195、▽6.1 設置拼接縫（拼接縫接觸面預埋鋼板），把靠船墩承臺縱向分成4 塊，通過內置4 根φ40cm 鋼管連接成一個整體。墩身底節與樁身采用“坐板凳”型式安裝。

圖3 靠船墩頂部平面圖

2.3 內置鋼架裝配式靠船墩

圖4 第一三層剖面圖

圖5 第二四層剖面圖

靠船墩頂底正面寬度均為4.5m。靠船墩頂底平面尺寸分別為3.4×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船面、背面箱壁厚度分別為1.2m、1.7m，側面壁厚0.7m。內置I40a 鋼架。墩身底節與樁身采用“坐板凳”型式安裝。

圖6 內置鋼架裝配式靠船墩平面圖

圖7 內置鋼架裝配式靠船墩立面圖

2.4 方案優缺點分析

靠船墩方案優缺點比較詳見表1。

表1 靠船墩方案優缺點比較表

通過表1可見，原設計現澆靠船墩、內置鋼管裝配式靠船墩及內置鋼架裝配式靠船墩各有優缺點，為便于對比分析，本工程靠船墩分別設置10 座、2 座、2 座；即一線船閘下游第8#、10#（從下閘首起算）為內置鋼管裝配式靠船墩，第4#、6#（從下閘首起算）為內置鋼架裝配式靠船墩，剩余10 座均為現澆整體式靠船墩。

3 裝配式靠船墩的施工

3.1 施工工序

內置鋼管裝配式靠船墩：施工準備－測量放樣－構件分節段預制－水下清障－導向平臺搭設－鋼管基礎沉樁－底節墩身安裝－管樁填芯及底節預留孔洞二期澆筑－中節墩身安裝－頂節墩身安裝－鋼管芯柱安裝－環氧砂漿填縫－壓頂及鋼管芯柱孔內現澆。

內置鋼架裝配式靠船墩：施工準備－測量放樣－構件分節段預制－水下清障－導向平臺搭設－鋼管基礎沉樁－底節墩身安裝－管樁填芯及底節預留孔洞二期澆筑－內置鋼架安裝－頂節墩身安裝－內置鋼模板安裝－墩身二期混凝土－壓頂現澆。

3.2 施工注意事項

（1）鋼管樁偏位需控制在允許范圍內，否則下部樁基位置與第一節承臺預留孔洞不對應。

（2）為便于構件安裝，底節構件預制時預留孔洞，孔洞高度與構件高度相同，下口直徑φ1100mm，上口直徑φ1400mm。為保證靠船墩使用安全、鋼板護面耐久性及美觀，選擇橫縫焊接。

（3）內置鋼架裝配拼接縫平面鋼板根據設計尺寸廠內機床切割整板，鋼板開孔間距開設卸料孔及振搗孔，鋼板現場焊接錨筋后實施吊裝預埋，將鋼板與構件鋼筋骨架點焊固定，拼接縫平面鋼板安裝后平整度不大于2mm，相鄰鋼板采用“分段退焊法”焊接。

（4）內置鋼架裝配式靠船墩預制結構剛度較小，運輸及安裝過程中應加強保護。

（5）芯柱鋼管與預留孔洞之間間隙采用環氧砂漿填塞，施工前需試配環氧砂漿凝固時間，分層填塞并插搗密實。

4 靠船墩的檢測

4.1 檢測內容

（1）選取6#（內置鋼架預制式）、7#（現澆式）和10#（內置鋼管預制式）靠船墩開展錘擊激勵動力測試及船舶靠船激勵動力測試。

（2）分別選取3 座靠船墩進行順河向和橫河向錘擊激勵，測試錘擊激勵下的速度響應，計算分析結構的動剛度。

（3）采用1000t 滿載運砂船以1m/s 速度，分別以30°和60°角度靠船，測試靠船荷載作用下靠船墩頂部的速度響應。

4.2 錘擊激勵結果

根據測試結果，由于靠船墩一階頻率為2.5Hz 左右，因此對一階頻率附近的動剛度進行平均綜合分析以減小誤差，其計算結果見表2所示。

表2 2.5Hz 附近動剛度平均值測試結果 單位：N/m

由表可以看出，7#墩與10#墩動剛度較為接近，其2.5Hz 附近動剛度平均值相差在17%以內。6#墩動剛度相對7#墩和10#墩較小，動剛度是結構剛度與質量的綜合效應參數，由于6#墩上部體積相對較大，上部質量較7#、10#墩大，因此整體綜合效應其動剛度較小。

6#靠船墩橫河向接縫上下位置響應信號互相關系數時延為0ms 時，互相關系數為0.993；順河向接縫上下位置響應信號互相關系數時延為0ms 時，互相關系數為0.996。10#靠船墩橫河向接縫上下位置響應信號互相關系數時延為0ms 時，互相關系數為0.987；順河向接縫上下位置響應信號互相關系數時延為0ms 時，互相關系數為0.987。可以看出，接縫上下位置響應信號互相關系數均接近1，且時延為0ms，接縫上下位置響應信號吻合良好，未見高頻雜波與時延現象。根據上述分析結果可以看出，6#、7#靠船墩接縫位置連接良好。

4.3 靠船激勵

測試3 座靠船墩靠船激勵作用下最大響應見表3所示。由表3可以看出，靠船墩靠船激勵作用下最大響應均為橫河向，豎向速度響應最小。橫河向響應6#墩最小，10#最大；順河向響應6#墩最小，7#墩最大；豎向響應10#墩最小，7#墩最大。整體而言，考慮靠船時速度差異，三座靠船墩在靠船激勵作用下的速度響應較為一致。

表3 三座靠船墩靠船激勵下響應比較 單位：m/s

根據上述分析結果可以看出，6#、7#靠船墩在靠船激勵下與現澆結構速度響應相一致，裝配式靠船墩與現澆式靠船墩整體剛度未見明顯差異。

4.4 檢測結果

綜合分析比較裝配式靠船墩與現澆式靠船墩動剛度與靠船激勵下的響應，可以看出裝配式靠船墩接縫位置連接良好，裝配式靠船墩整體剛度與現澆式靠船墩無明顯差異。

5 結束語

（1）本文提供兩種裝配式靠船墩的設計方案及施工工藝，并通過檢測證明裝配式靠船墩各預制構件連接較好，為以后類似的項目提供寶貴的經驗。

（2）目前裝配式結構在水運工程中應用較少，對裝配式結構和預制塊的連接方式還處于探索嘗試階段，現階段針對已經施工完成的裝配式靠船墩結構缺少在長期荷載作用下的耐久性分析。