高桩码头大型墩台结构施工方案

摘 要 通过对高桩码头墩台结构施工方案的设计，确定分层浇筑高度、底模型钢支撑系统的设计与施工、墩台钢筋施工保证措施、施工缝如何处理等方面进行了分析和讨论，并提出相关技术保证措施

关 键 词 高装码头大型墩台结构；底模支撑系统；施工缝处理；分层浇筑砼高度；施工缝处理方案

中图分类号：TU3文献标识码： A

一、工程概况

泰州港泰兴港区过船作业区金燕仓储液体化工公用码头工程建设规模为3万吨级液体化工泊位2个（码头长度满足3艘1万吨级液体化学品船同时靠泊，水工结构按靠泊5万吨级液体化学品船设计）；码头内档布置1000吨级液体化工泊位2个；设计吞吐量为195万吨/年。

本工程码头采用高桩梁板结构。设计码头平台1座、综合用房平台1座、引桥1座、系缆墩1座及相关配套设施。码头平台共57个排架，分为7个分段，总长452m。码头平台宽度为25m。排架间距均为8m，采用PHC管桩（Φ800mmB型）基础，上部结构采用现浇横梁、预制纵向梁及叠合式面板，通过现浇面层连成整体。引桥共34个排架，总长561.295m，宽度为12m，排架间距为20m，采用PHC管桩（Φ800mmB型），上部结构采用现浇盖梁、预应力空心板，通过现浇面层连成整体。引桥下游侧第5、6排架位置布置综合用房平台1座，尺寸为17.6mX22.5mX1.5m。

本工程高桩墩台结构共一座，为现浇钢筋砼结构，基础分别采用PHC管桩（Φ800mmB型），共计20根，桩与桩之间最大间距为4.8m。砼方量594m3。

考虑到本工程墩台均为水上作业，且外形尺寸较大，而本区域长江段水位受潮汐影响较大，因此在墩台结构施工过程中，应充分从施工潮位、型钢架设、墩台大型钢筋笼、砼分层浇筑、水平施工缝等方面去设计施工方案，以确保施工质量。

二、方案的确定

根据现场条件及自身设备状况和成本的因素综合考虑决定，现浇墩台钢筋砼结构施工采用如下工艺：

（1）模板的安装与拆除：模板的安装与拆除采用长江码头施工中通常采用的8吨吊机船进行施工作业。

（2）钢筋的加工、运输及绑扎：钢筋加工，统一安排在预制场区内的加工场内进行。钢筋加工好后，由场地内的出运码头通过吊车吊运至运输船上，通过运输船运至现场进行绑扎施工。

（3）砼的搅拌、运输及浇筑：砼搅拌采用商品砼。由于本工程引桥长度较长，采用砼拖泵进行砼输送存在一定的风险，从成本及总工期要求来看，本工程考虑待引桥贯通后，砼输送车及砼泵车直接上引桥进行浇筑墩台施工。

三、墩台结构施工方案

3.1、墩台结构几何尺寸分析及砼浇筑分层计算

本工程墩台尺寸较大，实体部分高度为1.5m，考虑到水上结构施工底模支撑系统的受力、大体积砼温度控制、砼供应及砼裂缝控制等因素，拟采用分层浇筑形式进行砼施工。

墩台第一层砼为连续均匀浇筑，在第一层砼面上没有产生预应力。当砼浇筑完成并达到一定强度后，将形成一个弹性体。该弹性体的截面抗弯刚度（EI）远远大于下部支撑的界面抗弯刚度。由于在桩头位置，其截面抗变形刚度也很大，当上一层施工的荷载传递到该刚性体时，相当于由桩基桩头作为支座承担了大部分上部荷载作用。

第二层混凝土浇筑时，对下一层形成一个向下的荷载作用，假设该荷载为均布荷载，将在下一层形成拉应力σ拉和压应力σ压。由于砼压应力σ压远大于拉应力σ拉，且在墩台底部有底板钢筋承担拉应力作用，故以控制第一层砼顶面上的拉应力σ拉不大于砼的抗力强度来作为砼分层的主要控制因素。还需要综合考虑底模支撑系统的型钢大小、砼供应情况等其他因素。

3.1.1砼分层厚度设计

假设第一层砼浇筑高度为H1，第二层浇筑高度为H2，...，以此类推。纵横向相邻桩基间的最大间距为A、B，相应的计算跨度为a、b。

第一层浇筑后，沿桩头取宽度为B，高度为H1的板带。按面层不配筋的素砼，板带之界面抵抗拒为：

上层H2砼对下一层砼施加的线荷载：

Q=rh2B=2.5*10-3h2B(kg/cm)

由于本工程墩台纵横向桩基均较多，可考虑按照三等跨连续梁考虑，在桩头位置产生的负弯矩为：

M=aql2=0.1ql2=2.5*10-4h2Bl2(kg.cm)

式中l为纵横向计算跨度a、b的最大值。

砼的最大应力按弹性计算：

本工程混凝土强度为C30，底层砼强度达到设计强度的70%时，浇筑上一层砼。按面层砼在桩基位置不开裂控制，则有砼抗拉强度0.7ft不小于最大应力。则：

得h1和h2的关系有：

根据以上关系式，对采用不同的取值，得到的最大值如下表：

考虑到本工程墩台高度为150cm，桩间最大间距为480cm，则计算跨度1.1*480=528cm。

在不同的h1和l时，h2的最大值取值表

表1

H1(cm)

L(cm)

300 400 500 600 700

50 185 104 67 46 34

60 267 150 96 67 49

70 363 204 131 91 67

80 474 267 171 119 87

90 600 338 216 150 110

100 741 417 267 185 136

考虑到底模支撑系统型钢的大小，以及砼供应能力，按照表1取值，本工程墩台可分两次浇筑，第一层浇筑高度为h1=70cm，第二层浇筑高度h2=80cm。

3.2墩台底模支撑系统设计与施工

墩台底模支撑系统主要由桩上形成的支座和纵横向布置的型钢构成。

3.2.1 支座形成

本工程主要为PHC管桩，用于形成支座的方式主要有两种。第一种为利用桩顶采用圆钢对型钢进行反吊形成，另外一种采用钢抱箍形式。考虑到钢抱箍施工起来对于底模的安装及拆除均较为便捷，故本工程采用钢抱箍形式。

（1）确定支座反力

施工前，首先确定支座反力，支座所趁手的力由上部主梁传递，因此需求出主梁在个支座部位的剪力，其绝对值之和即为支座反力。一般在不等跨连续梁上，支座两边的跨度较大，其支座反力较大。具体的剪力图可采用结构力学求解器计算求得。

主梁对支座的作用时的荷载需要考虑的主要因素有：第一层砼浇筑的高度h1、人机施工荷载、垂直面振捣荷载、底模及主次梁自重等。荷载的取值可参考《水运工程混凝土施工规范》附录。

（2）钢抱箍设计与安装

钢抱箍是由两块半圆形钢板组合而成，两侧由两块钢板焊接形成牛腿，利用高强螺栓及连接件形成连接。主梁安装在两侧牛腿上部，荷载传递至拧紧的钢抱箍上，钢抱箍通过与桩之间的摩擦力来承受上部荷载。钢抱箍具有装拆简便、不留痕迹、可重复使用等特点。钢抱箍的设计包括抱箍钢板厚度、高度、高强螺栓的规格数量、布置及钢牛腿的尺寸等。

钢抱箍的设计的影响因素有：支座反力的大小以及桩表面的距离，抱箍与桩之间的摩擦系数。钢抱箍的设计有详细的分析论证，本文就不再阐述。

钢抱箍在安装时，高强螺栓在紧固过程中以及上部荷载变化过程中，其拉力值不断的变化，需要反复的使用扭矩扳手进行矫正，以保持在预拉力控制值。

3.2.1 主次梁设计与施工

支座上部为纵横向的主次钢梁体系。主钢梁夹住桩身安装在钢抱箍的牛腿上，主钢梁的布置方向一般沿着斜桩相对方向的各排桩基布置。次梁均匀布置在主钢梁上部。每排桩上的两根主梁用钢筋拉结，确保主钢梁夹住桩身。每根主钢梁由型钢错位摆放形成，在支座上形成连续梁。

主钢梁设计步骤有：计算弯矩和剪力根据弯矩求抗弯截面地抗矩根据截面抵抗矩查表选取钢截面根据弯矩和剪力求该型钢的正应力和剪应力求不利位置的折算应力并与容许应力比较验算型钢挠度。

在连续梁中，在跨度较大的支座位置，正应力和剪应力都较大，即可验算该处位置型钢截面上的点的折算应力。由于在型钢截面上正应力与中和轴的距离成正比，上下翼缘处最大，剪应力在翼缘位置突变后，在腹板截面上大致均匀布置，故在上下翼缘与腹板连接位置折算应力比较大，对该点进行验算。

在设计和施工中，注意以下几点：主梁应选取对称截面，如工字钢、双槽钢等受力较为合理；主梁摆放注意对称紧靠，以形成连续梁；有悬挑的连续梁，往往在悬挑根部为最不利位置，宜采取措施对悬挑的端部予以支撑，可大大改善受力。

次梁布置较密，根据墩台长度或宽度方向等间距进行布置。在次梁两端外伸的情况下，若以外伸端部的挠度不大于跨中挠度来控制，根据挠度计算公式，外伸长度不大于跨度的约2/3倍。外伸部分重合可以减少端部的挠度值。

3.3墩台钢筋工程的施工

墩台的钢筋布置一般由纵横向整体钢筋箍、侧面水平箍和上下底板结拉筋组成。安装后将形成底板双向钢筋、面层双向钢筋、侧面竖向钢筋和侧面水平钢筋。

钢筋安装采用如下顺序：底板下层钢筋和错开一定高度的侧面钢筋底板上次钢筋和错开一定高度的侧面钢筋安装侧面下部分的水平钢筋每间距2m抽出一根顶板上层钢筋和侧面钢筋下移至顶板下层钢筋下部先行安装作为骨架采用上下拉结筋斜向布置固定该骨架安装顶板下层钢筋和对接侧面钢筋安装顶板上层钢筋和对接侧面钢筋安装侧面上部分的水平钢筋在骨架位置补偿顶板上层钢筋安装其余的拉结筋。

采用以上安装方法避免了额外设置马镫钢筋、焊接钢筋支架等施工措施，从节约材料、提高工效等方面均能够确保墩台钢筋笼安装过程中的整体稳定性。

3.4墩台施工缝的处理

考虑到墩台砼采用分层浇筑方式，水平施工缝的处理尤为重要。由于墩台结构面积较大，墩台内有拉结钢筋，且为封闭式，净空间较小，不管采用人工凿毛、机械凿毛还是在浇筑过程中拉毛等措施，要么操作上比较困难，要么工效低，很难满足规范要求。结合本公司多年施工经验，项目部采用一套简易的高压水冲毛设备作为冲毛处理，冲毛设备为一台压力大于2.5mpa的洗车用的高压冲洗泵与一台5.5kw的水泵配合使用。

施工方法为：在混凝土初凝后，采用高压冲洗泵冲刷混凝土表面，冲开上部浮浆，紧跟着用大功率水泵将浮浆冲走。该套设备重量轻，造价低，操作便捷，经济适用，处理质量达到了规范中的去掉乳皮，露出石子的要求。在实际施工过程中，效果较好。

四、结束语

通过泰兴金燕仓储液体化工码头墩台结构的施工，施工中针对几个重要施工控制点的分析论证，并采取相应的施工技术保证措施作为保障。本工程墩台经实体检测，外观质量、砼钢筋保护层、砼强度、外形尺寸、线直面等方面均取得了各个单位的高度评价，为类似的工程施工提供了参考借鉴。在实际施工过程中，达到了安全、经济、高效、适用的效果，取得了较好的经济效益。