高桩码头大体积异形下横梁施工技术

摘要：结合镇江大港三期工程集装箱及多用途码头横梁施工工艺，阐述了大体积异形下横梁施工技术，并就施工过程中出现横梁扭转等质量情况做出分析，提出施工改进措施。

一、工程概况及码头下横梁施工特点

镇江港大港港区三期工程集装箱及多用途泊位工程位于江苏省镇江市市区以东约25km处。码头结构形式为高桩梁板结构，码头总长628m，总宽42m。分为前后平台。其中前平台共68根横梁，横梁长28m，高1.6m，桩基大多由9根φ1000预应力混凝土大管桩组成。单根下横梁混凝土量约130m3，横梁呈“工”形，为水上异形大体积横梁。该工程位于长江下游三角洲腹部，三峡大坝建成后，长江径流的季节性规律受到大坝人为控制，水位变动基本规律变得难以预测，而码头前平台横梁底标高为+2.1m，经常被潮水淹没，造成码头前平台下横梁施工工期紧，质量控制难的局面，施工有较大的难度。

该码头下横梁桩基除中间一根为直桩外，其它均为斜桩，斜率为3.5:1~12:1。横梁前沿端需安装重约120KN的靠船构件，经讨论分析认为此类横梁现浇混凝土后，梁体结构受力容易发生扭转和倾斜，是施工难点所在。施工过程需特别注意控制。单根的横梁尺寸及桩基布置如图1。

二、下横梁施工

1、施工流程

施工工艺流程见图2。

图2施工工艺流程图

2、下横梁钢筋绑扎

钢筋在后方场地加工后，用工作船转运到施工现场绑扎。钢筋架设要考虑把钢筋接头位置相互错开，钢筋的搭接、施焊、绑扎等按规范及设计要求进行。

3、靠船构件安装

下横梁模板安装前先将靠船构件吊安并加固在夹桩的槽钢上，将横梁的钢筋骨架与靠船构件预留钢筋按规定连接成整体，进行整体浇筑。

4、夹桩围囹施工

1）夹桩围囹计算

a、悬臂夹桩围囹计算

按混凝土浇筑高度1.6m设计，荷载包括靠船构件自重P、现浇混凝土均布荷载q1和施工荷载q2，桩位考虑最大偏位0.2m。取P=120KN；q1=4×1.6×25=160KN/m，q2=5KN/m，q= q1+ q2=165KN/m。

强度计算：M悬=kPl1+1/2ql2=644KN・m

则：[W]= M悬/[σ]=3.79×10-3m3

式中：M悬为围囹悬臂端受力弯矩KN・m；k为靠船构件安装动力系数，k=1.2；l1为靠船构件安装受力悬臂计算长度，l1=1.7；l为悬臂端计算长度，l=2.2m；[W]为围囹允许的截面模量，m3；[σ]为钢材允许应力，1.7×105KN/m2。

选用6根32b型工字钢作夹桩围囹，实际截面模量W=6×7.27×10-4=4.36×10-3 m3＞[W] =3.79×10-3m3，满足强度要求。

刚度验算：f悬= Pl13/3EI×2.2/1.7+ ql4/8EI=5.05×10-3m

[f]=l/400=2.2/400=5.50×10-3m，故f悬＜[f]，满足刚度要求。

式中：f悬为围囹悬臂端挠度，m；E为钢材弹性模量，2.1×108KN/m2；I为32b型工字钢截面惯性矩，1.16×10-4m4；[f]为围囹悬臂端允许挠度，m。

b、跨中夹桩围囹计算

按混凝土浇筑高度1.6m设计，荷载包括现浇混凝土均布荷载q1和施工荷载q2，跨中以桩距4.75m（已考虑桩位偏差）来计算。q1=2×1.6×25=80KN/m，q2=5KN/m，q= q1+ q2=85KN/m。

强度计算：M中= 1/8ql2=240KN・m

则：[W]= M中/[σ]=1.41×10-3m3

式中：M中为围囹跨中受力弯矩KN・m； l为跨中计算长度，l=4.75m；[W]为围囹允许的截面模量，m3；[σ]为钢材允许应力，1.7×105KN/m2。

选用2根32b型工字钢作夹桩围囹，实际截面模量W=2×7.27×10-4=1.45×10-3 m3＞[W] =1.41×10-3m3，满足强度要求。

刚度验算：f中= 5ql4/384EI=1.16×10-2m

[f]=l/400=4.75/400=1.19×10-2m，故f中＜[f]，满足刚度要求。

式中：f悬为围囹跨中挠度，m；E为钢材弹性模量，2.1×108KN/m2；I为32b型工字钢截面惯性矩，1.16×10-4m4；[f]为围囹跨中允许挠度，m。

2）夹桩围囹框架

夹桩围囹框架结构见图3、图4（图中尺寸以m计，高程以m计）。

图3夹桩围囹框架结构平面图

图4夹桩围囹框架结构立面示意图

3）夹桩围囹施工要点

①为克服扭转问题，牵扛围囹按二个排架为一组进行连接，使二根横梁连成整体；钢围囹及牵扛必须用对拉螺杆与桩夹牢，围囹与桩间的空隙须垫实撑牢。

②所有钢抱箍必须与桩夹牢，钢抱箍内须有橡胶垫，保证钢抱箍与桩充分接触，钢抱箍的螺栓必须拧紧，经常检查。

③所有钢围囹穿螺杆孔的两侧加焊二根φ25钢筋，以免工字钢翼缘变形。

④用槽钢焊接钢抱箍与靠船构件连接做斜撑，加固靠船构件（50~120KN）安装受力体系。靠船构件安装到位后，需焊接将其夹紧顶牢。

⑤注意桩两侧钢围囹标高一致，在整体调平后，再拧紧钢抱箍，与钢抱箍焊死。

⑥在施工过程中要密切关注整个围囹的牢固性。

5、下横梁模板施工

1）模板结构见图5

图5横梁模板结构示意图

2）模板加工

为保证现浇下横梁的外观质量，底模采用5cm厚组合钢模（异形区域用厚木板），侧模采用钢框胶合板（部分异形区域采用组合钢模或木模），以帮包底的方式进行支立。模板选择在预制场加工好后转至方驳待用。按模板设计和模板制作标准进行加工。

3）模板安装

底模板在现场拼制与铺设，在铺设之前需准确把角点位置放样出来。在钢围囹上铺10×10cm木枋，木枋按50cm的间隔设置，木枋用铁线与钢梁绑牢，另外在钢围囹上间隔2m不间断的放置［10的槽钢，［10的槽钢与钢梁焊接，使之增大次梁的抗弯强度，然后在木枋上铺设50mm组合钢模。在底模和侧模接缝处设止浆三角条，防止浇筑过程中漏浆而影响外观质量。

在绑扎完钢筋骨架后安放侧模，侧模的夹条和撑杆分别采用[14和[10的槽钢，间距均为1m布置，对拉筋采用φ16mm螺杆。撑杆和拉杆比混凝土浇注面稍高，以便抹面施工。底下的拉杆是从底板下穿过对拉，并使用双螺帽紧固。侧面竖夹条隔两档用双股φ6mm钢丝反拉在底模下的［10槽钢上。封头板下口横夹条利用[14槽钢焊在钢围囹上支撑，并用契木塞实。模板拼缝之间用胶条止浆。

模板上端用φ48mm钢管，设置3~4道，将本批浇筑的所有横梁连成整体，与围囹方案一起构成预防扭转措施。在混凝土浇筑前将所有螺杆逐一检查，看是否有松动。

6、下横梁混凝土施工与养护

由于本工程处于长江沿岸，引桥段横梁与岸距离较近，可以采用混凝土泵机浇筑下横梁混凝土。在引桥横梁浇筑完成后，在其上架设泵管浇筑码头下横梁。由于横梁（码头部分）施工底部标高较底，而且是水位变动区，所以必须趁低潮进行施工，一般从潮水刚落到梁底部以下时开始浇筑，潮水涨上来时受淹没部分已达到初凝。下横梁一次浇筑完成，一般避开阴雨天施工。浇注过程中混凝土下料顺序从中间往两头推进，混凝土分层浇筑、振捣。分层厚度不大于600mm。这有利于再混凝土浇注过程中减少横梁底模板不均匀受力对模板挠动的影响，有利于保证横梁施工质量，不发生整体扭转，局部沉陷的现象。混凝土浇注使用50型插入式振捣器振捣。

混凝土浇筑完毕后及时覆盖麻袋保湿养护，养护用水和养护时间按规范规定执行。

三、下横梁质量情况及分析

码头前平台横梁完工后对所有68根下横梁进行了质量检验，混凝土表面缺陷符合标准要求，构件表面平整，棱角分明，前后沿线顺直，倾斜度小，分项工程质量优良率达到100％。68根下横梁其中21根评定标准项目检测数据见附表。

从附表中21根下横梁偏差数据分析来看，发现主要不合格项为“支承面标高”，而且该项大部分数据为负值，说明横梁底标高控制不当（偏低）。现行的标高控制方法是先在桩顶上测出横梁底标高，以此来控制凿桩、夹围囹和铺底板，等立模完后，再在侧模上测出下横梁顶标高来控制混凝土浇筑施工。分析造成支承面标高项偏差较多的原因有：

（1）在桩顶上测标高时，测量条件差，测量精度受影响。测量人员站在交通船上立尺，受水流、风浪影响晃动大，尤其是斜桩，水准塔尺不易立直，较难精确放样横梁底模标高；另外夹围囹是以其中某一标高点用水管法引测水准的，也存在误差。

（2）个别横梁在混凝土浇筑后，梁体有微微下沉的现象。主要为钢抱箍滑动下沉、钢围囹受荷挠度等原因。

四、异形大体积下横梁施工几点总结

1、异形大体积横梁的模板安装应克服单排桩的桩基结构局限性，采取夹桩和排架间牵杠措施，增强围囹结构牢固性和整体性，再将模板上口通过几道钢管连成整体，实践证明措施是得当的，有效克服了横梁扭转和倾斜问题。

2、类似跨数结构，文中夹桩围囹计算方法具有实用性、可行性，能满足施工要求。夹桩围囹支撑在计算中，虽然跨中弯矩在强度上有较大富余，但刚度却是正好。

3、针对以上质量偏差原因，提出改进标高控制方法：

（1）调平固定夹桩围囹时，其标高用水准仪测量来控制。

（2）鉴于混凝土浇筑后梁体下沉事实存在，分析偏差数据，可将夹桩围囹标高提高1.5~2cm 来预控。

4、在该工程中进行了工艺改进，措施为原先的木止浆三角条改为止浆橡胶条，效果理想，几乎杜绝了上述混凝土表面缺陷现象。另外在钢框胶合模板拼缝处用胶条止浆，效果也颇佳。

参考文献：

江正荣.建筑施工计算手册，2007年，第二版

黄晓明，潘钢华，赵永利.土木工程材料，2001年，第一版

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。