裝配式馬墩支撐在高樁碼頭中預(yù)制靠船梁安裝時(shí)的運(yùn)用

◎ 楊俊 徐佳凍 中交二航局第一工程有限公司

1.工程概況

1.1 工程概況

岳陽(yáng)港某碼頭是一個(gè)件雜貨泊位結(jié)構(gòu)型式為框架結(jié)構(gòu)，工期一年。碼頭結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，共45榀排架，4層走道平臺(tái)；其中單層平臺(tái)預(yù)制靠船梁43榀、單榀重量大約25噸。單層平臺(tái)走道梁43榀，靠船梁與走道梁在安裝完成后進(jìn)行走道平臺(tái)混凝土澆筑。碼頭平臺(tái)水工結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

1.2 工程難點(diǎn)

（1）每年2-6月份長(zhǎng)江水位開(kāi)始上漲，碼頭走道平臺(tái)施工時(shí)正值長(zhǎng)江水位上漲期間，走道平臺(tái)是否能搶在汛期來(lái)臨之前完成，將直接影響到頂部碼頭平臺(tái)其他附屬設(shè)施的施工。否則整個(gè)施工只有等待下一個(gè)低水位，工期將往后滯后一年。

（2）碼頭在建設(shè)期間緊鄰已建好的碼頭，如果采用固定支架就地現(xiàn)澆方式，搭設(shè)的固定腳手架及模板因裝配及拆除時(shí)間周期長(zhǎng)將受到長(zhǎng)江水位淹沒(méi)、來(lái)往貨船、其它漂流物物體撞擊的威脅。

圖1 碼頭平臺(tái)水工結(jié)構(gòu)斷面圖

（3）現(xiàn)澆法是在梁體處搭設(shè)滿堂支架，在滿堂支架上安裝走道平臺(tái)模板并澆筑梁體混凝土，混凝土達(dá)到強(qiáng)度后拆除模板、滿堂支架。施工周轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，且施工質(zhì)量不容易控制；靠江側(cè)滿堂支架及模板在安裝過(guò)程中安全風(fēng)險(xiǎn)較大，易發(fā)生落水現(xiàn)象；除此之外還會(huì)一定程度上增大混凝土梁由于混凝土的收縮、徐變引起的變形。

（4）在臨江條件下，由于潮濕原因施工中的支架模板損耗大，周轉(zhuǎn)頻率低，施工費(fèi)用高，且人員落水風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.靠船梁施工工藝選擇

圖2 裝配式馬墩支撐使用示意圖

圖3 裝配式馬墩支撐施工現(xiàn)場(chǎng)成品示例圖

鑒于以上工程難點(diǎn)，為節(jié)省工期靠船梁采用預(yù)制安裝方式，在岸上預(yù)制場(chǎng)通過(guò)平板車和80噸履帶吊轉(zhuǎn)運(yùn)至工地材料臨時(shí)出運(yùn)碼頭，再由50噸的自航式浮吊船將預(yù)制梁吊裝至浮吊甲板平臺(tái)上儲(chǔ)存。在兩排混凝土靠船立柱完成后，再進(jìn)行裝配式馬墩支撐結(jié)構(gòu)架設(shè)，最后完成后進(jìn)行安裝預(yù)制靠船梁。

3.裝配式馬墩支撐介紹

3.1 使用背景介紹

裝配式馬墩支撐主要由Q235B 200＊300＊8mm、150＊200＊8mm兩種方管、HRB400Φ22螺紋鋼、螺栓加工而成。本產(chǎn)品在預(yù)制靠船梁安裝過(guò)程中是極為重要的荷載支撐輔助工具，產(chǎn)品加工制作方便，安裝及拆卸簡(jiǎn)易，根據(jù)施工進(jìn)度周轉(zhuǎn)速度統(tǒng)一交給專業(yè)廠家加工定制或者在現(xiàn)場(chǎng)由專業(yè)電焊工和鉚工加工，集中運(yùn)輸至碼頭平臺(tái)后根據(jù)施工需要進(jìn)行組裝調(diào)節(jié)。以卸荷砂箱為中介，通過(guò)調(diào)節(jié)卸荷砂箱的高度以此來(lái)適應(yīng)預(yù)制梁體安裝所需的標(biāo)高，然后將預(yù)制梁體擱置在馬墩支撐之上。馬墩支撐在預(yù)制梁體安裝過(guò)程起到了豎向支撐和水平擱置面的作用，解決了預(yù)制梁體安裝過(guò)程中沒(méi)有支撐擱置面的問(wèn)題，待整個(gè)走道平臺(tái)混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，通過(guò)卸荷砂箱卸載拆除整套支撐系統(tǒng)。工作示意如圖2

3.2 結(jié)構(gòu)組成及使用說(shuō)明

馬墩支撐結(jié)構(gòu)由兩個(gè)方管支撐立柱、卸荷砂箱、固定支撐架、固定連接節(jié)點(diǎn)鋼板四部分組成。

（1）方管支撐立柱。豎向擺放于地面，2個(gè)支撐立柱并排緊靠在靠船立柱表面上，兩個(gè)支撐立柱外邊到外邊的距離小于靠船梁底部寬度。加工時(shí)上下兩端頭用鋼板封頭形成鋼板支座，提高穩(wěn)定性。

（2）卸荷砂箱。用鋼板及方管加工而成的箱體，分為砂箱體和壓箱體，固定在支撐立柱的頂面上。砂箱體為上端面敞口的殼體狀，且其內(nèi)設(shè)置有砂石，側(cè)壁的底部設(shè)置有可開(kāi)合的泄砂孔。壓箱體為方體狀且其恰好可上下活動(dòng)的套設(shè)于砂箱體內(nèi)，壓箱體支撐在砂箱體內(nèi)的砂石上，可以調(diào)節(jié)砂層高度升降支撐面高度。

砂箱體的底板向兩側(cè)延伸形成一對(duì)相對(duì)的翼板，壓箱體的頂板向兩側(cè)延伸形成一對(duì)相對(duì)的翼板。兩個(gè)箱體的翼板一一上下對(duì)應(yīng)，二者之間設(shè)置一個(gè)套管插銷，砂箱體因?yàn)槲挥谙路?，故設(shè)置的套管上端不能超過(guò)箱體高度，避免靠船梁安裝時(shí)高度不能調(diào)節(jié)到位。

（3）固定支撐架。由四根鋼筋及4塊小鋼板組成，固定兩個(gè)支撐立柱的作用。鋼筋分為兩種方向的鋼筋：第一種為上下橫向固定鋼筋，其水平設(shè)置且其兩端分別固定在兩個(gè)支撐柱上。第二種為交叉斜向固定鋼筋，其一端固定在一邊立柱上方的橫向鋼筋上，另一端固定在另一邊立柱下方的橫向鋼筋上；四根鋼筋端頭通過(guò)4塊小鋼板焊接成為一個(gè)整體，并在4塊小鋼板上開(kāi)螺栓孔，類似于貝雷片支撐架，拆卸安裝很方便。

（4）固定連接節(jié)點(diǎn)鋼板。將普通鋼板下料后，焊接在方管立柱側(cè)壁上，并開(kāi)螺栓孔，與固定支撐架用螺栓緊固，從而將一側(cè)的兩個(gè)支撐立柱連接成一個(gè)整體。

3.3 支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

為了提高使用安全性，必要時(shí)可以用SAP2000等軟件進(jìn)行支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)驗(yàn)算，單榀靠船梁最大重250KN，安裝時(shí)共設(shè)置4個(gè)支撐立柱。考慮在恒載、活載的受力作用下，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行（1）內(nèi)力分析、（2）鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定計(jì)算、（3）抗風(fēng)荷載傾覆計(jì)算。

（1）內(nèi)力分析。按最不利計(jì)算，單個(gè)支撐立柱的恒載軸力標(biāo)準(zhǔn)值為1/4×250KN=62.5KN，單個(gè)立柱活荷載軸力標(biāo)準(zhǔn)值為5.6×0.7×3=11.76KN，立柱軸力設(shè)計(jì)值為1.35×62.5+1.4×11.76=100.84KN，立柱軸力標(biāo)準(zhǔn)值為62.5+11.76=74.26KN，最大彎矩設(shè)計(jì)值0.125×100.84=12.6KN.m，最大剪力100.84KN。

（2）立桿強(qiáng)度及穩(wěn)定計(jì)算。

強(qiáng)度驗(yàn)算：σ=12600000/65847=191.35MPa<205MPa，τ=100.84/77.44=1.3MPa<125MPa，

穩(wěn)定性驗(yàn)算：l0=1.2×2.1=2.52，λ=2520/11.29=223.2，查表得穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.164，

①無(wú)風(fēng)時(shí)立柱的穩(wěn)定計(jì)算：N/ψA=100.84×1000/（0.164×77.44×100）=79.4MPa＜205MPa

②風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)以立柱體積系數(shù)計(jì)算，0.11kn/m2，立柱由風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩值；0.125×0.11×2.12=0.06KN.m，有風(fēng)時(shí)立柱穩(wěn)定性：100.84×1000/（0.164×77.44×100）+0.06×1000000/7744=87.14MPa＜205MPa

強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求

（3）抗風(fēng)荷載傾覆計(jì)算。

以單柱承受整屏風(fēng)荷載計(jì)算，兩立柱中心間距為0.9m，矩形管截面積77.44cm2，抗拉強(qiáng)度205mpa，

立柱可承受的最大拉力Fmax=20.5×77.44=1587.52KN，風(fēng)最大傾覆力矩M=Wk×H×Af=1.16×1000c×（2.1/2）×2.1×0.3=767.34KN.m，立柱所承受的最大拉力F=767.34/0.9=852.6KN＜1587.52KN，

支撐立柱能滿足要求。

4.靠船梁安裝

4.1 梁體轉(zhuǎn)運(yùn)

（1）靠船梁運(yùn)輸、安裝前，應(yīng)對(duì)預(yù)制靠船梁進(jìn)行齡期、外觀質(zhì)量、尺寸等質(zhì)量檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行出運(yùn)、安裝。

（2）梁體在浮吊船甲板堆放不允許疊層堆放，梁與梁之間和梁的底部采用木方支墊。安裝時(shí)砼強(qiáng)度必須達(dá)到100%。

4.2 浮吊船定位

起重船靠近江側(cè)向外拋出兩口成“八”字形的的錨纜，靠近岸側(cè)，將纜繩栓掛在上游一期碼頭系船柱上和下游岸上的地錨上。安裝前碼頭前沿靠船立柱上必須安裝橡膠護(hù)舷，預(yù)防浮吊船船在吊裝過(guò)程中碰撞碼頭結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷。

4.3 梁體安裝

（1）準(zhǔn)備工作。①測(cè)量人員對(duì)碼頭預(yù)制靠船梁的梁體安裝位置進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量并進(jìn)行位置放樣。

②對(duì)安裝部位的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)調(diào)整馬墩支撐結(jié)構(gòu)的卸荷砂箱以此消除安裝梁體時(shí)的標(biāo)高誤差，保證安裝質(zhì)量。

（2）安裝工藝。①安裝前，測(cè)量員復(fù)測(cè)兩排靠船立柱的端邊線、側(cè)邊線；根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果安裝馬墩支撐結(jié)構(gòu)。②浮吊船根據(jù)安裝位置自行拋錨定位，拋錨時(shí)要考慮在吊裝作業(yè)時(shí)留有一定的操作空間和范圍。③專業(yè)起重指揮起重船移船和吊鉤的起降，梁體就位后鋼筋工調(diào)整外露鋼筋，使梁體安裝在正確位置，安裝就位經(jīng)檢查符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理、質(zhì)檢員、技術(shù)員檢查驗(yàn)收合格后，方可解除吊索具。④預(yù)制梁體吊運(yùn)時(shí)保證各預(yù)留吊點(diǎn)均勻受力，防止梁體產(chǎn)生扭曲和傾斜，為保證預(yù)制梁體吊環(huán)處混凝土不受破壞，吊繩與梁板水平面所成夾角不應(yīng)小于60°。⑤梁體放置時(shí)需緩慢下放，梁體底面距離馬墩支撐擱置面5cm時(shí)，由測(cè)量員或技術(shù)員檢查梁體兩端的擱置面是否對(duì)齊，滿足要求后向現(xiàn)場(chǎng)起重工示意，起重工下達(dá)落鉤指令，完成梁體安裝。梁體安置后及時(shí)進(jìn)行鋼筋焊接固定，以免傾倒或墜落。待靠船梁和靠船立柱連接處混凝土澆筑強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，方可拆除馬墩支撐。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）本工程將靠船梁施工工藝從現(xiàn)澆優(yōu)化為預(yù)制安裝，利用馬墩支撐循環(huán)利用，形成流水作業(yè)。在長(zhǎng)江汛期水位上漲來(lái)臨前完成全部4層平臺(tái)預(yù)制靠船梁安裝施工，證明施工工藝及組織的合理性。

（2）通過(guò)在每個(gè)靠船立柱旁設(shè)置至少一套馬墩支撐，并通過(guò)靠船立柱輔助，支撐預(yù)制梁體的兩端，有效解決了預(yù)制梁體在安裝過(guò)程中與現(xiàn)澆立柱相交部位沒(méi)有有效擱置面的支撐問(wèn)題。進(jìn)而，提高了碼頭平臺(tái)梁體施工的速度，減少了構(gòu)件因混凝土收縮、徐變引起的變形，確保了預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量和尺寸精度；同時(shí)也減少了臨邊臨水高空作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，保證了現(xiàn)場(chǎng)施工人員的安全作業(yè)。

（3）馬墩支撐也可在預(yù)制梁體安裝過(guò)程中確保上下部結(jié)構(gòu)可以平行流水作業(yè)，縮短現(xiàn)場(chǎng)工期；且預(yù)制梁體施工安裝速度較快，可在與長(zhǎng)江水位賽跑的施工工程中推廣應(yīng)用。

（4）預(yù)制梁體由于是在制梁場(chǎng)事前制備好，再運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)安裝，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工勞動(dòng)力和勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，能有效的利用勞動(dòng)力，并由此而降低工程造價(jià)；并在一定程度上避免了現(xiàn)場(chǎng)粉塵、泥漿、燈光、噪音等污染，確保現(xiàn)場(chǎng)文明施工。

（5）裝配式馬墩支撐裝置加工制作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝簡(jiǎn)易，可廣泛應(yīng)用于支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具有很高的推廣價(jià)值。對(duì)于熟悉碼頭施工的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以結(jié)合項(xiàng)目自身特點(diǎn)，很容易的對(duì)馬墩支撐進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)部改進(jìn)，能更好的推動(dòng)項(xiàng)目施工速度。