高樁梁板式碼頭支撐工藝的比選

李天明 中交廣州航道局有限公司

1.工程概況

柳州港鹿寨港區(qū)江口作業(yè)區(qū)一期工程建設(shè)規(guī)模為：新建6個(gè)2000噸級(jí)泊位（3個(gè)多用途泊位和3個(gè)散貨泊位），水工結(jié)構(gòu)均按靠泊3000噸級(jí)船舶設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)年通過(guò)能力約260萬(wàn)噸，其中散貨151.5萬(wàn)噸、件雜貨74.6萬(wàn)噸、集裝箱4.22萬(wàn)標(biāo)箱；設(shè)計(jì)船型采用2000噸級(jí)干貨船和2000噸級(jí)集裝箱船。

碼頭為高樁梁板結(jié)構(gòu)形式，碼頭全長(zhǎng)共501m，碼頭平臺(tái)面寬為47m，分為13個(gè)結(jié)構(gòu)段，結(jié)構(gòu)分段長(zhǎng)度為32.6m，每個(gè)結(jié)構(gòu)段之間用7.85m的簡(jiǎn)支跨連接，標(biāo)準(zhǔn)排架縱向間距為7.85m，橫向間距為9.7～11.0m。碼頭共66榀排架，每榀排架設(shè)5根φ1.4m的嵌巖灌注樁，前兩排樁樁底進(jìn)入中風(fēng)化灰?guī)r層深度≥5m，后三排樁樁底進(jìn)入中風(fēng)化灰?guī)r層深度≥4m，碼頭共設(shè)329根嵌巖灌注樁。

碼頭下部結(jié)構(gòu)設(shè)置1m×1m立柱，結(jié)構(gòu)框架共分為3級(jí)平臺(tái)，自下而上框架凈空分別為4.48m、4.48m和4.74m。為加強(qiáng)碼頭整體穩(wěn)定性，設(shè)置0.6m×1m縱橫系梁，各結(jié)構(gòu)排架間前沿臨水側(cè)設(shè)置走道板，供人員上下碼頭及系纜。碼頭頂層結(jié)構(gòu)由大橫梁、小縱梁、軌道梁及面板組成。

2.碼頭縱橫系梁支撐工藝

2.1 夾樁支撐工藝

立柱達(dá)到一定強(qiáng)度后，按照預(yù)定標(biāo)高測(cè)出夾樁木安裝位置，并在立柱上標(biāo)記，根據(jù)標(biāo)記，安裝五道夾樁木和一道32#工鋼作縱橫系梁支撐。夾樁木斷面尺寸為150mm×150mm×2000mm，拉桿采用φ30圓鋼加工制成，長(zhǎng)1500mm。夾樁木支撐系統(tǒng)安裝完成后，用HM588型鋼作為系梁底模的分配梁，HM588型鋼安裝在32#工鋼上，并每隔1.5m采用對(duì)拉螺桿互相鎖緊，增加分配梁整體穩(wěn)定性。之后在型鋼上進(jìn)行底模鋪設(shè)、鋼筋綁扎、側(cè)模安裝、混凝土澆筑等施工。

優(yōu)點(diǎn)：（1）適用于方形立柱支撐，圓形立柱支撐效果差、安全系數(shù)低；（2）夾樁支撐主要由方木和拉桿等組成，重量輕便，無(wú)需大型機(jī)械配合，便于現(xiàn)場(chǎng)施工；（3）方木和拉桿便于采購(gòu)和加工，單價(jià)低，可節(jié)約工程成本。

缺點(diǎn)：（1）夾樁支撐的特點(diǎn)為依靠夾樁木粗造面和螺桿的拉力形成摩擦力，從而起到支撐作用，夾樁木使用一次后，夾樁木摩擦面由于受到擠壓和摩擦作用變得光滑和平整，第二次使用摩擦力將大幅度降低。再加上空氣濕度變化、夾樁木的收縮變形等因素，導(dǎo)致夾樁木承載力較低，施工沉降大，安全和質(zhì)量難以保證；（2）夾樁木螺桿緊固，完全依靠工人的感覺(jué)進(jìn)行，加固效果難以檢測(cè)，可靠性低；（3）一個(gè)支撐點(diǎn)至少需要10條夾樁木，且利用率低、材料耗用大；（4）由于夾樁支撐承載力低，且由其施工工藝特點(diǎn)決定，碼頭縱橫系梁無(wú)法同時(shí)施工，因此施工周期長(zhǎng)，立柱節(jié)點(diǎn)縱橫系梁交界處，由于非整體澆筑，連接效果差。

2.2 門(mén)型支撐工藝

縱橫系梁施工采用HM390型鋼與φ250mm無(wú)縫鋼管（壁厚10mm）組成的門(mén)型支撐，其中頂部和底部HM390型鋼基座與兩根φ250mm鋼管焊接成整體，門(mén)型支撐緊靠立柱，對(duì)于相對(duì)的兩個(gè)門(mén)型支撐進(jìn)行互相連接加固，對(duì)于只有單邊或三邊的門(mén)型支撐通過(guò)加焊型鋼進(jìn)行連接加固，從而將門(mén)型支撐與立柱互相固定，防止門(mén)型支撐失穩(wěn)，門(mén)架底部基座及頂部基座之間采用φ32的高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。門(mén)型支撐安裝完后，在頂部型鋼基座上安裝三條HM390型鋼作為縱橫系梁支撐。

優(yōu)點(diǎn)：（1）受力可靠，安全性能高，可保證施工安全和施工質(zhì)量；（2）縱橫系梁可同時(shí)澆筑，施工周期短，節(jié)點(diǎn)連接效果好；（3）門(mén)型支撐第三層、第二層高度一致，可重復(fù)周轉(zhuǎn)使用；（4）安裝和拆卸工藝簡(jiǎn)單，易于操作，高空作業(yè)時(shí)間短。

缺點(diǎn)：（1）用鋼量大，材料采購(gòu)成本高；（2）門(mén)型支撐較笨重，安裝時(shí)需塔吊配合施工。

2.3 工藝比選

綜合以上支撐系統(tǒng)的特點(diǎn)，從支撐系統(tǒng)受力可靠性、施工周期、施工成本、施工工序以及對(duì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響等方面考慮，采用門(mén)型支撐可提高施工速度，確保施工安全，提升工程質(zhì)量，因此本工程碼頭第三、第二層縱橫系梁施工采用門(mén)型支撐。

3.碼頭頂層梁板支撐工藝

3.1 鋼管支撐工藝

由于第二層縱橫系梁無(wú)滿(mǎn)足頂層施工荷載的要求，因此，利用樁帽作為受力構(gòu)件，頂層荷載通過(guò)貝雷梁和鋼管傳至樁帽，再由樁帽傳至樁基。在A(yíng)、B、C、D排樁帽施工時(shí)，在樁帽四角一定位置預(yù)埋鋼板和螺栓，φ500mm無(wú)縫鋼管（壁厚10mm）從樁帽一層層安裝至第二層一定標(biāo)高處，在每個(gè)立柱第三層和第二層位置分別對(duì)4根鋼管進(jìn)行加固，以增加鋼管的剛度和穩(wěn)定性。在鋼管頂部焊接HM500×300型鋼三角支撐，橫向貝雷梁安放在三角支撐處，在橫向貝雷梁上每隔1.5m安裝HM450×300型鋼作為縱向分配梁，在分配梁上滿(mǎn)鋪6mm厚花紋鋼板，從而形成施工平臺(tái)，作為頂層梁板施工的支撐系統(tǒng)。

優(yōu)點(diǎn)：（1）鋼管作為受壓構(gòu)件，強(qiáng)度高、剛度大，可承載很大豎向荷載,適合本工程頂層梁板支撐，施工平臺(tái)滿(mǎn)鋪花紋鋼板，安全可靠，便于頂層梁板施工作業(yè)；（2）由于鋼管支撐可承受較大荷載，因此頂層梁板可整體澆筑，施工周期短，結(jié)構(gòu)整體性好。

缺點(diǎn)：（1）鋼管、型鋼、貝雷梁等材料用量非常大，工程成本較高；（2）鋼管支撐安裝復(fù)雜、施工難度大，施工人員需具備較高的操作水平和技術(shù)水平；（3）支撐構(gòu)件重量大，碼頭面板澆筑完成后塔吊無(wú)法直接吊裝鋼管、貝雷梁、型鋼等支撐材料，造成支撐系統(tǒng)拆卸困難，支撐材料周轉(zhuǎn)速度慢，需要多套支撐系統(tǒng)同時(shí)投入方能滿(mǎn)足工期要求，進(jìn)一步加大工程成本；（4）由于鋼管支撐屬于從底層樁帽至頂層的連續(xù)支撐，柳州內(nèi)河每年4～10月為汛期，汛期水位高、水流湍急、漂浮物撞擊頻繁、淤泥回淤?lài)?yán)重等因素影響鋼管支撐安拆和穩(wěn)定性，導(dǎo)致鋼管支撐不適用汛期時(shí)施工，因此采用鋼管支撐可作業(yè)時(shí)間短，一次性投入成本大。

3.2 鋼牛腿支撐工藝

在第二層立柱上預(yù)埋20mm厚鋼板，在預(yù)埋鋼板一定位置上焊接工字型鋼牛腿，工字形鋼牛腿鋼材均采用Q345級(jí)，寬500mm、高800mm，懸臂長(zhǎng)1200mm，上下翼緣同寬，厚度均為20mm，腹板厚20mm，腹板橫向設(shè)3道加強(qiáng)板，板厚16mm，外伸與上下翼緣同寬，所有焊縫均采用雙面角焊，通長(zhǎng)焊接，焊腳最小尺寸為14mm，一律滿(mǎn)焊。鋼牛腿頂面標(biāo)高為73.88m，其中縱向貝雷梁安裝在鋼牛腿上，在立柱兩側(cè)縱向通長(zhǎng)布置，橫向貝雷梁布置在縱向貝雷梁上，滿(mǎn)鋪布置，橫向貝雷梁則作為頂層梁板支撐平臺(tái)。

優(yōu)點(diǎn)：（1）受力可靠，安全性能高，可以保證施工安全和施工質(zhì)量；（2）支撐系統(tǒng)標(biāo)高已達(dá)73.88m，頂層施工基本不受汛期水位影響，可作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，緩解工期壓力；（3）支撐系統(tǒng)拆卸方便，利用率高，周轉(zhuǎn)速度快；（4）貝雷梁、滿(mǎn)堂架等支撐材料可租賃，一次投入材料少，減少施工成本。

缺點(diǎn)：（1）考慮到頂層梁板施工荷載較大，為提高安全保證，采用梁板分開(kāi)澆筑的方式，即先澆筑梁至面板底面，梁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除梁模板及支撐，最后澆筑面板，因此施工周期長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)整體性差；（2）底層結(jié)構(gòu)施工完成后需切除鋼牛腿，工序多，高空作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)；（3）為防止預(yù)埋鋼板銹蝕，降低工程使用壽命，鋼牛腿切除后還需進(jìn)行除銹防腐處理，工序多。

3.3 工藝比選

綜上可知，鋼管支撐無(wú)法滿(mǎn)足安全度汛要求，加大系梁截面無(wú)法滿(mǎn)足碼頭安全要求，因此采用鋼牛腿支撐工藝，規(guī)避了第二層系梁無(wú)法滿(mǎn)足頂層支撐的短板，充分利用立柱作為最終受力點(diǎn)，具有安全可靠、施工速度快，施工成本低等優(yōu)點(diǎn)。

4.結(jié)語(yǔ)

梁板式高樁碼頭支撐形式多種多樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)從工程施工環(huán)境、工期要求、成本造價(jià)、質(zhì)量要求、安全施工等多方面綜合考慮，從而確定最合適本工程的支撐方案，以便達(dá)到保質(zhì)量保安全、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的目的。