軟弱地基上碼頭預(yù)制場的規(guī)劃與設(shè)計

付文宣，庾焱秋，張克，劉鴿

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，武漢430040；2.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，武漢430040）

1 引言

在現(xiàn)代工程建設(shè)飛速發(fā)展的背景下，高速公路及碼頭項目也在逐漸增多。與此同時，空心板梁預(yù)制生產(chǎn)任務(wù)也隨之增長，主要包括預(yù)應(yīng)力空心板、預(yù)應(yīng)力軌道梁、預(yù)應(yīng)力縱梁、預(yù)應(yīng)力邊梁、靠船構(gòu)件等。對于空心板梁預(yù)制來說，為了讓其預(yù)制進度必須符合總體施工進度，通常都需要將已完成預(yù)制構(gòu)件運至現(xiàn)場并安裝到位。這些預(yù)制構(gòu)件具有工期短、力學(xué)性能強、裝配化程度高等優(yōu)點[1]，因此得到了廣泛應(yīng)用。

碼頭項目預(yù)制構(gòu)件種類多，有時先張拉法和后張拉法2種制梁方法同時存在。其中，先張法預(yù)制空心梁板具有構(gòu)造簡單、施工便捷、能大體量預(yù)制等優(yōu)點，加之其施工工序簡單，且大批量生產(chǎn)時也可保證經(jīng)濟、質(zhì)量穩(wěn)定，因而普遍受到公路橋梁工程、水上碼頭項目的青睞。

2 工程概況

該碼頭項目位于寧德三都澳內(nèi)西北部，要新建1個1.5×105t級通用泊位及相應(yīng)的配套設(shè)施，項目構(gòu)件數(shù)量多，質(zhì)量要求高。為滿足生產(chǎn)進度需要，保證預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量，計劃在項目部駐地東南側(cè)建設(shè)預(yù)制場，集中生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件，并承擔(dān)存放任務(wù)，以滿足現(xiàn)場施工要求。

3 地基處理

受限于征地條件，本預(yù)制場處于港池附近，地基為富水地質(zhì)，承載能力較差。根據(jù)地質(zhì)勘探及鉆孔情況，現(xiàn)場具體情況為：場地局部區(qū)域經(jīng)過土方回填處理后，表層覆蓋土石混合體填料，下層為15～18 m的淤泥類土層；由于淤泥類土的地基承載力弱、易壓縮、透水性差、固結(jié)時間長，且不均勻性很強。鑒于上述情況，在建立預(yù)制場前，需在處理軟弱地基的前提下，方可進行改善地基承載力、地基土變形性和滲透性等施工措施，以提高其抗剪強度。

軟基處理常用方式包括：碾壓法、實夯法、換填墊層法、排水固結(jié)預(yù)壓法、樁基法、高壓噴射注漿法、加筋法及灌漿法等。在實際施工中，需從項目現(xiàn)場實際情況綜合考慮，既可運用單一軟基處理方式，也可綜合運用多種軟基處理方式。

結(jié)合考慮各種地基處理方法的適用性、經(jīng)濟性、實施難易程度、項目工期等實際因素后，本項目最終選取了土石方混合填筑及振動碾壓這一綜合處理方案。

清整場地后，即可對整個場地地質(zhì)不良處于坑洼處進行填筑，有5個步驟：（1）打好標(biāo)志樁，測出場地設(shè)計標(biāo)高，并通過拉線控制填筑的標(biāo)高；（2）填筑前，土石混合體填料含水量等，以盡量挑選出透水性較好的土石混合體填料；（3）填筑時，采用水平分層填筑法卸料、攤鋪，挖掘機粗平，裝載機精平，再逐層向上填筑；（4）采用振動壓實法和碾壓法，使壓實度達到90%以上，并保證地基承載力特征值達到150 kPa以上；（5）在制梁、存梁前，對場內(nèi)混凝土臺座至少采用一次預(yù)壓處理，以便消除地基沉降。

4 預(yù)制場規(guī)劃布置

本項目預(yù)制場呈矩形布置，平面尺寸為200 m×75 m，占地面積15 000 m2。根據(jù)施工工藝的不同，碼頭縱梁采用先張法施工，引橋空心板采用后張法施工。根據(jù)碼頭縱梁的不同尺寸及質(zhì)量，預(yù)制場配備110 t/30 m龍門吊1臺、40 t/30 m龍門吊2臺以及10 t/30 m龍門吊2臺，以便于預(yù)制梁的施工、存儲及運輸。預(yù)制場建設(shè)主要包括：（1）先張拉法制梁區(qū)與存梁區(qū)；（2）后張拉法制梁區(qū)與存梁區(qū)；（3）材料加工區(qū)；（4）材料堆放區(qū)；（5）辦公生活區(qū)等。預(yù)制場現(xiàn)場布置見圖1。

圖1 預(yù)制場現(xiàn)場布置

為保證制梁臺座與存梁臺座數(shù)目的合理性，除了需考慮現(xiàn)場的設(shè)備配置、預(yù)制工序、周期及質(zhì)量速度等因素外，還要結(jié)合梁場每天最大預(yù)制能力及梁段架設(shè)能力，并留有一定的富余量。經(jīng)分析，本項目預(yù)制場設(shè)置制梁臺座6個（4個后張拉法制梁臺座、2個先張拉法制梁臺座）；存梁臺座37個（后張拉法存梁臺座10個，先張拉法存梁臺座27個）。

通常來說，存梁臺座符合架梁工期時，首先采用單層存梁的形式。若架梁工期提前，必然導(dǎo)致臺座數(shù)量增加；此時，為了合理優(yōu)化臺座數(shù)量，可采用雙層存梁方式，但其在地基處理方面的要求標(biāo)準(zhǔn)更高[2]。

5 先張拉法制梁臺座設(shè)計

對于本項目預(yù)制場，先張拉法制梁臺座作為整個工程的控制性項目，在設(shè)計環(huán)節(jié)最為重要。由于極易出現(xiàn)質(zhì)量及安全問題，應(yīng)在對比詳細(xì)方案、分析受力的基礎(chǔ)上再進行合理設(shè)計。

5.1 結(jié)構(gòu)選型

作為制梁環(huán)節(jié)中的首要臨時部件，制梁臺座需要承受預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉力。因為在預(yù)制構(gòu)件的整個養(yǎng)護期間，預(yù)應(yīng)力筋的張拉力持續(xù)作用于張拉制梁臺座上，所以，制梁臺座不光要保證足夠強度和穩(wěn)定性，還應(yīng)保證安全、經(jīng)濟、合理。不同制梁臺座結(jié)構(gòu)形式對比見表1。

表1 不同制梁臺座結(jié)構(gòu)形式對比

本項目采用框架式制梁臺座，因為其能滿足同時張拉多片空心板梁的需求。既能張拉多片空心板梁來滿足施工規(guī)?；男枨螅帜軡M足制梁臺座自身對于強度、剛度及穩(wěn)定性要求，且能夠根據(jù)場地條件、生產(chǎn)規(guī)模及預(yù)制梁尺寸來決定制梁臺座的框架。

以本項目預(yù)制場碼頭中截面寬0.8 m縱梁為例，該縱梁的先張拉法制梁臺座單槽長52.4 m，并列2槽張拉臺座，寬度為5 m；張拉牛腿采用C30混凝土，長度為2.2 m，兩側(cè)牛腿寬度為0.6 m，中間牛腿寬度為1 m，為防止傳力柱失穩(wěn)，臺座中部33 m長度位置每隔5 m布置1道系梁防止側(cè)向失穩(wěn)。先張拉法制梁臺座立面布置見圖2。

圖2 先張拉法制梁臺座立面布置

先張拉法制梁臺座牛腿作為承受張拉力的重要部位，傳遞的集中力一般都較大。牛腿上集中荷載作用點到牛腿邊緣的最小距離a與牛腿截面有效高度h0之比，稱為剪跨比，牛腿的剪跨比a/h0對牛腿破壞影響很大，當(dāng)剪跨比a/h0＞0.2時，牛腿主要發(fā)生斜壓破壞。當(dāng)剪跨比a/h0＜0.2時，牛腿發(fā)生斜剪破壞，可不進行牛腿的配筋計算，僅按構(gòu)造要求在牛腿全高范圍內(nèi)設(shè)置水平箍筋[4]。

除了臺座地基承載力和牛腿配筋需要滿足設(shè)計要求外，還需進行臺座端承墩的抗傾覆驗算和抗滑驗算，牛腿尺寸及裂縫控制驗算，傳力柱配筋計算，以及基礎(chǔ)軟弱下臥層驗算，并考慮現(xiàn)場實際施工質(zhì)量及情況，臺座設(shè)計上留有一定的安全儲備。

5.2 臺座施工

框架式制梁臺座工作原理：通過鋼橫梁將張拉力傳至牛腿，再通過牛腿傳至傳力柱來使整體受力，相鄰傳力柱之間通過系梁連接成整體。

工藝流程：測量定位臺座位置及標(biāo)高→反開挖臺座基礎(chǔ)→恢復(fù)基坑頂邊線→施工墊層→臺座模板定位及安裝→綁扎并預(yù)埋臺座骨架鋼筋→臺座混凝土澆筑→及時基坑回填。工藝流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)如下：

1）基坑開挖后，需確認(rèn)地基承載力是否能滿足設(shè)計要求。若地基基本承載力未達到設(shè)計要求，應(yīng)采取處理措施。

2）鑒于牛腿為受力關(guān)鍵部位，應(yīng)整體一次澆筑完成，分層澆筑會降低結(jié)合面的抗拉強度與抗剪強度。若必須采用分層澆筑，則應(yīng)做好鑿毛處理，并在澆筑時振搗密實，以保證牛腿整體強度；另外，澆筑完成后，四周需填平或硬化。

3）臺座中較大鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)完成澆筑且拆模后，要實時進行覆蓋保溫養(yǎng)護措施，以防止產(chǎn)生有害的混凝土溫度裂縫。

4）牛腿鋼筋綁扎要準(zhǔn)確，現(xiàn)場應(yīng)確保鋼筋實際錨固長度不小于施工圖所示尺寸。

5）制梁前應(yīng)進行張拉加載實驗，可行后方可再進行制梁施工；此外，制梁時需分級張拉，因為一次張拉到位或超張拉都會存在一定風(fēng)險。

6）牛腿與鋼橫梁與間的墊塊不宜太小，以防止局部受壓而被破壞。

6 結(jié)語

根據(jù)對項目的分析，得出4點結(jié)論。

1）計算結(jié)果及現(xiàn)場實施情況表明，框架式先張拉法制梁臺座強度、穩(wěn)定性均可滿足設(shè)計要求，不僅具有構(gòu)造形式簡單、適用性好、施工便捷等特點，而且施工過程安全可靠、施工質(zhì)量可控。因此，在軟弱地基上采用框架式先張拉法制梁臺座是一種有效的制梁措施，其受力明確、構(gòu)造合理，可供同類制梁臺座設(shè)計參考。

2）在軟弱地基處建設(shè)預(yù)制場前需要進行地基處理，以確保制梁臺座、軌道梁及軌道基礎(chǔ)在工作過程中不受地基沉降影響，讓軟弱地基經(jīng)過處理后可以堅實可靠，從而為后續(xù)施工提供保證。

3）框架式先張拉法制梁臺座設(shè)計時應(yīng)注意臺座牛腿是否會發(fā)生剪切破壞，當(dāng)剪跨比a/h0＜0.2時，應(yīng)在整個牛腿高度范圍內(nèi)設(shè)置水平箍筋以達到抗剪的目的。臺座牛腿盡量一次澆筑完成，若需分層澆筑，現(xiàn)場應(yīng)做好鑿毛處理，從而在消除各類安全隱患的前提下加強質(zhì)量控制，有效保障后期架梁施工。

4）本文設(shè)計的框架式制梁臺座單槽最多可預(yù)制4片碼頭縱梁，施工占地較少、制梁效率高，達到了預(yù)期效果，并成功完成了現(xiàn)場制梁及存梁任務(wù)，具有較好的推廣和應(yīng)用價值。