裝配式靠船墩的設(shè)計與施工技術(shù)研究

李元禮

（華設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 210014）

1 項目概況

九圩港船閘位于南通長江口門，溝通通揚(yáng)線與長江，是蘇北地區(qū)水運(yùn)物資進(jìn)出長江的重要咽喉。九圩港二線船閘為III 級通航建筑物，建設(shè)規(guī)模為230×23×4.0（m，閘室長×口門寬×門檻水深）。九圩港一、二線船閘下游共用引航道，一線船閘下游拆除現(xiàn)有13 座重力式靠船墩，在西岸新建14 座靠船墩。

2 裝配式靠船墩的設(shè)計

2.1 整體式靠船墩

整體式靠船墩結(jié)構(gòu)為下部鋼管樁基礎(chǔ)+上部鋼筋混凝土墩身?？看枕敻叱台?.9，箱式承臺底高程▽0.7，下設(shè)掛板，掛板底高程▽-0.9。靠船墩頂、底平面尺寸分別為2.8×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船側(cè)及背面箱壁厚度分別為1.0m、0.6m，采用4 根φ1.0m 的鋼管樁，樁長23.0m，樁內(nèi)填充鋼筋砼。墩身臨水面▽-0.9～▽6.9 采用鋼板防護(hù)。

圖1 整體式靠船墩平面圖

圖2 整體式靠船墩立面圖

2.2 內(nèi)置鋼管裝配式靠船墩

靠船墩頂?shù)灼矫娉叽绶謩e為2.8×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船面、背面箱壁厚度分別為1.0m、1.9m，側(cè)面壁厚0.6m。在高程▽2.3、▽4.195、▽6.1 設(shè)置拼接縫（拼接縫接觸面預(yù)埋鋼板），把靠船墩承臺縱向分成4 塊，通過內(nèi)置4 根φ40cm 鋼管連接成一個整體。墩身底節(jié)與樁身采用“坐板凳”型式安裝。

圖3 靠船墩頂部平面圖

2.3 內(nèi)置鋼架裝配式靠船墩

圖4 第一三層剖面圖

圖5 第二四層剖面圖

靠船墩頂?shù)渍鎸挾染鶠?.5m?？看枕?shù)灼矫娉叽绶謩e為3.4×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船面、背面箱壁厚度分別為1.2m、1.7m，側(cè)面壁厚0.7m。內(nèi)置I40a 鋼架。墩身底節(jié)與樁身采用“坐板凳”型式安裝。

圖6 內(nèi)置鋼架裝配式靠船墩平面圖

圖7 內(nèi)置鋼架裝配式靠船墩立面圖

2.4 方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

靠船墩方案優(yōu)缺點(diǎn)比較詳見表1。

表1 靠船墩方案優(yōu)缺點(diǎn)比較表

通過表1可見，原設(shè)計現(xiàn)澆靠船墩、內(nèi)置鋼管裝配式靠船墩及內(nèi)置鋼架裝配式靠船墩各有優(yōu)缺點(diǎn)，為便于對比分析，本工程靠船墩分別設(shè)置10 座、2 座、2 座；即一線船閘下游第8#、10#（從下閘首起算）為內(nèi)置鋼管裝配式靠船墩，第4#、6#（從下閘首起算）為內(nèi)置鋼架裝配式靠船墩，剩余10 座均為現(xiàn)澆整體式靠船墩。

3 裝配式靠船墩的施工

3.1 施工工序

內(nèi)置鋼管裝配式靠船墩：施工準(zhǔn)備－測量放樣－構(gòu)件分節(jié)段預(yù)制－水下清障－導(dǎo)向平臺搭設(shè)－鋼管基礎(chǔ)沉樁－底節(jié)墩身安裝－管樁填芯及底節(jié)預(yù)留孔洞二期澆筑－中節(jié)墩身安裝－頂節(jié)墩身安裝－鋼管芯柱安裝－環(huán)氧砂漿填縫－壓頂及鋼管芯柱孔內(nèi)現(xiàn)澆。

內(nèi)置鋼架裝配式靠船墩：施工準(zhǔn)備－測量放樣－構(gòu)件分節(jié)段預(yù)制－水下清障－導(dǎo)向平臺搭設(shè)－鋼管基礎(chǔ)沉樁－底節(jié)墩身安裝－管樁填芯及底節(jié)預(yù)留孔洞二期澆筑－內(nèi)置鋼架安裝－頂節(jié)墩身安裝－內(nèi)置鋼模板安裝－墩身二期混凝土－壓頂現(xiàn)澆。

3.2 施工注意事項

（1）鋼管樁偏位需控制在允許范圍內(nèi)，否則下部樁基位置與第一節(jié)承臺預(yù)留孔洞不對應(yīng)。

（2）為便于構(gòu)件安裝，底節(jié)構(gòu)件預(yù)制時預(yù)留孔洞，孔洞高度與構(gòu)件高度相同，下口直徑φ1100mm，上口直徑φ1400mm。為保證靠船墩使用安全、鋼板護(hù)面耐久性及美觀，選擇橫縫焊接。

（3）內(nèi)置鋼架裝配拼接縫平面鋼板根據(jù)設(shè)計尺寸廠內(nèi)機(jī)床切割整板，鋼板開孔間距開設(shè)卸料孔及振搗孔，鋼板現(xiàn)場焊接錨筋后實(shí)施吊裝預(yù)埋，將鋼板與構(gòu)件鋼筋骨架點(diǎn)焊固定，拼接縫平面鋼板安裝后平整度不大于2mm，相鄰鋼板采用“分段退焊法”焊接。

（4）內(nèi)置鋼架裝配式靠船墩預(yù)制結(jié)構(gòu)剛度較小，運(yùn)輸及安裝過程中應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)。

（5）芯柱鋼管與預(yù)留孔洞之間間隙采用環(huán)氧砂漿填塞，施工前需試配環(huán)氧砂漿凝固時間，分層填塞并插搗密實(shí)。

4 靠船墩的檢測

4.1 檢測內(nèi)容

（1）選取6#（內(nèi)置鋼架預(yù)制式）、7#（現(xiàn)澆式）和10#（內(nèi)置鋼管預(yù)制式）靠船墩開展錘擊激勵動力測試及船舶靠船激勵動力測試。

（2）分別選取3 座靠船墩進(jìn)行順河向和橫河向錘擊激勵，測試錘擊激勵下的速度響應(yīng)，計算分析結(jié)構(gòu)的動剛度。

（3）采用1000t 滿載運(yùn)砂船以1m/s 速度，分別以30°和60°角度靠船，測試靠船荷載作用下靠船墩頂部的速度響應(yīng)。

4.2 錘擊激勵結(jié)果

根據(jù)測試結(jié)果，由于靠船墩一階頻率為2.5Hz 左右，因此對一階頻率附近的動剛度進(jìn)行平均綜合分析以減小誤差，其計算結(jié)果見表2所示。

表2 2.5Hz 附近動剛度平均值測試結(jié)果 單位：N/m

由表可以看出，7#墩與10#墩動剛度較為接近，其2.5Hz 附近動剛度平均值相差在17%以內(nèi)。6#墩動剛度相對7#墩和10#墩較小，動剛度是結(jié)構(gòu)剛度與質(zhì)量的綜合效應(yīng)參數(shù)，由于6#墩上部體積相對較大，上部質(zhì)量較7#、10#墩大，因此整體綜合效應(yīng)其動剛度較小。

6#靠船墩橫河向接縫上下位置響應(yīng)信號互相關(guān)系數(shù)時延為0ms 時，互相關(guān)系數(shù)為0.993；順河向接縫上下位置響應(yīng)信號互相關(guān)系數(shù)時延為0ms 時，互相關(guān)系數(shù)為0.996。10#靠船墩橫河向接縫上下位置響應(yīng)信號互相關(guān)系數(shù)時延為0ms 時，互相關(guān)系數(shù)為0.987；順河向接縫上下位置響應(yīng)信號互相關(guān)系數(shù)時延為0ms 時，互相關(guān)系數(shù)為0.987?？梢钥闯觯涌p上下位置響應(yīng)信號互相關(guān)系數(shù)均接近1，且時延為0ms，接縫上下位置響應(yīng)信號吻合良好，未見高頻雜波與時延現(xiàn)象。根據(jù)上述分析結(jié)果可以看出，6#、7#靠船墩接縫位置連接良好。

4.3 靠船激勵

測試3 座靠船墩靠船激勵作用下最大響應(yīng)見表3所示。由表3可以看出，靠船墩靠船激勵作用下最大響應(yīng)均為橫河向，豎向速度響應(yīng)最小。橫河向響應(yīng)6#墩最小，10#最大；順河向響應(yīng)6#墩最小，7#墩最大；豎向響應(yīng)10#墩最小，7#墩最大。整體而言，考慮靠船時速度差異，三座靠船墩在靠船激勵作用下的速度響應(yīng)較為一致。

表3 三座靠船墩靠船激勵下響應(yīng)比較 單位：m/s

根據(jù)上述分析結(jié)果可以看出，6#、7#靠船墩在靠船激勵下與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)速度響應(yīng)相一致，裝配式靠船墩與現(xiàn)澆式靠船墩整體剛度未見明顯差異。

4.4 檢測結(jié)果

綜合分析比較裝配式靠船墩與現(xiàn)澆式靠船墩動剛度與靠船激勵下的響應(yīng)，可以看出裝配式靠船墩接縫位置連接良好，裝配式靠船墩整體剛度與現(xiàn)澆式靠船墩無明顯差異。

5 結(jié)束語

（1）本文提供兩種裝配式靠船墩的設(shè)計方案及施工工藝，并通過檢測證明裝配式靠船墩各預(yù)制構(gòu)件連接較好，為以后類似的項目提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（2）目前裝配式結(jié)構(gòu)在水運(yùn)工程中應(yīng)用較少，對裝配式結(jié)構(gòu)和預(yù)制塊的連接方式還處于探索嘗試階段，現(xiàn)階段針對已經(jīng)施工完成的裝配式靠船墩結(jié)構(gòu)缺少在長期荷載作用下的耐久性分析。