高桩码头墩台结构施工技术研究

张兵 张宇 中国港湾工程有限责任公司

1.工程概况

本项目位于纳米比亚中西部的鲸湾港。油码头分为2个60,000DWT泊位，其结构基本一致。码头构造物施工区长约650m、宽约80m。下部结构均采用灌注桩基础，总量为231根，具体包含多种结构形式：靠船墩、系船墩为基础灌注桩，共82根，桩径为1500mm；L通道、R通道、人行道及其它平台和墩为灌注桩，共147根，桩径为1200mm；此外，还有2根前期非工程桩试桩。

2.高桩码头墩台施工技术

2.1 墩台的分层设计

墩台的尺寸较大，不具备一次施工成型的条件，若一次浇筑到位将明显加大施工难度，同时存在诸多不可控因素，例如易由于单次混凝土浇筑量过大而发生剧烈的水化热现象，产生裂缝，随之影响结构的完整性，因此宜采取分层、分块有序浇筑的施工方法。具体分情况考虑：墩台面积较小时仅分层处理，无需分块施工；墩台面积较大时，在分层的基础上考虑分块浇筑施工要求。但两者的基本思路均一致，为整体结构“化整为零”，以富有秩序性的方式施工，使各部分的施工处于可控的状态。此处仅对分层浇筑的方法展开探讨，分层、分块相综合的方式与之具有类似性，不做进一步的说明。

分层施工中，在上一层混凝土浇筑时将产生向下的荷载作用（按均布荷载考虑），下一层将产生拉应力和压应力。从受力大小的关系来看，混凝土所受压应力明显超过拉应力，设置在墩台底部的底板钢筋主要负责承担拉应力，因此将第一层混凝土顶面的拉应力不超过混凝土的抗力强度作为分层的控制因素。假定第一层施工采取连续推进的方法，此时该部分未产生预应力。随混凝土强度的提升，待其达到某特定值后将作为弹性体，其截面抗弯刚度(EI)较大，并且远超过下部支撑的EI值。所处位置在桩头处，存在较大的截面抗变形刚度，在该力学特性下上一层施工所产生的荷载将发生传递，到达刚性体，此时可以认为桩基桩头成为上部荷载的关键承受结构。第一层混凝土及不利截面力学示意图见图1。

图1 第一层墩台混凝土及不利截面力学示意图 注：h1为高度

2.2 墩台底模板支撑系统

桩上支座、主次梁等均是关键的组成结构，各自的设计与施工要点作如下分析。

2.2.1 支座的设计与施工

支座结构主要含钢抱箍和钢牛腿两种，其适用范围有所差异。对于PHC桩，应用较为普遍的是钢抱箍；在钢管桩施工中，钢牛腿、钢抱箍均是可行的方式。

（1）设计支座反力。支座所受的力主要由上部主梁传递而来，因此在确定支座反力时首要前提在于明确主梁在各支座处的剪力，计算所得的绝对值之和则指的是支座反力。对于不等跨连续梁结构，其支座两边的跨度较大时，支座反力也较大。主梁对支座产生作用时荷载主要包含：施工人员和机具所产生的荷载、底模及主次梁的自重等。

（2）钢抱箍的设计与安装。钢抱箍由两个半圆箍组合于一体，各自分别由钢板弯制而成；通过高强螺栓的应用将半圆箍连接成型；在两边分别焊1个钢牛腿用于支撑上部主梁。该钢抱箍结构的特点在于装拆作业较便捷，施工过程中不会产生痕迹，且后续经过适当修整后可重复利用。

在设计及施工钢抱箍时重点考虑的内容有：抱箍与桩所产生的摩擦系数、支座反力值及其与桩表面的距离。前者通常可从技术资料中获得；后者则需进一步分析与论证，选定参数并确保参数设计的合理性。为增大抱箍与桩体间的摩擦系数，通常在钢抱箍内侧粘橡胶垫，在选择和安装橡胶垫前通过试验的方式确定摩擦系数。试验的方法为：取两套钢抱箍并安装在桩上（严格控制安装高度，需便于操作），下方抱箍正放（钢牛腿面板朝上），上方抱箍倒放；在设置钢抱箍时采用到高强螺栓连接装置，向该处施加预应力，目的在于紧固抱箍，使其可以抱紧桩身；此后在下方抱箍的牛腿上适配液压千斤顶（要求此装置所提供的顶升力超过支座反力）；用顶杆稳定顶住上方的抱箍；在完成前述准备工作后启用两个千斤顶，使其以缓慢的状态向上顶升。

2.2.2 主次梁的设计与施工

主钢梁稳定夹住桩身，其沿着斜桩相对方向的各排桩基布置。在主钢梁安装到位后于上部均匀设置次梁。各排桩的两根主梁分别利用对拉螺杆做紧固处理，使其稳定夹住桩身，不发生滑落或其它异常状况。主钢梁由型钢焊接成通长，在支座上形成连续梁。结合连续梁的结构特点分析，在跨度较大的支座处，无论是正压力还是剪应力均较大，根据此类数据可验算该处型钢截面上点的折算应力。其中，上下翼缘与腹板连接处的折算应力较大，应将其作为重点验算对象。

在主梁设计与施工中重点考虑如下几点：主梁尽可能采用对称截面的形式，例如双槽钢、工字钢均较为可行，原因在于其受力合理，有利于维持主梁的稳定性；主梁对接焊接必须具有稳定性，以构成结构完整、安全可靠的连续梁；对于存在悬挑的连续梁则充分考虑到悬挑根部的特殊性（该处普遍为最不利位置），可设置支撑用于提高结构的稳定性；次梁两端外伸时则对比分析外伸端部的挠度与跨中挠度，若前者未超过后者，结合挠度计算公式展开计算与分析，要求外伸部分的长度不超过跨度的2/3；外伸部分适当重合，此方式有利于降低端部的挠度值。

3.大墩台钢筋笼的安装技术要点

墩台的钢筋通常采用纵横向钢筋箍、侧壁水平箍和上下底板结拉筋相综合的方案。在钢筋安装时可按照如下思路有序开展各项工作；安装侧壁钢筋，随后将侧壁钢筋下部分的水平钢筋安装至指定位置；安装骨架并斜向布置上下拉结筋，以保证骨架的稳定性；安装顶板下层钢筋和对接侧壁钢筋，使各自可精准就位并维持稳定；按照相同的思路安装顶板上层钢筋和对接侧壁钢筋；在前述基础上将侧壁上部分的水平钢筋安装到位，最后安装剩余的拉结筋。

按照前述所提的思路有序将各部分钢筋安装至指定位置，全程各道工序紧密衔接，且可避免额外设置马镫筋、焊接钢筋支架等繁琐的作业内容，既充分保证了大墩台钢筋笼的结构完整性与稳定性，又缩短了作业时间、减少了材料投入，使综合应用效果突出。

4.施工缝处理的技术要点

高桩码头墩台结构施工中易产生接缝，应对其采取处理措施，以免因接缝的存在而影响结构的整体施工质量。在各层混凝土施工中，凿毛是必须落实到位的一项工作。首先对露出的骨料扩大混凝土区域，然后在混凝土层之间插筋。施工期间，只要混凝土表面可维持干燥洁净的状态（无积水、无杂质）则进入后一个施工环节。为充分保证新旧混凝土两部分的结合稳定性，在混凝土浇筑时进行适当振捣，通过外力的作用减小混凝土内部的空隙，改善混凝土的分布状态，使新旧混凝土稳定结合于一体。

5.结语

高桩码头墩台结构是港航工程基础设施建设中的重点内容，但其施工难度较大，控制要素较多。本文对高桩码头墩台结构的关键施工技术展开了探讨，希望可为同仁提供技术参考。