软弱地基上码头预制场的规划与设计

付文宣，庾焱秋，张克，刘鸽

（1.中交第二航务工程局有限公司，武汉430040；2.长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，武汉430040）

1 引言

在现代工程建设飞速发展的背景下，高速公路及码头项目也在逐渐增多。与此同时，空心板梁预制生产任务也随之增长，主要包括预应力空心板、预应力轨道梁、预应力纵梁、预应力边梁、靠船构件等。对于空心板梁预制来说，为了让其预制进度必须符合总体施工进度，通常都需要将已完成预制构件运至现场并安装到位。这些预制构件具有工期短、力学性能强、装配化程度高等优点[1]，因此得到了广泛应用。

码头项目预制构件种类多，有时先张拉法和后张拉法2种制梁方法同时存在。其中，先张法预制空心梁板具有构造简单、施工便捷、能大体量预制等优点，加之其施工工序简单，且大批量生产时也可保证经济、质量稳定，因而普遍受到公路桥梁工程、水上码头项目的青睐。

2 工程概况

该码头项目位于宁德三都澳内西北部，要新建1个1.5×105t级通用泊位及相应的配套设施，项目构件数量多，质量要求高。为满足生产进度需要，保证预制构件质量，计划在项目部驻地东南侧建设预制场，集中生产预制构件，并承担存放任务，以满足现场施工要求。

3 地基处理

受限于征地条件，本预制场处于港池附近，地基为富水地质，承载能力较差。根据地质勘探及钻孔情况，现场具体情况为：场地局部区域经过土方回填处理后，表层覆盖土石混合体填料，下层为15～18 m的淤泥类土层；由于淤泥类土的地基承载力弱、易压缩、透水性差、固结时间长，且不均匀性很强。鉴于上述情况，在建立预制场前，需在处理软弱地基的前提下，方可进行改善地基承载力、地基土变形性和渗透性等施工措施，以提高其抗剪强度。

软基处理常用方式包括：碾压法、实夯法、换填垫层法、排水固结预压法、桩基法、高压喷射注浆法、加筋法及灌浆法等。在实际施工中，需从项目现场实际情况综合考虑，既可运用单一软基处理方式，也可综合运用多种软基处理方式。

结合考虑各种地基处理方法的适用性、经济性、实施难易程度、项目工期等实际因素后，本项目最终选取了土石方混合填筑及振动碾压这一综合处理方案。

清整场地后，即可对整个场地地质不良处于坑洼处进行填筑，有5个步骤：（1）打好标志桩，测出场地设计标高，并通过拉线控制填筑的标高；（2）填筑前，土石混合体填料含水量等，以尽量挑选出透水性较好的土石混合体填料；（3）填筑时，采用水平分层填筑法卸料、摊铺，挖掘机粗平，装载机精平，再逐层向上填筑；（4）采用振动压实法和碾压法，使压实度达到90%以上，并保证地基承载力特征值达到150 kPa以上；（5）在制梁、存梁前，对场内混凝土台座至少采用一次预压处理，以便消除地基沉降。

4 预制场规划布置

本项目预制场呈矩形布置，平面尺寸为200 m×75 m，占地面积15 000 m2。根据施工工艺的不同，码头纵梁采用先张法施工，引桥空心板采用后张法施工。根据码头纵梁的不同尺寸及质量，预制场配备110 t/30 m龙门吊1台、40 t/30 m龙门吊2台以及10 t/30 m龙门吊2台，以便于预制梁的施工、存储及运输。预制场建设主要包括：（1）先张拉法制梁区与存梁区；（2）后张拉法制梁区与存梁区；（3）材料加工区；（4）材料堆放区；（5）办公生活区等。预制场现场布置见图1。

图1 预制场现场布置

为保证制梁台座与存梁台座数目的合理性，除了需考虑现场的设备配置、预制工序、周期及质量速度等因素外，还要结合梁场每天最大预制能力及梁段架设能力，并留有一定的富余量。经分析，本项目预制场设置制梁台座6个（4个后张拉法制梁台座、2个先张拉法制梁台座）；存梁台座37个（后张拉法存梁台座10个，先张拉法存梁台座27个）。

通常来说，存梁台座符合架梁工期时，首先采用单层存梁的形式。若架梁工期提前，必然导致台座数量增加；此时，为了合理优化台座数量，可采用双层存梁方式，但其在地基处理方面的要求标准更高[2]。

5 先张拉法制梁台座设计

对于本项目预制场，先张拉法制梁台座作为整个工程的控制性项目，在设计环节最为重要。由于极易出现质量及安全问题，应在对比详细方案、分析受力的基础上再进行合理设计。

5.1 结构选型

作为制梁环节中的首要临时部件，制梁台座需要承受预应力钢筋的张拉力。因为在预制构件的整个养护期间，预应力筋的张拉力持续作用于张拉制梁台座上，所以，制梁台座不光要保证足够强度和稳定性，还应保证安全、经济、合理。不同制梁台座结构形式对比见表1。

表1 不同制梁台座结构形式对比

本项目采用框架式制梁台座，因为其能满足同时张拉多片空心板梁的需求。既能张拉多片空心板梁来满足施工规模化的需求，又能满足制梁台座自身对于强度、刚度及稳定性要求，且能够根据场地条件、生产规模及预制梁尺寸来决定制梁台座的框架。

以本项目预制场码头中截面宽0.8 m纵梁为例，该纵梁的先张拉法制梁台座单槽长52.4 m，并列2槽张拉台座，宽度为5 m；张拉牛腿采用C30混凝土，长度为2.2 m，两侧牛腿宽度为0.6 m，中间牛腿宽度为1 m，为防止传力柱失稳，台座中部33 m长度位置每隔5 m布置1道系梁防止侧向失稳。先张拉法制梁台座立面布置见图2。

图2 先张拉法制梁台座立面布置

先张拉法制梁台座牛腿作为承受张拉力的重要部位，传递的集中力一般都较大。牛腿上集中荷载作用点到牛腿边缘的最小距离a与牛腿截面有效高度h0之比，称为剪跨比，牛腿的剪跨比a/h0对牛腿破坏影响很大，当剪跨比a/h0＞0.2时，牛腿主要发生斜压破坏。当剪跨比a/h0＜0.2时，牛腿发生斜剪破坏，可不进行牛腿的配筋计算，仅按构造要求在牛腿全高范围内设置水平箍筋[4]。

除了台座地基承载力和牛腿配筋需要满足设计要求外，还需进行台座端承墩的抗倾覆验算和抗滑验算，牛腿尺寸及裂缝控制验算，传力柱配筋计算，以及基础软弱下卧层验算，并考虑现场实际施工质量及情况，台座设计上留有一定的安全储备。

5.2 台座施工

框架式制梁台座工作原理：通过钢横梁将张拉力传至牛腿，再通过牛腿传至传力柱来使整体受力，相邻传力柱之间通过系梁连接成整体。

工艺流程：测量定位台座位置及标高→反开挖台座基础→恢复基坑顶边线→施工垫层→台座模板定位及安装→绑扎并预埋台座骨架钢筋→台座混凝土浇筑→及时基坑回填。工艺流程中的关键环节如下：

1）基坑开挖后，需确认地基承载力是否能满足设计要求。若地基基本承载力未达到设计要求，应采取处理措施。

2）鉴于牛腿为受力关键部位，应整体一次浇筑完成，分层浇筑会降低结合面的抗拉强度与抗剪强度。若必须采用分层浇筑，则应做好凿毛处理，并在浇筑时振捣密实，以保证牛腿整体强度；另外，浇筑完成后，四周需填平或硬化。

3）台座中较大钢筋混凝土结构完成浇筑且拆模后，要实时进行覆盖保温养护措施，以防止产生有害的混凝土温度裂缝。

4）牛腿钢筋绑扎要准确，现场应确保钢筋实际锚固长度不小于施工图所示尺寸。

5）制梁前应进行张拉加载实验，可行后方可再进行制梁施工；此外，制梁时需分级张拉，因为一次张拉到位或超张拉都会存在一定风险。

6）牛腿与钢横梁与间的垫块不宜太小，以防止局部受压而被破坏。

6 结语

根据对项目的分析，得出4点结论。

1）计算结果及现场实施情况表明，框架式先张拉法制梁台座强度、稳定性均可满足设计要求，不仅具有构造形式简单、适用性好、施工便捷等特点，而且施工过程安全可靠、施工质量可控。因此，在软弱地基上采用框架式先张拉法制梁台座是一种有效的制梁措施，其受力明确、构造合理，可供同类制梁台座设计参考。

2）在软弱地基处建设预制场前需要进行地基处理，以确保制梁台座、轨道梁及轨道基础在工作过程中不受地基沉降影响，让软弱地基经过处理后可以坚实可靠，从而为后续施工提供保证。

3）框架式先张拉法制梁台座设计时应注意台座牛腿是否会发生剪切破坏，当剪跨比a/h0＜0.2时，应在整个牛腿高度范围内设置水平箍筋以达到抗剪的目的。台座牛腿尽量一次浇筑完成，若需分层浇筑，现场应做好凿毛处理，从而在消除各类安全隐患的前提下加强质量控制，有效保障后期架梁施工。

4）本文设计的框架式制梁台座单槽最多可预制4片码头纵梁，施工占地较少、制梁效率高，达到了预期效果，并成功完成了现场制梁及存梁任务，具有较好的推广和应用价值。