高桩码头预制桩帽装配式施工技术经济分析

孟凡奇 中交第三航务工程局有限公司江苏分公司

1.前言

装配式技术是国家高质量发展的要求，目前在工民建、桥梁领域中，装配化智能化建造技术在大力推进，在这些领域，装配式建筑有着突出优势：①保证工程质量；②降低安全隐患；③提高生产效率；④降低人力成本；⑤节能环保，减少污染。

与此相比，水运工程的装配式施工发展较为滞后，由于沉桩精度、施工环境、起重设备等多种因素，水运码头建设施工中，码头桩帽一般为现浇结构，主要施工工艺多采用架设围囹结构、绑扎钢筋、安装模板、浇筑混凝土、拆模、拆除底部围囹，现浇桩帽施工工序多，围囹周转投入，以及受海上风浪影响大(如在连云港地区，夏季有台风，11月份到次年3月份寒潮及雨雪天气施工可作业天数较少)等原因影响了码头总体工期。

现阶段高桩码头施工虽然体现了一定的装配式理念，如桩基、码头纵梁系、码头面板、靠船构件等为预制安装，但桩帽、横向梁系基本为现浇结构，按照《装配式建筑评价标准》（GB/T511129）等现行标准计算，总体装配率低于35%，与目前装配式建筑的综合评定等级相差较大。

研究码头桩帽装配式施工，对实现水运工程建筑产业升级具有重要的推进作用，有利于提升工程质量安全水平、推动化解过剩产能、培养产业工人、提高施工效率，能够进一步提升港口建设的核心技术优势和产业竞争力。目前，《中交集团十四五科技发展规划》中提出了在现有技术基础上大力推进港口建造技术的绿色化、工业化与智能化升级，其中“装配式码头设计、施工与运维一体化技术”作为一项重点完善提升技术，对码头装配式发展提出了指导意见。

2.工程概况

盛虹炼化一体化码头工程位于连云港徐圩港区六港池，依托该工程开展了两个整体预制桩帽装配式施工试验，本次试验采用预制桩帽长6.7m，宽2.6m，高2m，内置空腔采用后浇节点来与桩基连接，空腔直径1.6m，距桩边20cm，高1.1m，每个空腔预留2只波纹管用于浇筑空腔混凝土，如图1。

图1 整体预制装配式桩帽结构图[1]

桩基伸入装配式桩帽内长度为10cm，主要是为避免斜桩对桩帽安装的影响，如图2所示。桩帽临时固定支撑依靠的是围囹结构。

图2 桩帽与桩基节点连接结构图[1]

3.装配式桩帽施工工艺

3.1 总体布置

整体预制装配式桩帽作为新型内置空腔式桩帽结构，采用陆上预制养护后并吊装出运，海上起重船安装，就位后浇筑内腔混凝土，具体施工工艺流程如图3所示。

图3 总体施工工艺流程图

3.2 上道工序准备

在进行桩帽安装前，需要先完成围囹结构施工，工人在围囹支撑上焊接桩芯钢结构，验收通过后浇筑桩芯混凝土，待混凝土强度达到后方可进行装卸式桩帽安装。

3.3 桩帽预制

装配式桩帽采用在构件预制厂预制，材料为C45商品混凝土。采用流水线台座施工，如图4所示。桩帽的侧模采用本工程现浇桩帽定型钢模板，内腔模板采用定制可拆卸式结构，空腔模板位置根据现场沉桩偏位确定。

图4 整体预制桩帽流水线施工图

混凝土强度达到设计要求后，将桩帽吊至支撑台座上，拆除内腔模板。内腔模板在浇筑前喷洒缓凝剂，桩帽成型拆除内腔模板后，对空腔内壁混凝土进行水冲，露出石子面，以利于后浇混凝土结合。

桩帽吊运至堆存区后，混凝土强度达到100%或28d后，进行涂层防腐施工，减少水上防腐施工量。通过预制厂120t门吊吊至1000t运输船。

3.4 桩帽安装

本工程试验桩帽重量为80t，采用安装在排架中间位置，综合考虑桩帽重量和安装跨距，采用150t起重船，宜选用单钩作业，双钩作业时宜将桩帽横至于在运输驳上，起吊桩帽时，可避免主钩产生扭转。

安装时布置5名工人，其中1名起重指挥。施工人员预先在底板上测放好安装边线，桩帽吊运至安装位置上后，协调指挥起重船调整船位及大臂、升降主钩，施工人员分别站在在四角顶推配合精确调整桩帽位置。

3.5 空腔节点后浇施工

桩帽安装误差检验合格后，开始内腔混凝土浇筑。为保证节点连接稳固，本工程试验桩帽节点采用了掺加微膨胀剂的细石混凝土，采用搅拌船水上施工，工人将泵管插入桩帽内预埋的Φ200波纹管（管径根据钢筋间距）后进行灌注，灌注量略大于空腔理论量，使空腔内气泡排除。

图5 预制桩帽安装图

4.投入分析

装配式预制桩帽主要设备有120t门吊(预制厂出运)、1000t运输船(构件运输)、150t起重船(安装)、混凝土搅拌船及配套船组(现浇节点)。

现浇桩帽主要设备有20t起重船(模板、钢筋安装)、500t运输船(运输模板、钢筋)、混凝土搅拌船及配套船组(现浇桩帽施工)。

具体资源配置详见表1、表2。

表1 装配式桩帽资源配置

表2 现浇桩帽资源配置

5.经济效益比较

按照装配式和现浇桩帽每件的资源配置结合项目当时的分包、材料及设备租赁价格：装配式桩帽制作安装费用为7.65万元/件，其中分包费1.59万元、材料费4.55万元、船机费1.51万元；现浇桩帽费用合计6.41万元/件，其中分包费1.53万元、材料费4.06万元、船机费0.82万元。

通过工艺对比，装配式桩帽为确保安装与后浇节点连接稳固，桩芯增加了钢结构固定、内腔需要预留注浆孔、吊环埋设等内容，因此材料费用比传统现浇桩帽高11%；装配式桩帽安装时采用的起重船及运输船舶规格比现浇桩帽高，虽然现浇桩帽起重船使用时间比装配式桩帽多一倍多，但是总体来看装配式船机费比现浇桩帽多了84%。

6.结语

（1）本次装配式桩帽试验验证了工艺的可行性，桩帽安装偏差、节点强度密实度等满足检验要求。于沉桩精度问题，在布置预制空腔模板时要根据每一根桩具体偏位进行调整，否则将有可能无法顺利安装，当预制空腔与桩位不匹配时，不能为省钱省事强行浇筑空腔混凝土。

（2）就目前情况来看装配式桩帽成本比现浇桩帽高约20%，但是大幅度减少了码头的总工期，以正常每天安装10个桩帽的工效来算，加上围囹结构周转时间(按12套周转)，180个桩帽施工仅需54天，而采用传统现浇周转施工需要135天。

（3）本项目仅做了2个装配式桩帽，但从进度来看，总体工期加快带来的效益将超过现浇桩帽工艺。但需要注重前期的计划安排，充分利用好搅拌船、起重船、运输船，保障其满负荷工作状态是项目成功的关键。

（4）由于装配式桩帽水上施工时间大幅减少，可有效降低安全风险，减少了临边防护的保障费用。相对传统现浇桩帽工艺安全性更好。