吳壯，張永嶺

（1.上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136；2.上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136）

1 某碼頭旋噴樁工程概況

某碼頭泊位工程建設(shè)規(guī)模為建設(shè)10000 噸級液體化工品泊位4個，5000 噸級液體化工品泊位2個，設(shè)計年吞吐量為360萬噸。碼頭總長1019m，泊位沿岸線呈“一”字形布置，自西向東依次布置2個5000噸級泊位（1#、2#）、4個10000噸級泊位（3#～6#）。碼頭采用離岸式布置，碼頭平臺為連片式，與后方陸域通過引橋連接。碼頭前沿線與護岸前沿線距離65m。碼頭面頂高程4.5m。碼頭主體結(jié)構(gòu)為高樁梁板結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)為Φ1200預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁，碼頭共114個結(jié)構(gòu)排架，排架軸線間距9m，結(jié)構(gòu)段處排架軸線間距5m。設(shè)計單位選用高壓旋噴樁作為碼頭基礎(chǔ)土體加固方式。本工程高壓旋噴樁布置主要范圍位為：碼頭長度（1019m）加?xùn)|側(cè)外36m加西側(cè)外30m，共1085m長；碼頭面下18m寬?？v向分7排；橫向分5段。旋噴樁采用縱向橫向臺階式布置，旋噴樁單根樁直徑Φ800，間距600mm，共21550根，51245m。具體樁位布置及結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

2 高壓旋噴樁施工工況

2.1 旋噴樁施工工序安排

按照整個結(jié)構(gòu)的施工工序流程，本工程基礎(chǔ)土體加固高壓旋噴樁應(yīng)在碼頭結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁沉樁結(jié)束后展開，在完成高壓旋噴樁施工之后才能展開現(xiàn)澆樁帽及后續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工。

2.2 旋噴樁施工客觀環(huán)境條件

本工程碼頭主體結(jié)構(gòu)寬度18m，前沿線距離后方陸域擋墻65m。碼頭結(jié)構(gòu)區(qū)原泥面標(biāo)高約為-1.40m，土質(zhì)為粉土。預(yù)應(yīng)力混凝土大管樁的沉樁設(shè)計頂標(biāo)高為+2.00m，每個排架有4～6根大管樁，每個排架現(xiàn)澆樁帽3只。工程所在海域的設(shè)計高水位為+1.86m，設(shè)計低水位為+0.08m。

工程沉樁施工時段為6月至9月，高壓旋噴樁施工從7月開始，工程所在海域受東北風(fēng)影響較大，而根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境資料，9、10月以東北風(fēng)為主。

2.3 旋噴樁施工平臺設(shè)計選型的重要性

（1）影響施工質(zhì)量。旋噴樁施工平臺首先就是能夠為高壓旋噴樁施工提供穩(wěn)定可靠的作業(yè)面，確保旋噴樁施工能夠保質(zhì)保量地完成。因此，在施工平臺方案制定時，需要充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的制約情況以及平臺搭設(shè)與施工荷載等不同工況條件下的平臺結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況。

（2）影響施工進度。前面已經(jīng)提到，旋噴樁施工平臺的搭設(shè)與拆除在一定程度上增加了旋噴樁施工工序與其緊前緊后工序的銜接難度，換言之，就是旋噴樁施工平臺搭設(shè)與拆除的難易程度，將直接決定旋噴樁的施工展布效率以及緊后工序的施工進度安排。合理的平臺搭設(shè)方案應(yīng)該是可以兼顧到旋噴樁施工進度以及相鄰工序的有效銜接的，這樣才能最大限度地減小平臺搭設(shè)對整體施工進度的影響。

（3）影響施工成本。不同的施工平臺搭設(shè)方案，投入的設(shè)備、材料與人工情況也不盡相同，這就直接形成了施工平臺搭設(shè)的成本差異，在條件可行的情況下，我們需要選擇綜合成本較低的平臺搭設(shè)方案，這樣才有利于整體工程的成本管控。

3 旋噴樁平臺設(shè)計比選

3.1 比選評價標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1 可靠性

高壓旋噴樁施工選用能達(dá)到成樁技術(shù)要求，且外型尺寸較小的小型旋噴樁機。施工區(qū)受風(fēng)浪等客觀環(huán)境影響較大，擬建碼頭標(biāo)高較低，施工階段受潮位、風(fēng)浪的因素影響明顯，故需要保證在整個旋噴樁施工階段，除了平臺自身需要具備足夠的穩(wěn)定性以外，還需要為旋噴樁施工提供可靠的施工環(huán)境。

3.1.2 施工效率

這里所提出的施工效率，包括多個方面：（1）旋噴樁平臺自身搭設(shè)與拆除的效率；

（2）平臺搭設(shè)對高壓旋噴樁施工效率的影響；

（3）平臺拆除對現(xiàn)澆樁帽施工效率的影響。

妥當(dāng)?shù)男龂姌镀脚_搭設(shè)方案應(yīng)該從施工效率上盡可能地達(dá)到以下兩點：

（1）在沉樁施工結(jié)束后，能高效地完成平臺搭設(shè)，形成旋噴樁作業(yè)面，且搭設(shè)的平臺應(yīng)滿足旋噴樁的連續(xù)施工作業(yè)；

（2）在旋噴樁施工結(jié)束后，能迅速地實現(xiàn)平臺拆除，騰出現(xiàn)澆樁帽作業(yè)面，避免現(xiàn)澆樁帽工序的施工等待。

3.1.3 平臺搭設(shè)成本

在平臺滿足可靠性與施工效率的前提下，還應(yīng)綜合分析平臺搭設(shè)與拆除的綜合成本，因為成本控制應(yīng)體現(xiàn)在工程施工的每一個環(huán)節(jié)中。

3.2 平臺方案擬定

參考以往工程經(jīng)驗，并結(jié)合工程實際情況綜合分析考慮，我們初步擬定了4種具備基本可行的旋噴樁平臺搭設(shè)方案：①常規(guī)腳手架平臺搭設(shè)方案；②槽鋼框架平臺搭設(shè)方案；③浮體式平臺搭設(shè)方案；④移動式平臺搭設(shè)方案。

3.3 平臺方案評估比選

在比選方案初擬完成后我們對各擬定方案在實際工況環(huán)境下的優(yōu)勢和劣勢進行仔細(xì)分析，并用可靠性、施工效率、平臺搭設(shè)成本等三項比選標(biāo)準(zhǔn)對各個方案進行對比評估，從中選定綜合最優(yōu)的平臺搭設(shè)方案。初擬方案的施工簡述及評估比選分析情況具體如表1所示。

表1 高壓旋噴樁施工平臺搭設(shè)方案評估比選分析表

3.4 平臺方案選定

綜合分析各個方案的優(yōu)勢與劣勢，同時采用三項比選標(biāo)準(zhǔn)綜合評估，我們認(rèn)為采用移動式平臺搭設(shè)方案更為妥當(dāng)。

4 選定方案細(xì)化設(shè)計

4.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

在選定了旋噴樁平臺搭設(shè)的方案之后，接下來就需要對選定的移動式平臺搭設(shè)方案進行細(xì)化設(shè)計，細(xì)化設(shè)計時也制定了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)用以確保最終設(shè)計的合理性和實用性。

（1）平臺自身穩(wěn)定性及剛度。平臺自身穩(wěn)定性是最基本的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，這也是平臺搭設(shè)方案首先要解決的問題。穩(wěn)定性解決的是施工基礎(chǔ)可靠性的問題，剛度解決的是保證施工安全和施工質(zhì)量的問題?；谄脚_結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和剛度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，我們需要對平臺基礎(chǔ)支撐、平臺結(jié)構(gòu)槽鋼選型、平臺結(jié)構(gòu)剛度、平臺起吊吊點設(shè)置等進行反復(fù)的力學(xué)驗算。

（2）平臺承載能力。平臺搭設(shè)完成后，最為重要的使命就是能讓高壓旋噴樁施工設(shè)備能在平臺上面穩(wěn)定施工和自由移動，這就要求我們對平臺結(jié)構(gòu)的承載能力進行細(xì)化設(shè)計。

（3）施工可行性及高效性。這里所述的施工可行性及高效性主要是指施工平臺的搭設(shè)對高壓旋噴樁施工的干擾和影響。我們所設(shè)計的是滿足旋噴樁施工設(shè)備可以穩(wěn)定實現(xiàn)施工的水上作業(yè)平臺，而旋噴樁施工需要完成的是水下高壓旋噴樁墻體結(jié)構(gòu)，因此我們所設(shè)計的施工平臺應(yīng)該需要兼具提供水上設(shè)備行動平臺和水下旋噴樁施工空間的功能。

（4）平臺抗風(fēng)浪能力。由于本工程基礎(chǔ)大管樁樁頂標(biāo)高與設(shè)計高水位標(biāo)高相差不大，直接利用樁頂標(biāo)高來安放平臺可能會使旋噴樁在施工階段受風(fēng)浪影響較為明顯，因此需要采取一定的措施抬高移動式平臺的安放高度，以減小風(fēng)浪環(huán)境對旋噴樁施工的不利影響。

（5）平臺水上大型吊裝。移動式平臺最明顯的一個劣勢就是需要大型水上起吊設(shè)備配合完成平臺的移動，這個問題不僅關(guān)系到平臺結(jié)構(gòu)吊裝移運時的安全性，還涉及到平臺搭設(shè)方案的成本問題。

（6）平臺施工安全性。作為水上施工作業(yè)平臺，施工階段的安全保證也是平臺設(shè)計時需要考慮的，為了確保施工設(shè)

備和作業(yè)人員上下平臺的安全，防止墮水等危險狀況的發(fā)生，平臺結(jié)構(gòu)還需要增加附屬的安全防護設(shè)施。

4.2 平臺結(jié)構(gòu)受力計算

我們在平臺結(jié)構(gòu)受力計算時，對每個結(jié)構(gòu)層進行了最不利荷載分析，并對此工況條件進行了力學(xué)模型設(shè)計、計算和材料選型及受力核算。

考慮平臺計算過程相對簡單，這里以最關(guān)鍵的底層受力主梁結(jié)構(gòu)計算作為案例進行簡要說明。

最不利荷載狀態(tài)選?。菏┕C具處于主梁中間時

荷載：自重及均布常荷載q= 6kN/m，施工設(shè)備點荷載F=35kN

力學(xué)計算結(jié)果分析：

支座反力：F1= F2=76kN最大彎矩Mmax=273.38kN·m擬建平臺所需的截面抵抗矩

式中，f為允許彎曲應(yīng)力值，也可以理解為安全系數(shù)，取值為f=170N/mm4。

查閱材料特性，取兩組雙拼[32b型槽鋼，Wx=509cm3，Ix=8144cm4。

結(jié)構(gòu)受力最大撓度值

可知選兩組用雙拼[32型槽鋼即可同時滿足結(jié)構(gòu)強度及剛度需求，因此選型確定為兩組雙拼[32型槽鋼。

其他結(jié)構(gòu)層受力計算均參照此計算形式完成。

4.3 平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計成果

我們遵照自己制定的上述設(shè)計基本標(biāo)準(zhǔn)，通過詳細(xì)的力學(xué)分析和受力計算，最終設(shè)計完成了具備綜合實用效能的移動式平臺結(jié)構(gòu)。

平臺主體結(jié)構(gòu)大致可以分為三層：底層受力鋼梁結(jié)構(gòu)、中層均布力鋼梁結(jié)構(gòu)、頂層鋼板網(wǎng)平面結(jié)構(gòu)。

（1）底層受力主梁結(jié)構(gòu)。根據(jù)槽鋼受力和剛度計算結(jié)果，最終我們選用了4組雙拼[32型槽鋼作為主受力框架結(jié)構(gòu)，同時采用[25型槽鋼形成支撐框架。我們選用了與碼頭結(jié)構(gòu)排架都一致的前后沿兩排直樁作為平臺結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)支撐點，在每個支撐點位處均采用尺寸放大為2500mm×2500mm×30mm鋼板作為支撐基礎(chǔ)和平臺起吊結(jié)構(gòu)，這樣既可以消減樁位偏差對平臺安裝的影響，也可以為平臺結(jié)構(gòu)的起吊提供穩(wěn)定的吊點結(jié)構(gòu)，達(dá)到了安放與起吊的綜合穩(wěn)定要求。

（2）中層均布力次梁結(jié)構(gòu)。中層鋼梁結(jié)構(gòu)的主要作用就是將旋噴樁施工設(shè)備的點荷載通過這一層分解為均布荷載傳遞到基礎(chǔ)受力框架中，實現(xiàn)平臺結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載效能。根據(jù)受力計算，同時考慮避開旋噴樁施工孔位的鋼梁布置間距，最終我們選用了[25型槽鋼形成均布力鋼梁框架。

（3）頂層鋼板網(wǎng)平面結(jié)構(gòu)。作為頂層形成施工機械施工平臺作業(yè)面的結(jié)構(gòu)，我們綜合考慮了平面結(jié)構(gòu)的自身重量、剛度、旋噴樁開孔等因素，最終選用剛度大、自重小的10mm鋼板網(wǎng)作為頂層平面結(jié)構(gòu)。鋼板網(wǎng)按照旋噴樁機鉆孔孔徑和旋噴樁結(jié)構(gòu)以間距600mm、孔徑150mm完成孔位布置。

4.4 平臺結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果

在實際施工生產(chǎn)中，我們搭設(shè)了兩個移動式旋噴樁作業(yè)平臺，每個平臺上放置3臺旋噴樁機同步施工24小時作業(yè)，除大風(fēng)等惡劣天氣及夜間平臺移動不便等因素影響外，高壓旋噴樁均保持了較高的施工效率。該分項工程自2015年6月30日開始施工，至2015年10月15日完成全部施工任務(wù)，較原進度計劃提前了大約1個月時間。

高壓旋噴樁在整個周期內(nèi)施工進度始終處于追趕大管樁沉樁施工狀態(tài)，同時施工效率也一直超前于緊后的現(xiàn)澆樁帽關(guān)鍵節(jié)點工序，沒有因為平臺結(jié)構(gòu)的原因造成旋噴樁施工進度滯后、現(xiàn)澆樁帽施工等待等后果，達(dá)到了匹配工序銜接效能的預(yù)期要求。

從對工期節(jié)點的保證、緊后工序的銜接、平臺搭設(shè)吊運的成本估算等方面綜合考慮，我們認(rèn)為在實際生產(chǎn)中采用移動式的平臺結(jié)構(gòu)還是經(jīng)濟合理的。

5 結(jié)束語

高樁碼頭水上施工平臺的選型與設(shè)計其實是結(jié)合實際工程情況采用創(chuàng)新思想和發(fā)散思維進行施工管理的一種管理理念的體現(xiàn)，這種管理理念需要我們認(rèn)真總結(jié)以往的工程實際經(jīng)驗，注重自身基礎(chǔ)學(xué)科的掌握運用和工程知識的消化和積累。本文借助工程實際遇到的碼頭基礎(chǔ)高壓旋噴樁施工為切入點，對水上施工平臺進行了選型與設(shè)計，而在如外海、離岸等工況條件較差的水工項目中，移動式鋼平臺兼具了整體平臺的穩(wěn)定安全性和船舶平臺的機動靈活性，能夠良好地適應(yīng)多種復(fù)雜的工況條件。因此，移動式鋼平臺是具有一定的普適性和推廣性。