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        水上大型高樁墩臺在游艇碼頭中的施工技術(shù)

        2021-12-28 13:04:08楊敏龍
        福建交通科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:牛腿工字鋼鋪設(shè)

        ■楊敏龍

        (福建省陸海建設(shè)管理有限公司,福州 350000)

        1 工程概況

        某游艇碼頭工程接岸結(jié)構(gòu)為水上大型墩臺結(jié)構(gòu),水上混凝土澆筑總方量2 392.5 m3,樁基為39根Ф700 mm 鋼管樁(壁厚15 mm),樁尖持力層為細(xì)中砂層,樁頂現(xiàn)澆鋼筋混凝土墩臺厚度2 m。其中接岸平臺一為水上大體積混凝土, 平面形狀為直角梯形,尺度為28(38)×34 m,面積1122m2,設(shè)計頂高程為+9.0 m,混凝土澆筑方量為2 294.5 m3,接岸平臺平面圖見圖1。

        圖1 接岸平臺平面圖

        2 接岸平臺混凝土澆筑模板支撐承重系統(tǒng)搭設(shè)

        2.1 接岸平臺支撐承重系統(tǒng)方案設(shè)計

        接岸平臺的作業(yè)面積較大,且為水上大體積混凝土施工,須綜合考慮水上作業(yè)條件、模板搭設(shè)及拆除、 水上大體積混凝土澆筑各個環(huán)節(jié)施工難度。為保證水上大體積混凝土施工安全,采用工字鋼縱橫布設(shè)形成支撐承重系統(tǒng)作為接岸平臺模板支撐結(jié)構(gòu)。 該方案將工字鋼模板支撐承重系統(tǒng)整個平臺面分成了不均等9 個區(qū)域,采用二層縱橫主次梁設(shè)置。 主梁采用I40a 工字鋼在鋼管樁按排架橫向架設(shè),在鋼管樁上焊接牛腿后安裝橫向主梁,加強(qiáng)整個排架鋼管樁橫向整體穩(wěn)定性; 主梁上再按間距1 m 縱向鋪設(shè)次梁I28a 型工字鋼,使整體橫縱支撐體系更加牢固穩(wěn)定, 加強(qiáng)了鋼管樁整體穩(wěn)定性,整個支撐承重系統(tǒng)承受著接岸平臺施工過程中所有的荷載。 支撐承重系統(tǒng)平面圖見圖2。

        圖2 接岸平臺模板支撐承重系統(tǒng)平面圖

        2.2 支撐承重系統(tǒng)主要受力計算

        接岸平臺分3 次澆筑,每次澆筑混凝土厚度依次為500、700、800 mm。 第1 層混凝土澆筑后待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度100%時, 進(jìn)行第2 層混凝土澆筑,以此類推。 因此保證支撐承重系統(tǒng)在第1 層混凝土澆筑時的整體穩(wěn)定是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。第1 層混凝土澆筑支撐承重系統(tǒng)受力計算如下。

        (1)主梁工字鋼受力計算,主梁最大跨度5.6 m,最不利分配間距3,按簡支均布荷載算:

        Q=3×0.5×25=37.5 kN·m (第1 層砼澆筑厚度0.5 m);

        跨中M=0.125×37.5×5.6×5.6=147 kN·m, 選用40a 工字鋼,Wx=1 090 cm3,σ=Mmax/Wx=(147×1000×1000)/(1090×103)=134.9 N/mm2<[σ]=215 N/mm2。

        考慮底模自重及不平衡系數(shù)1.2 時,σ=161.9 N/mm2<[σ]=215 N/mm2,滿足要求。

        撓度驗(yàn)算,I40a 慣性矩I=21 700 cm4,彈性模量E=2.06×105N/mm2。

        (2)次梁工字鋼受力計算,次梁工字鋼最大跨度5.3 m,布置間距1.0 m,按簡支均布荷載:

        Q=1.0×0.5×25=12.5 kN·m (第1 層砼澆筑厚度0.5 m);

        跨中M=0.125×12.5×5.3×5.3=43.9 kN·m, 選用28a 工字鋼,Wx=508 cm3,σ=Mmax/Wx=(43.9×1000×1000)/(508×103)=86.4 N/mm2<[σ]=215 N/mm2,考慮底模自重及不平衡系數(shù)1.2 時,σ=103.7 N/mm2<[σ]=215 N/mm2滿足要求。

        撓度驗(yàn)算,I28a 慣性矩I=7 110 cm4, 彈性模量E=2.06×105N/mm2。

        (3)牛腿受力計算

        牛腿采用2 cm 厚度等腰直角鋼板, 直角邊長50 cm,焊縫高度8 mm,采用雙面焊。焊縫計算長度35 cm。

        焊縫驗(yàn)算: 計算選用總焊縫長度=350×2-20=680 mm,截面積為680×8=5440 mm2

        單個牛腿承擔(dān)剪力F=1.2×3×5.6×0.5×25=252 kN。

        焊縫剪應(yīng)力τ=252000/5440=46.32 N/mm2<[τ]=190 N/mm2。

        綜上,支撐承重系統(tǒng)在一層混凝土澆筑時整體受力情況均滿足要求,整個系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

        2.3 接岸平臺支撐承重系統(tǒng)施工設(shè)計

        2.3.1 牛腿支撐施工

        牛腿為整個支撐系統(tǒng)荷載傳遞點(diǎn),作用是將整個支撐系統(tǒng)的所承受的荷載分散傳遞給各個鋼管樁。 牛腿安裝在接岸平臺鋼管樁表面,采用2 cm 厚度邊長50 cm 的等腰直角三角形角板上焊接2 cm厚50 m(長)×20 cm(寬)頂托板結(jié)構(gòu)型式。 牛腿的角板先點(diǎn)焊固定在鋼管上,待調(diào)整平整度后再進(jìn)行雙面焊接。 焊縫采用兩道圍焊,第1 道圍焊完成后需自然冷卻并將表面焊渣清除干凈,再進(jìn)行二次圍焊。 角板焊接完成后進(jìn)行頂托板焊接施工,頂托板中心位置應(yīng)與角板頂邊線在同一軸線上,待調(diào)整平整度后進(jìn)行焊接。

        2.3.2 承重系統(tǒng)主次梁鋪設(shè)

        承重系統(tǒng)主次梁采用浮吊船進(jìn)行鋪設(shè)。 主梁按排架逐個施工,由中間向兩側(cè)鋪設(shè),首先進(jìn)行接岸平臺H-K 軸12 m 主梁工字鋼沿鋼管樁兩側(cè)通長架設(shè),再進(jìn)行F-H 軸15 m 主梁架設(shè),最后進(jìn)行KQ 軸主梁架設(shè),兩側(cè)邊樁主梁均外懸挑3 m,以此類推按排架逐一鋪設(shè)主梁。 主梁完成后再進(jìn)行次梁工鋼的鋪設(shè), 首先進(jìn)行11-13 軸15 m 次梁工字鋼安放,再進(jìn)行16-18 軸15 m 次梁安放,最后進(jìn)行13-16 軸6.5 m 次梁安放,兩側(cè)邊樁次梁均外懸挑3 m(斜邊次梁進(jìn)行局部加密處理), 次梁鋪設(shè)按間距1 m 在主梁之上通鋪。

        3 接岸平臺底模鋪設(shè)

        接岸平臺工字鋼承重系統(tǒng)搭設(shè)完成后,在次梁表面鋪設(shè)枋木(規(guī)格:100 mm×100 mm),相鄰枋木中心間距300 mm,枋木與次梁工字鋼接觸面,采用鐵絲進(jìn)行綁扎固定。 模板鋪設(shè)在枋木表面,模板采用黑竹膠板(厚度18 mm),模板兩端搭設(shè)不得出現(xiàn)懸挑,并采取有效措施防止模板出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。

        4 接岸平臺鋼筋、側(cè)模板制作與安裝

        為方便水上混凝土澆筑分層澆筑,平臺鋼筋綁扎分兩次進(jìn)行。 底模鋪設(shè)完成,制作、綁扎接岸平臺下層及側(cè)面鋼筋,而后進(jìn)行平臺側(cè)模安裝。 接岸平臺側(cè)模板為桁架式鋼模板采用定制組合鋼模板,每塊模板高度2.2 m。 現(xiàn)場運(yùn)用浮吊船進(jìn)行模板安裝,安裝時先安裝短邊,再安裝長邊。 在工字鋼上鋼模板外側(cè)低部設(shè)置限位措施,避免模板滑移,并將與工字鋼承重系統(tǒng)斜拉連接加固,鋼模板內(nèi)側(cè)采用拉邊樁的方式進(jìn)行收緊加固。 側(cè)模安裝完成后進(jìn)行第1 層混凝土澆筑, 待混凝土強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行面層鋼筋綁扎,鋼筋綁扎應(yīng)控制好同一截面鋼筋接頭的數(shù)量不得超過50%。

        5 水上大體積混凝土澆筑

        接岸平臺分3 次澆筑,每次澆筑混凝土厚度依次為500、700、800 mm。 根據(jù)攪拌站地泵輸料機(jī)、天泵輸料機(jī)和10 m3混凝土攪拌運(yùn)輸車工效分析,1 臺地泵輸料機(jī)按35~45 m3/h, 天泵輸料機(jī)按60~70 m3/h,混凝土按6 h 初凝時間計算,混凝土運(yùn)輸車往返攪拌站需要1.5 h 左右。 現(xiàn)場澆筑時安排2 臺地泵輸料機(jī)和1 臺天泵輸料機(jī)配合25 臺10 m3混凝土運(yùn)輸車,保證混凝土初凝時間內(nèi)澆筑量能達(dá)到600~900 m3,滿足現(xiàn)場混凝土澆筑施工要求。

        為保證工字鋼承重系統(tǒng)整體受力均勻穩(wěn)定,避免偏心受力導(dǎo)致整個承重系統(tǒng)垮塌,首層混凝土澆筑時,應(yīng)先從平臺中間部位開始澆筑,澆筑速度不宜過快,緩慢的向四周推進(jìn),再澆筑前、后沿懸挑段混凝土。 禁止從一端往另一端下料推進(jìn)澆筑,避免混凝土澆筑過程中承重系統(tǒng)出現(xiàn)傾倒變形。

        為了保證新舊混凝土之間較好的連結(jié),第1 層混凝土澆筑完成后, 在混凝土表面縱、 橫向每1000 mm 間距埋設(shè)上、下層混凝土連接鋼筋,鋼筋埋設(shè)深度200 mm,埋設(shè)呈梅花型布置。 已成型混凝土表面采用鑿毛處理,保證新舊混凝土結(jié)合更密實(shí)牢固。 第2 層混凝土澆筑完成后應(yīng)在混凝土初凝時間前做好混凝土面層二次收面,防止出現(xiàn)混凝土面層龜裂現(xiàn)象。

        5.1 大體積混凝土防裂措施

        接岸平臺混凝土的澆筑時間為12 月份, 該時段地區(qū)氣溫相對較低,應(yīng)采取有效措施防止?jié)仓蠡炷帘砻娈a(chǎn)生溫度裂縫。 (1)減少混凝土自身發(fā)熱量:改善骨料級配,增大骨料粒徑;采用高效減水劑,從而達(dá)到減小混凝土發(fā)熱量的目的;優(yōu)化大體積混凝土配合比, 在保證混凝土成品強(qiáng)度的前提下,減少水泥用量,適當(dāng)加大粉煤灰的摻入量。 (2)采取內(nèi)部降溫,外部保溫,減少砼內(nèi)外溫差,防止砼開裂。 混凝土澆筑時采取措施控制混凝土入模溫度不得低于5℃, 澆筑完成后采用內(nèi)部降溫法來降低混凝土內(nèi)外溫差。 預(yù)先在混凝土內(nèi)部預(yù)埋縱橫水管,水管通冷水降溫,從而降低混凝土發(fā)熱內(nèi)部溫度。 外部保溫在混凝土澆筑完成終凝后,及時在表面覆蓋土工布,并灑溫水養(yǎng)護(hù),以控制混凝土的內(nèi)外溫差小于20℃,防止溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的拉力極限值時,產(chǎn)生裂縫[1]。

        6 工字鋼承重系統(tǒng)拆除

        接岸平臺面積大,工字鋼承重系統(tǒng)的拆除難度高、安全風(fēng)險較大,所以為了方便工字鋼承重系統(tǒng)拆除,在底層混凝土澆筑前就預(yù)先在鋼管樁牛腿位置上方預(yù)埋φ150mmPVC 管,PVC 管埋設(shè)由底至混凝土面層。第2 層混凝土澆筑后達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度75%后,就可以進(jìn)行底模承重系統(tǒng)分區(qū)塊的拆除。 首先在預(yù)留的PVC 管孔洞的位置,架設(shè)三腳支架并安裝5t 的葫蘆,主梁工字鋼與5t 葫蘆可靠連接后進(jìn)行平臺底部牛腿切割, 拆除區(qū)域內(nèi)的牛腿全部切割后,接岸平臺上的工人同時拉動該區(qū)域的葫蘆,將承重系統(tǒng)的主次工字鋼下落于預(yù)先固好位置的承重浮排上,最終將主次工字鋼全部拆除。 拆除完成后,預(yù)留孔洞應(yīng)澆筑混凝土進(jìn)行封孔處理。

        鋼管樁牛腿采用氣割割除,難免對該區(qū)域鋼管樁防腐涂層造成一定的破壞,須對防腐涂層進(jìn)行修補(bǔ)。 割除牛腿不得對鋼管樁造成燒傷,而后對割除粗糙面及牛腿四周外擴(kuò)20 cm 范圍采用砂輪機(jī)進(jìn)行人工打磨處理至St3 級。 打磨完成后對拆除牛腿部位進(jìn)行防腐涂裝, 先噴涂100 μm 環(huán)氧富鋅底漆一層,而后100 μm 中間漆一層,最后90 μm 面漆,防腐涂層附著力不小于5 MPa[2]。

        7 接岸平臺施工注意事項

        (1)整體支撐承重系統(tǒng)中牛腿起到荷載承接及傳遞的作用,作用是將主梁上的荷載分散傳遞給下面的承重物,因此牛腿位置放樣應(yīng)準(zhǔn)確,頂拖板焊接時應(yīng)校核牛腿頂托板標(biāo)高點(diǎn),且應(yīng)特別注意焊接質(zhì)量, 焊縫不得存在咬邊、 夾渣、 裂縫等缺陷[3]。(2)主次梁安裝完成后,須對牛腿與主梁、主梁與次梁節(jié)點(diǎn)全數(shù)檢查,禁止出現(xiàn)懸空現(xiàn)象,如發(fā)現(xiàn)懸空須采取有效措施,如加墊鋼板等。 (3)為避免主梁安裝后出現(xiàn)滑移, 保證工字鋼承重系統(tǒng)整體穩(wěn)定性,主次梁工字鋼全部架設(shè)完成后,牛腿與主梁、主梁與次梁節(jié)點(diǎn)處應(yīng)加設(shè)限位措施。 在所有牛腿頂托板上焊接小三角形鋼板,卡住主梁外側(cè)邊緣,并在所有主梁與次梁節(jié)點(diǎn)處在主梁上焊接小三角形鋼板,卡住次梁外側(cè)邊緣。(4)主梁I40 a 工字鋼沿鋼管樁牛腿兩側(cè)架設(shè)時, 樁邊與工字鋼應(yīng)預(yù)留2 cm 的空隙,便于后期牛腿切割和工鋼拆除。 (5)底模安裝后須全數(shù)檢查,嚴(yán)禁模板出現(xiàn)懸挑現(xiàn)象。 (6)工字鋼承重系統(tǒng)拆除安全風(fēng)險較大,為避免拆除施工中整個承重系統(tǒng)垮塌造成人身安全事故,拆除施工應(yīng)嚴(yán)格按照擬定好的順序分區(qū)塊逐一拆除。 (7)底層混凝土澆筑時, 禁止從一端往另一端下料推進(jìn)澆筑,避免混凝土澆筑過程中承重系統(tǒng)端部荷載過大造成變形傾倒。 (8)為避免混凝土內(nèi)外溫差過大產(chǎn)生混凝土溫度裂縫,大體積混凝土澆筑時應(yīng)加強(qiáng)對混凝土內(nèi)部水化熱的散發(fā)處理措施。 控制混凝土入模溫度,采用混凝土內(nèi)預(yù)埋縱橫水管冷水降溫方法。(9)接岸平臺屬于大體積大配筋稀疏的混凝土結(jié)構(gòu)物,混凝土澆筑時可以拋填塊石方法,埋入塊石有助于混凝土內(nèi)部水化熱的散發(fā),防止混凝土出現(xiàn)裂縫。 塊石須質(zhì)地堅硬,表面潔凈,最長邊與最短邊之比不大于2,大致正方形的塊石,塊石摻入量不得超過混凝土總體積的25%。 (10)底層混凝土澆筑過程中應(yīng)做好施工過程中的監(jiān)測,對整個承重體系進(jìn)行沉降位移監(jiān)測,監(jiān)測過程中如發(fā)現(xiàn)整體沉降位移超過警戒值,須立即停止混凝土澆筑,查找原因,采取措施保證混凝土澆筑過程整個承重系統(tǒng)處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

        8 結(jié)語

        高樁碼頭是應(yīng)用最廣最多的碼頭結(jié)構(gòu)形式之一,其工作特點(diǎn)是通過樁基將作用在碼頭上的荷載經(jīng)樁基傳給地基,因此高樁樁臺(墩臺)結(jié)構(gòu)成熟的施工技術(shù)運(yùn)用,有助于節(jié)約碼頭施工成本,加快施工進(jìn)度。本研究主要是通過該工程接岸平臺(高樁墩臺)混凝土澆筑模板支撐工字鋼承重系統(tǒng)搭設(shè)、水上大體積混凝土澆筑的施工經(jīng)驗(yàn), 為今后類似高樁碼頭(水上大型高樁墩臺)工程施工提供參考借鑒。

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