预制型高桩梁板透空式码头的应用

李增业（上海市基础工程集团有限公司， 上海 200438）

目前全国各地均在大力发展预制型结构，其主要优点有施工速度快、文明施工标准高、劳动力需求较小等，但预制结构对于预制精度、安装精度等有着很高的要求。在采用浮吊进行吊装的水上码头的施工项目中，其吊装难度大，安装精度难控制，对设备、施工人员有很高的要求。本文依托上海市江浦路越江隧道新建工程码头拆复建工程，对高桩预制型高桩梁板透空式码头（高桩码头，下部透空，由桩基、墩柱等支撑上部结构的非实体码头）的应用进行分析，通过合理优化结构节点，对施工过程进行优化，做到既保证施工质量要求，又提升施工效率。

1 项目背景

1.1 项目概况

上海市江浦路越江隧道新建工程位于已建杨浦大桥和大连路隧道之间，北起杨浦区江浦路、龙江路交口，南至浦东新区民生路、商城路交口，全长 2.28 km。越江段隧道采用盾构形式穿越黄浦江，盾构须穿越黄浦江两岸防汛墙及码头，码头桩基侵入盾构隧道断面，故须拆除码头结构，拔除桩基。根据筹划，码头拆除后进行复建，复建结构桩基避开盾构断面。

本项目所指码头复建工程位于上海市港黄浦江中游，拟建江浦路越江隧道北岸，杨浦区杨树浦路南侧。本工程复建采用高桩梁板结构，上部结构采用预制横梁搁置预制空心面板结构。新建 3 榀排架，排架间距 21.5 m。每榀排架布置 8根采用直径 1 200 mm 钢管桩。基桩采用全直桩形式。码头原平台完全恢复，复建结构的桩基及上部结构向原岸线起点西侧顺延，占用部分新岸线。复建平面布置如图 1 所示。

图 1 复建平面布置图

1.2 设计简介

（1）本工程采用钢管桩，直径D为1 200 mm，数量为 24 根，空心板高度为 1.1 m，横梁宽 2.4 m，高 1.0 m。结构型式如图 2 所示。

图 2 结构型式示意图

（2）中间一排钢管桩桩长L为 49.0 m，两端 2 排钢管桩长为 42.0 m，上节壁厚B为 18 mm，下节壁厚为 14 mm，具体如图 3 所示。

图 3 钢管桩示意图

2 施工方法

2.1 钢管桩施工

钢管桩施工工艺与常规水上打桩方式类似，采用浮吊+振动锤模式进行沉桩。本工程的钢管桩最长 49.0 m，分 2节桩接桩施打，分别下节桩 22.0 m 与上节桩 27.0 m，下节桩采用 YZ-230 液压振动锤，高度及吊钩钢丝绳的位置高度为 8.0 m。下节桩由于沉入土质遇 ⑤～⑥ 层亚黏塑性土与地质砂层土，穿透该 2 层难度较大，故上节桩采用 21 t 级液压冲击大锤 250 t 浮吊水上沉桩。

2.2 预制横梁安装施工

预制混凝土横梁直接与钢管桩进行连接，其桩孔与预制混凝土横梁接头部位为横梁施工关注的重点、难点。本工程中采用 POCKET 工艺（因形似口袋，故称 POCKET 工艺）进行接头施工。预制混凝土横梁预留直径 1.6 m 孔洞，孔洞中横梁主筋切断预留接驳器，待横梁固定完成后，钢管桩中下方为钢筋笼，横梁预留孔中进行接驳器钢筋连接，最后浇筑接头混凝土进行湿接头连接。预制横梁平面图如图 4 所示，桩孔接头施工示意如图 5 所示。

图 4 预制横梁平面图

为了使横梁能够按照设计标高要求进行平稳安装，在钢管桩规定位置进行钢平台焊接。此钢平台为横梁安装时的主受力结构，施工前须进行受力验证。考虑预制横梁往下依次传力至 20 mm 的圆环钢板、20 mm 厚钢牛腿、钢管桩。本工程中验算为圆环钢板、钢牛腿及钢牛腿与钢管桩焊接组成的钢平台结构。钢平台结构如图 6 所示。

图 5 桩孔接头施工示意图

图 6 钢平台结构

圆环钢板内圈直径 1 200 mm，外圈直径 2 400 mm；钢牛腿 90° 布置 2 块，间距 300 mm，共 8 块。

2.2.1 刚平台计算分析

（1）分析模型。本工程中采用有限元软件 Midas 进行整体计算分析。该模型共划分为 200个节点，168 个板单元。本工程中最不利工况为每根钢管桩桩顶区域横向承受上部 3.92 m×2.40 m 范围横梁自重，预制横梁平面面积S1=3.92×2.4×π×1.6²=7.4 ㎡，预制横梁重量G1=7.4×1×25=185 kN，均作用于 2 cm 圆环钢板上。

（2）计算结果。经计算，钢结构的最大变形发生在钢牛腿之间的圆环钢板位置，最大下挠为 5.1 mm。

钢结构的最大应力发生在钢牛腿与圆环钢板连接位置，最大局部应力 72.0 MPa，普遍应力在 60.0 MPa 以内，钢牛腿最大应力为 72.0 MPa。

（3）焊缝强度验算。钢牛腿与钢管桩的连接，采用双面角焊缝，焊缝厚度为 6 mm。考虑 8 块钢板 16 道焊缝，受上部预制横梁竖向荷载为 185 kN，荷载分项系数 1.2。依据国标 GB 50017-2017《钢结构设计规范》则按式（1）计算。

式中：he—角焊缝的有效长度，对直角角焊缝取 0.7 hf，hf 为较小焊脚尺寸；

lw—角焊缝的计算长度，每条焊缝取实际长度减去2hf，mm；

f wt—角焊缝的强度设计值，N/mm2。

由计算结果可知，焊缝强度满足要求。

2.2.2 浮吊吊装施工

受场地限制，本工程中预制横梁安装采用浮吊设备进行配合。其吊装施工与常规浮吊吊装施工类似。横梁吊装示意如图 7 所示。

图 7 横梁吊装示意图

2.3 预制空心板安装

预制空心板安装与常规浮吊吊装施工类似。预制空心板安装示意如图 8 所示。

图 8 预制空心板安装示意图

预制空心板之间采用铰缝湿接头进行连接，缝内进行钢筋绑扎，采用 C 40 细石混凝土进行浇筑。铰缝接头示意如图 9 所示。

图 9 铰缝接头示意图

3 结 语

江浦路越江隧道新建工程码头拆复建工程中，通过变更结构型式，将传统现浇码头形式改为预制型高桩梁板透空型式，可供后续类似工程借鉴。通过结构型式的变更，本工程工期由原来计划的 83 个工作日缩短为 59 个工作日，目标成本比预期下降约 20%。