钢抱箍法在海外某高桩码头承台施工中的应用

林良恩 中交四航局第二工程有限公司

1.工程背景

佩塔港区15000吨级船舶支线泊位位于斯里兰卡科伦坡港东南角，本项目为2个1.5万吨级码头，平面是按照顺岸式布置，码头总长度为440m，码头面宽度为43.335m。

码头主体结构采用高桩梁板式结构，采用钢管桩基础，直径为800m，有直桩和斜桩两种桩型，桩之间间距为4m和5.5m。码头面层标高2.45m，桩底标高为-22m。前沿布设鼓形靠船构件。桩基及承台施工为本项目施工的关键，其施工质量、进度对1.5万吨级泊位码头施工至关重要。

本文通过对承台底模支撑系统的分析，着重分析钢抱箍支撑系统在本工程中的应用过程。

2.承台底模支撑系统的选择

目前高桩码头承台施工的方法3种，比如钢围堰、底钢套箱、钢吊箱等。采用不同的承台施工方法，对应着就会有不同类型的支撑系统。选用不一样的支撑系统和施工方法，对施工条件的适用性也不同。横梁支撑系统是码头施工区别于其他项目施工的关键工序。目前常用的支撑系统主要有三种：直接在钢管桩上焊接牛腿板、采用钢筋反吊于钢管桩上、钢抱箍抱在钢管桩上。

其优缺点对比详见表1。

图1 钢抱箍支撑示意图

钢抱箍在市政桥梁中应用的比较广泛，在高桩码头承台施工会和市政桥梁有所不同，混凝土的方量也会比市政桥梁的承台多很多。

但是通过表1对比，钢抱箍支撑系统应用较为成熟、较为安全可靠、经济合理而且施工方法相对简单，虽然潮水对其施工影响较大，但是钢抱箍支撑系统所用的材料能够反复使用，可以节省成本和缩短周期。只要在施工中，可以采取一定措施，降低潮水对项目的影响，合理组织提高作业效率，钢抱箍支撑系统可以在高桩码头承台施工中得到广泛应用，所以本工程项目经过多方论证，最后采用钢抱箍支撑系统。

3.钢抱箍支撑系统工艺流程

钢抱箍支撑系统，采用钢抱箍夹抱于钢管桩合适位置，进行加固后，然后同排架钢管桩间采用型钢铺设于抱箍耳朵之上，然后横向采用木方铺设，木方上部采用竹胶板满铺，从而形成横梁底部支撑系统。

支撑系统的组成从上往下分别是为竹胶板、木方、纵向型钢、横向型钢、钢抱箍（见图1钢抱箍支撑示意图）。

工艺流程如下：设计钢抱箍并现场加工→夹桩木制作、安装(临时平台)→采用吊车、木筏等初步完成抱箍安装→利用夹桩木平台进行钢抱箍调平→横梁施工→放松抱箍，使底部支撑系统下落→钢抱箍集中取出。

4.钢抱箍设计

4.1 钢抱箍加工

钢抱箍主要是由3部分组成分别是钢耳朵和加劲钢板、对拉螺杆、两片半圆弧钢板。钢抱箍的总高度500mm，钢耳朵采用30H型钢，长500mm，钢抱箍板厚20mm。

为了增加抱箍与钢管桩的摩擦力，用对拉螺栓将钢抱箍与桩身夹紧，并在抱箍内侧粘贴5mm橡胶板，这样能够利用钢抱箍与钢管桩表面之间的摩擦力来承受施工竖向荷载。竖向载荷主要钢抱箍系统的自重和钢筋混凝土及模板的重量。粘贴橡胶板还能有效保护钢管桩防腐涂层。

4.2 钢抱箍支撑力核算

4.2.1 钢抱箍摩擦力计算

为了保证钢抱箍结构安全，符合受力要求，需要对钢抱箍进行支撑力的计算。抱箍的受力分析比较简单，就是钢抱箍受到上部荷载时，提供一个反向的摩擦力来平衡，根据力学原理，摩擦力的大小与摩擦系数有关。

故需要对钢抱箍抗滑摩擦力计算、钢抱箍组成部分及焊缝强度验算等。根据力的平衡原理，单个钢抱箍的摩擦力计算如下：

推导得出单片钢抱箍的摩擦力F单=fqπr=f（N/r）πr=fπN。

因此钢抱箍的摩擦力F=2F单=2fπN

4.2.2 实际承载能力

在实际情况下，按照最不利荷载考虑，最不利的工况下荷载主要有：支撑系统的自重、全部浇筑完混凝土的重量、模板自重、施工时候荷载。

本工程用钢抱箍计算：用在本工程钢抱箍的圆弧钢板宽度是500mm，其两端采用4根Φ24的螺栓进行加固。

摩擦力理论值 F理=2fNπ

其中f=0.3，σ钢=1.7×105KN/m2σ(已考虑安全系数)

N=4×(π/4)×0.0242×0.8×1.7×105=246.1KN

故F理=2×0.3×π×246.1=463.9KN

图2 夹桩木示意图及施工图

底模承受静压力主要为下横梁混凝土、钢筋、底模支撑横梁和靠船构件等，总压力为

F=（（1.5×1×20+3）×2400×10+37.3×24×2×10）/1000=809KN

采用3个抱箍，3F理＞F，可满足要求。

5.应用实例

5.1 夹桩木制作、安装临时平台、钢抱箍安装

钢管桩切桩完成后，为便于钢抱箍安装操作，同时提高作业效率，有效利用潮水，首先制作夹桩木做临时平台，然后采用人站在木筏上将钢抱箍初步安装，最后工人在临时夹桩木平台上对钢抱箍进行精平后加固。

采用木方（75×125mm）制作夹桩木，用丝杆对拉夹加固在钢管桩上，作为抱箍调整的站立平台。夹桩木操作详见图2夹桩木示意图及施工图。

5.2 钢抱箍精平加固

根据标高推算出钢抱箍安装标高距离钢管桩顶部距离，潮水合适时，工人站在夹桩木上，采用米尺量测。

对钢抱箍进行精平并且加固，这样可以减少吊装设备和测量仪器使用频率，不仅能够满足作业精度要求而且还提高了作业效率。

5.3 钢抱箍支撑系统拆除

码头施工中，下横梁底标高一般较低，需乘潮作业，为了提高作业效率，需采取措施，降低潮水影响，有效利用可作业时间。

（1）用钢丝绳将抱箍上铺设的支撑横梁（型钢）捆住，利用手拉葫芦将其固定在横梁钢筋上，根据横梁结构形式，对称选取4处，采用4个手拉葫芦吊挂。

（2）用卡环将钢丝绳穿在预先打好孔的抱箍耳朵上，然后将钢丝绳固定在横梁钢筋上，每榀横梁共计3组抱箍，共需要6根钢丝绳；

（3）检查钢丝绳固定可靠后，用氧气乙炔割断固定钢抱箍的固定螺栓，受重力影响抱箍向横梁两侧分开，通过钢丝绳吊挂在横梁钢筋上。

（4）松动固定工字钢的手拉葫芦，使支撑横梁下沉脱离下横梁底面；

（5）拆除木方格栅和横梁底模板，待吊车空闲时将抱箍、H型钢集中吊至陆地，完成底模系统拆除。

6.结束语

本文通过一个工程实例，详细介绍了钢抱箍支撑系统在斯里兰卡科伦坡港佩塔港区高桩码头桩基承台施工中的应用。经实践证明，钢抱箍支撑系统可普遍用于钢管桩、PHC桩等管桩桩基的上部结构施工支撑平台，其施工简便，安全可靠，施工材料可周转使用，经济效益明显，且能有效缩短工期。该工艺方法的实施可以为同类工程提供借鉴与参考。