装配式靠船墩的设计与施工技术研究

李元礼

（华设设计集团股份有限公司,江苏 南京 210014）

1 项目概况

九圩港船闸位于南通长江口门，沟通通扬线与长江，是苏北地区水运物资进出长江的重要咽喉。九圩港二线船闸为III 级通航建筑物，建设规模为230×23×4.0（m，闸室长×口门宽×门槛水深）。九圩港一、二线船闸下游共用引航道，一线船闸下游拆除现有13 座重力式靠船墩，在西岸新建14 座靠船墩。

2 装配式靠船墩的设计

2.1 整体式靠船墩

整体式靠船墩结构为下部钢管桩基础+上部钢筋混凝土墩身。靠船墩顶高程▽6.9，箱式承台底高程▽0.7，下设挂板，挂板底高程▽-0.9。靠船墩顶、底平面尺寸分别为2.8×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船侧及背面箱壁厚度分别为1.0m、0.6m，采用4 根φ1.0m 的钢管桩，桩长23.0m，桩内填充钢筋砼。墩身临水面▽-0.9～▽6.9 采用钢板防护。

图1 整体式靠船墩平面图

图2 整体式靠船墩立面图

2.2 内置钢管装配式靠船墩

靠船墩顶底平面尺寸分别为2.8×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船面、背面箱壁厚度分别为1.0m、1.9m，侧面壁厚0.6m。在高程▽2.3、▽4.195、▽6.1 设置拼接缝（拼接缝接触面预埋钢板），把靠船墩承台纵向分成4 块，通过内置4 根φ40cm 钢管连接成一个整体。墩身底节与桩身采用“坐板凳”型式安装。

图3 靠船墩顶部平面图

2.3 内置钢架装配式靠船墩

图4 第一三层剖面图

图5 第二四层剖面图

靠船墩顶底正面宽度均为4.5m。靠船墩顶底平面尺寸分别为3.4×4.8（m）、4.5×4.8（m），靠船面、背面箱壁厚度分别为1.2m、1.7m，侧面壁厚0.7m。内置I40a 钢架。墩身底节与桩身采用“坐板凳”型式安装。

图6 内置钢架装配式靠船墩平面图

图7 内置钢架装配式靠船墩立面图

2.4 方案优缺点分析

靠船墩方案优缺点比较详见表1。

表1 靠船墩方案优缺点比较表

通过表1可见，原设计现浇靠船墩、内置钢管装配式靠船墩及内置钢架装配式靠船墩各有优缺点，为便于对比分析，本工程靠船墩分别设置10 座、2 座、2 座；即一线船闸下游第8#、10#（从下闸首起算）为内置钢管装配式靠船墩，第4#、6#（从下闸首起算）为内置钢架装配式靠船墩，剩余10 座均为现浇整体式靠船墩。

3 装配式靠船墩的施工

3.1 施工工序

内置钢管装配式靠船墩：施工准备－测量放样－构件分节段预制－水下清障－导向平台搭设－钢管基础沉桩－底节墩身安装－管桩填芯及底节预留孔洞二期浇筑－中节墩身安装－顶节墩身安装－钢管芯柱安装－环氧砂浆填缝－压顶及钢管芯柱孔内现浇。

内置钢架装配式靠船墩：施工准备－测量放样－构件分节段预制－水下清障－导向平台搭设－钢管基础沉桩－底节墩身安装－管桩填芯及底节预留孔洞二期浇筑－内置钢架安装－顶节墩身安装－内置钢模板安装－墩身二期混凝土－压顶现浇。

3.2 施工注意事项

（1）钢管桩偏位需控制在允许范围内，否则下部桩基位置与第一节承台预留孔洞不对应。

（2）为便于构件安装，底节构件预制时预留孔洞，孔洞高度与构件高度相同，下口直径φ1100mm，上口直径φ1400mm。为保证靠船墩使用安全、钢板护面耐久性及美观，选择横缝焊接。

（3）内置钢架装配拼接缝平面钢板根据设计尺寸厂内机床切割整板，钢板开孔间距开设卸料孔及振捣孔，钢板现场焊接锚筋后实施吊装预埋，将钢板与构件钢筋骨架点焊固定，拼接缝平面钢板安装后平整度不大于2mm，相邻钢板采用“分段退焊法”焊接。

（4）内置钢架装配式靠船墩预制结构刚度较小，运输及安装过程中应加强保护。

（5）芯柱钢管与预留孔洞之间间隙采用环氧砂浆填塞，施工前需试配环氧砂浆凝固时间，分层填塞并插捣密实。

4 靠船墩的检测

4.1 检测内容

（1）选取6#（内置钢架预制式）、7#（现浇式）和10#（内置钢管预制式）靠船墩开展锤击激励动力测试及船舶靠船激励动力测试。

（2）分别选取3 座靠船墩进行顺河向和横河向锤击激励，测试锤击激励下的速度响应，计算分析结构的动刚度。

（3）采用1000t 满载运砂船以1m/s 速度，分别以30°和60°角度靠船，测试靠船荷载作用下靠船墩顶部的速度响应。

4.2 锤击激励结果

根据测试结果，由于靠船墩一阶频率为2.5Hz 左右，因此对一阶频率附近的动刚度进行平均综合分析以减小误差，其计算结果见表2所示。

表2 2.5Hz 附近动刚度平均值测试结果 单位：N/m

由表可以看出，7#墩与10#墩动刚度较为接近，其2.5Hz 附近动刚度平均值相差在17%以内。6#墩动刚度相对7#墩和10#墩较小，动刚度是结构刚度与质量的综合效应参数，由于6#墩上部体积相对较大，上部质量较7#、10#墩大，因此整体综合效应其动刚度较小。

6#靠船墩横河向接缝上下位置响应信号互相关系数时延为0ms 时，互相关系数为0.993；顺河向接缝上下位置响应信号互相关系数时延为0ms 时，互相关系数为0.996。10#靠船墩横河向接缝上下位置响应信号互相关系数时延为0ms 时，互相关系数为0.987；顺河向接缝上下位置响应信号互相关系数时延为0ms 时，互相关系数为0.987。可以看出，接缝上下位置响应信号互相关系数均接近1，且时延为0ms，接缝上下位置响应信号吻合良好，未见高频杂波与时延现象。根据上述分析结果可以看出，6#、7#靠船墩接缝位置连接良好。

4.3 靠船激励

测试3 座靠船墩靠船激励作用下最大响应见表3所示。由表3可以看出，靠船墩靠船激励作用下最大响应均为横河向，竖向速度响应最小。横河向响应6#墩最小，10#最大；顺河向响应6#墩最小，7#墩最大；竖向响应10#墩最小，7#墩最大。整体而言，考虑靠船时速度差异，三座靠船墩在靠船激励作用下的速度响应较为一致。

表3 三座靠船墩靠船激励下响应比较 单位：m/s

根据上述分析结果可以看出，6#、7#靠船墩在靠船激励下与现浇结构速度响应相一致，装配式靠船墩与现浇式靠船墩整体刚度未见明显差异。

4.4 检测结果

综合分析比较装配式靠船墩与现浇式靠船墩动刚度与靠船激励下的响应，可以看出装配式靠船墩接缝位置连接良好，装配式靠船墩整体刚度与现浇式靠船墩无明显差异。

5 结束语

（1）本文提供两种装配式靠船墩的设计方案及施工工艺，并通过检测证明装配式靠船墩各预制构件连接较好，为以后类似的项目提供宝贵的经验。

（2）目前装配式结构在水运工程中应用较少，对装配式结构和预制块的连接方式还处于探索尝试阶段，现阶段针对已经施工完成的装配式靠船墩结构缺少在长期荷载作用下的耐久性分析。