方塊碼頭施工過程中的后傾因素分析及其施工控制

【摘 要】 在重力式碼頭的各種形式中，方塊碼頭由于具有施工進(jìn)度快，材料簡單易得，適應(yīng)碼頭發(fā)展趨勢等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的碼頭建設(shè)工程中。然而，方塊碼頭也存在著后傾等一些較常見的問題，必須引起相關(guān)技術(shù)工作者充分的重視。實(shí)踐中，應(yīng)認(rèn)真研究發(fā)生質(zhì)量問題的原因，并對施工過程中各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保工程質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】 方塊碼頭 重力式碼頭 后傾因素 施工技術(shù)

1 概述

作為一種靠自身重量來承受上部荷載及后方土壓力的建筑，重力式碼頭可按其結(jié)構(gòu)分為方塊碼頭、空心方塊碼頭、沉箱碼頭、以及扶壁碼頭等幾種形式，多用于軟弱土層較薄，且持力層頂面較高的地質(zhì)環(huán)境中。隨著近年來我國水運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，激烈的港口競爭與船舶大型化的發(fā)展潮流使重力式碼頭的建設(shè)呈現(xiàn)出大型化和深水化的趨勢，對碼頭建設(shè)的規(guī)范和要求也在不斷提高。在重力式碼頭的各種形式中，方塊碼頭由于具有施工進(jìn)度快，材料簡單易得，能夠承受較大的集中荷載，對碼頭地面超載及裝卸工藝變化的適應(yīng)性較高等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于當(dāng)前的碼頭建設(shè)工程中，并取得了穩(wěn)定、耐久、抗凍等可喜的工程效果。然而，從工程實(shí)踐可以看出，方塊碼頭也存在著后傾等一些較常見的問題，影響了其工程質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，如何加強(qiáng)方塊碼頭施工過程中各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制措施，確保碼頭的安全性、穩(wěn)定性、及其使用功能，就成為了相關(guān)技術(shù)工作者必須解決的問題。

2 方塊碼頭施工過程中的后傾因素分析

方塊碼頭的后傾問題，通常是由于為承載來自碼頭后方巨大的土壓力，而在設(shè)計環(huán)節(jié)中將其重心偏向后延而產(chǎn)生的。為滿足碼頭的抗前傾要求，設(shè)計中往往會出現(xiàn)斷面重心過于靠后的情況，如果在有波浪或考慮邊載的條件下，更可能出現(xiàn)后踵應(yīng)力遠(yuǎn)大于前趾應(yīng)力的問題。而在施工過程中，由于工藝條件、工程要求、自然環(huán)境等客觀因素的影響，也常使方塊的荷載無法整體、均勻地加載在基床上，如從工藝流程上講，墻后回填要晚于方塊的安裝，所以重力與土壓力的增長，穩(wěn)定力矩和傾覆力矩的增長都必然存在著不同步和不平衡的問題，而當(dāng)方塊已安裝至卸荷板，墻后棱體卻未拋填這種極端情況出現(xiàn)時，后踵應(yīng)力與前趾應(yīng)力的差值就更為明顯，在可壓縮地基上完全有可能發(fā)生后傾。由于地基處理階段通常僅針對墻身而未處理基槽邊坡及其后方部位，因此采取陸上集中回填方式時，若一次回填的高度較大且未對回填順序及速率予以嚴(yán)格控制，則往往會發(fā)生地基失穩(wěn)、后踵附加沉降等問題。此外，后踵部分基床夯實(shí)不當(dāng)或出現(xiàn)基槽回淤等施工缺陷也是導(dǎo)致方塊碼頭出現(xiàn)后傾的原因之一。因此，施工中必須采取有針對性的工藝方案，降低地基對荷載偏心的敏感性。

3 提高方塊碼頭施工質(zhì)量的具體控制措施

方塊碼頭施工的一般流程包括：基床施工—方塊的預(yù)制、出運(yùn)裝船、安裝—減壓棱體與倒濾層施工—上部結(jié)構(gòu)施工。

3.1 基床施工階段應(yīng)注意的問題

基床的處理是方塊碼頭施工的基礎(chǔ)，盡可能減少可壓縮地基對施工造成的影響，是防治后傾的關(guān)鍵。該階段的施工主要包括基槽挖泥、拋石、夯實(shí)、以及整平等作業(yè)內(nèi)容。

首先，對于開挖深度較大的情況，應(yīng)根據(jù)設(shè)備能力和土質(zhì)條件確立分層開挖方案；對于基槽較長的情況，則應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境、設(shè)備情況，結(jié)合工期要求制定分段開挖方案。確保開挖質(zhì)量的關(guān)鍵控制點(diǎn)是準(zhǔn)確定位和減少回淤。遠(yuǎn)離海岸的挖泥可用RTK-GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位；近岸挖泥可用常規(guī)測量加對標(biāo)的方法定位。開挖時應(yīng)注意：開挖至設(shè)計標(biāo)高后，要對土質(zhì)進(jìn)行核對；爆破炸礁開挖的巖石基槽最淺點(diǎn)的基床厚度應(yīng)≥0.5m；每段基槽開挖后應(yīng)及時拋填基床，以免回淤。

應(yīng)根據(jù)海況及基床的具體情況優(yōu)選定位船，并認(rèn)真進(jìn)行水下斷面測量，以保證拋石效果。拋石過程中如發(fā)現(xiàn)基槽尺寸發(fā)生變化必須停止拋石并及時處理；拋石基床的頂高不超過既定高程且應(yīng)≥既定高程-0.5m，頂寬則應(yīng)≥設(shè)計寬度；對有回淤的港區(qū)應(yīng)有防淤措施。當(dāng)基槽底有含水率>150%、厚度>0.3m的回淤沉積物時，需進(jìn)行清淤；厚度>2m錘夯的基床要分層拋填；大規(guī)模拋石前要作典型試驗(yàn)施工，以確定水流、風(fēng)浪、水位等對拋石位置的影響。

夯實(shí)作業(yè)分為爆夯與錘夯兩種形式，選用哪一種形式，須根據(jù)基床周邊環(huán)境及其厚度、面積而定。以錘夯作業(yè)為例，要使施工質(zhì)量符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，首先應(yīng)根據(jù)海況及工程要求選擇錘夯設(shè)備。工程中可采用縱橫方向相鄰夯點(diǎn)均接壓半夯的方式，分初、復(fù)夯各一遍，每遍4夯次，共8夯次，使基床整體密實(shí)而均勻，避免出現(xiàn)漏夯等問題。施工中，應(yīng)對厚度>2m的基床實(shí)施分層分段作業(yè)；夯實(shí)范圍按方塊底面各邊加寬1m，分層夯實(shí)時要根據(jù)分層處的應(yīng)力擴(kuò)散線各邊加寬1m；夯實(shí)后補(bǔ)拋面積>方塊底面積的1/3，或連續(xù)面積>30m3且厚度普遍>0.5m時，需進(jìn)行補(bǔ)夯。

整平工作可以分為人工整平和機(jī)械整平兩種形式，目前基于GPS定位技術(shù)的機(jī)械整平因其不受距離限制、操作簡單、速度快等優(yōu)點(diǎn)在工程中的應(yīng)用越來越普遍，其具體流程包括整平船就位—安裝墊塊—安裝導(dǎo)軌—粗平—細(xì)平—極細(xì)平—拆除導(dǎo)軌。該階段中，應(yīng)對基床的平面位置、高程等進(jìn)行嚴(yán)格控制，整平結(jié)束后，還應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)定對基床頂面坡度、標(biāo)高允許誤差等進(jìn)行驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)入下一工序。

3.2 方塊的預(yù)制與安裝

預(yù)制時，由于塊側(cè)模周轉(zhuǎn)次數(shù)很多，故必須要有足夠的剛度富余；若方塊屬于大體積混凝土?xí)r，除遵照大體積混凝土有關(guān)規(guī)定外，還可通過加入大塊石等方法在降低成本的同時減少混凝土水化熱可能導(dǎo)致的裂縫等問題，提高方塊預(yù)制質(zhì)量。

安裝前，須先檢查方塊是否存在破損、基床是否出現(xiàn)回淤等，確定沒有問題后，安裝應(yīng)以階梯形推進(jìn)并分層、分段進(jìn)行，從第二層開始，安裝均須設(shè)基準(zhǔn)線對方塊位置進(jìn)行控制；底層方塊和安裝后不露出水面的方塊，安裝后要復(fù)核位置和高程；除沉降縫外方塊安裝不能出現(xiàn)通縫；此外，還必須對方塊的累積誤差進(jìn)行有效的控制。

3.3 減壓棱體與倒濾層的施工要點(diǎn)

棱體施工時后方陸域沿未形成，故只能由水上拋石；倒濾層位于減壓棱體與后方回填料之間，一般由二片石、碎石、土工布組成。一旦倒濾層出現(xiàn)漏洞或不連續(xù)，后方回填料將會從石頭縫中流失，造成碼頭后方地面沉降碼頭前沿港池淤積，嚴(yán)重影響碼頭的使用。棱體形成后，鋪填倒濾層，倒濾層鋪設(shè)后應(yīng)保護(hù)好，并及時回填后方陸域，復(fù)蓋倒濾層。

3.4 上部結(jié)構(gòu)施工

上部結(jié)構(gòu)主要包括胸墻、系船柱、靠船構(gòu)件等。施工中，應(yīng)在頂層方塊上預(yù)留安裝胸墻模板的預(yù)埋件；胸墻底部處于水位變動區(qū)，為保證混凝土質(zhì)量，應(yīng)選好澆筑時機(jī)，在退潮至胸墻剛露出水面時開始，以免新澆混凝土被海水過早浸泡。

4 結(jié)語

后傾問題可能導(dǎo)致方塊碼頭混凝土的位移和開裂，甚至引起其整體結(jié)構(gòu)的安全問題，不利于工程穩(wěn)定性的提高和碼頭使用壽命的延長，因此，實(shí)踐中，應(yīng)首先對可能導(dǎo)致方塊碼頭產(chǎn)生后傾的原因進(jìn)行全面分析，針對這些因素進(jìn)行相應(yīng)的施工質(zhì)量控制，有效地預(yù)防碼頭后傾問題的產(chǎn)生。

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