外高橋疏浚船舶基地碼頭改建工程建設(shè)的難點(diǎn)及應(yīng)對策略

王瑋　周淼

摘 要：外高橋疏浚船舶基地碼頭隸屬于中交上海航道局有限公司。碼頭始建于20世紀(jì)90年代，結(jié)構(gòu)形式多樣，基樁縱橫交錯，在原有岸線上進(jìn)行碼頭改建存在較大難度，特別是老碼頭的基樁對新建結(jié)構(gòu)的影響較大。本文針對工程特點(diǎn)，提出了在不拔除原有碼頭基樁的前提下進(jìn)行碼頭改建的可行方案。

關(guān)鍵詞：老碼頭改造；碰樁；拔樁；AutoCAD

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.102

1 工程概況

外高橋疏浚船舶基地碼頭地處長江口南港南岸，位于上海市浦東新區(qū)境內(nèi)高橋咀下游附近水域，其上游端距上海救撈局碼頭約20m，下游端距竹園污水上游排水口中心線100m，西距吳淞口約9～10km，東距東海約83km，陸上隔黃浦江與市中心相距27km左右。

碼頭上游為上海救撈局碼頭，后為交通部長江口航道管理局碼頭。

原碼頭由連片式碼頭、系纜墩、靠船墩組成。碼頭與靠船墩、系纜墩間由鋼引橋連接，鋼引橋間設(shè)置橋墩，碼頭與陸域通過引橋連接。泊位總長度為350m，其中連片式碼頭長192m。碼頭主要用于?？亢偷跹b疏浚船舶船用設(shè)備，接卸耙頭、泥泵等船用機(jī)械設(shè)備。

作為中交上航局船舶基地，上海外高橋疏浚船舶基地碼頭主要負(fù)責(zé)給中交上航局內(nèi)疏浚船舶提供補(bǔ)給、設(shè)備吊裝等任務(wù)。雖然泊位長度為350m，但其中的連片式碼頭僅有192m長，且碼頭上沒有起重設(shè)備，因此碼頭岸線得不到充分利用。本工程擬將原192m長連片式碼頭、系船墩、靠船墩及橋墩，通過改造，建成總長350m的長連片式碼頭一座，并增加裝卸機(jī)械，充分利用現(xiàn)有岸線資源，增加碼頭對大型疏浚船用設(shè)備的接卸能力，提高設(shè)備吊裝效率，有效解決碼頭現(xiàn)有接卸能力與船隊發(fā)展趨勢的矛盾，提高碼頭的疏浚船舶保障功能。

2 自然條件

2.1 潮汐情況

擬建碼頭水域地處長江河口段南港水域。外海潮波進(jìn)入長江口后，因受地形及長江上游下瀉徑流的影響，潮波發(fā)生變形，潮位每天兩漲兩落，漲、落潮歷時明顯不等，潮汐性質(zhì)為不正規(guī)半日淺海潮。工程河段平均漲潮歷時4小時47分鐘，平均落潮歷時7小時38分鐘。漲潮垂線平均最大可能流速1.78m/s；相應(yīng)流向310°；落潮垂線平均最大可能流速2.06m/s，相應(yīng)流向131°。

2.2 水下地形

本工程位于長江口南岸，地形平緩。港址河段的泥沙有兩個來源：一是來自南支河段的上游來沙，是主要的泥沙來源；二是潮流和風(fēng)浪對泥沙的局部搬移和掀動。

根據(jù)附近水域1987年9月和1988年1月的泥沙調(diào)查資料，工程岸段枯季水體含沙量大于洪季，大汛期水體含沙量大于小汛期。枯季實測垂線平均最大含沙量為0.22～2.09kg/m3，洪季實測垂線平均最大含沙量為0.09～0.83kg/m3。根據(jù)相鄰?fù)飧邩螂姀S煤碼頭前沿的實測地形資料分析，泊位區(qū)河床年自然淤積強(qiáng)度約為0.25m/a。本工程碼頭泊位區(qū)開挖后，泥沙淤積強(qiáng)度約為0.6m/a。根據(jù)工程實施前水深測圖顯示，碼頭所在區(qū)域特別是下游端的位移有較大淤積。

2.3 工程地質(zhì)

碼頭所在區(qū)域水下地形較平緩，碼頭后沿泥面標(biāo)高一般為+1.0m～-1.0m，碼頭前沿泥面標(biāo)高一般為-4.0m～-6.0m?？辈靺^(qū)地貌屬長江三角洲濱海平原近岸河床與淺灘。

工程區(qū)域泥面起伏較小，土層分布比較穩(wěn)定。表層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土，下部為黏土與粉細(xì)砂層交互。較好的樁基持力層選用灰色黏土夾砂層。該層分布穩(wěn)定，頂板標(biāo)高一般為-40.0m～-43.0m，厚度較大且物理力學(xué)指標(biāo)良好。

3 工程建設(shè)難點(diǎn)

本工程為改建工程，要求在原有岸線基礎(chǔ)上將部分已建老碼頭拆除新建，最終形成350m長的一座連片式碼頭。老碼頭始建于20世紀(jì)90年代，由連片式碼頭、2座系纜墩、1座靠船墩、3座橋墩組成（見圖1），占用岸線長度為350m，碼頭樁基布置復(fù)雜，且竣工資料缺失。本改建工程擬拆除原系纜墩、靠船墩與橋墩，將連片式碼頭上游48m、下游110m碼頭改建為連片式碼頭，與原有192m碼頭連成一片（見圖2）。

由于碼頭位于長江口南港南岸，為防止對周邊水域的流態(tài)產(chǎn)生影響，設(shè)計排除了采用不透空碼頭結(jié)構(gòu)的可能。根據(jù)地質(zhì)條件情況，高樁梁板式碼頭仍是本工程的首選結(jié)構(gòu)形式。

明確總體改建方案后，方案設(shè)計中面臨著眾多亟需解決的難點(diǎn)，主要有面臨竣工資料缺失、老碼頭保留結(jié)構(gòu)對施工的干擾、老碼頭樁基與新建結(jié)構(gòu)樁基存在交叉碰樁的可能等。

4 建設(shè)難點(diǎn)應(yīng)對措施

針對竣工資料缺失的問題，工程建設(shè)前，先行對老碼頭結(jié)構(gòu)包括樁位進(jìn)行了調(diào)查，檢測單位出具了檢測報告對碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了安全性、耐久性評估，并繪制了老碼頭樁位圖。圖3為系纜墩樁位示意圖，為碼頭擴(kuò)建設(shè)計提供了依據(jù)。

針對老碼頭保留結(jié)構(gòu)的干擾問題，工程設(shè)計時及時與有關(guān)施工單位進(jìn)行溝通，制定了便于施工的設(shè)計方案。主要考慮在無法采用打樁船進(jìn)行水上沉樁的位置改為采用鉆孔灌注樁，以避免對已建結(jié)構(gòu)及周邊碼頭的影響。

本工程最大的建設(shè)難點(diǎn)在于，根據(jù)碼頭檢測報告的結(jié)果，老碼頭系纜墩、橋墩的基樁由于破損嚴(yán)重已經(jīng)不適合繼續(xù)作為工程樁使用，故要對該部分的上部結(jié)構(gòu)和基樁進(jìn)行適當(dāng)處理。在制定工程建設(shè)方案之初，考慮到碼頭區(qū)域水下老碼頭基樁較多且樁位較為復(fù)雜，為保證新建碼頭基樁的沉樁施工安全，設(shè)計最初提出了“拔樁”的施工方案，其工藝流程如圖4所示。

圖5為工藝流程示意圖，由左至右，各工序依次為：（a）振入Φ700mm定向?qū)Ч?；（b）振入Φ1100mm外套管；（c）拔出定向?qū)Ч?，并在外套管與樁體間隙沖排泥；（d）振入Φ700mm內(nèi)套管，并反復(fù)振拔；（e）拔出Φ700mm內(nèi)套管，再拔除樁體。

拔樁過程中，所需的主要設(shè)備有：起重船1艘，90KW振動錘1臺，高壓水泵1臺，高壓水槍1支。

根據(jù)國電江蘇諫壁電廠碼頭改造的工程經(jīng)驗，該拔樁工藝各工序所需工作時間如表1所示。

此方案預(yù)計每拔一根樁需耗費(fèi)約12小時。因此，若采取此方案勢必對工期造成嚴(yán)重影響。此外，本工程緊鄰長江防汛大堤，老碼頭原有基樁拔除后，土的物理力學(xué)指標(biāo)C、Ф值可能有所降低，且拔樁施工過程中產(chǎn)生的振動，可能對防汛大堤造成損壞。因此，處于安全及經(jīng)濟(jì)方面的考慮，要求在不拔除原有基樁的前提下進(jìn)行樁位設(shè)計。因此，這就給樁位的設(shè)計帶來了很大困難，避免新、老樁相碰成為本項目設(shè)計和建設(shè)的最大難點(diǎn)。

針對上述本工程的設(shè)計難點(diǎn)，設(shè)計會同業(yè)主、施工方根據(jù)實測的老碼頭樁基資料進(jìn)行分析研究。實測的老碼頭樁位圖顯示，系纜墩和橋墩的基樁縱橫交錯，樁位布置復(fù)雜，基本無規(guī)律可循。根據(jù)改建后的碼頭設(shè)計荷載和使用要求，考慮在碼頭上部結(jié)構(gòu)拆除后，將原有基樁在泥面處截斷，以免形成懸臂，對新建基樁安全形成威脅。

為避免新建基樁與老碼頭基樁發(fā)生碰樁，首先需指定合理的碼頭排架間距，使新、老基樁位置能夠盡量錯開，且樁間凈距能夠保持一定范圍。通過多方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選，本工程排架間距最終定為7.1m；為避免和現(xiàn)有水下基樁產(chǎn)生沖突，個別排架間距定為5.1m和6m；基樁采用Φ800mmPHC樁，每榀排架布置6根樁；合理安排了碼頭分段長度，使新建基樁最大限度地避開了老碼頭基樁。

為杜絕新、老基樁發(fā)生碰樁，設(shè)計利用AutoCAD軟件功能對新老基樁進(jìn)行了三維圖形模擬，真實再現(xiàn)了水下基樁的長度、斜度及扭角等狀態(tài)。圖6為局部樁位CAD的平面模擬圖，圖7則為局部樁位CAD的三維模擬圖。

在AutoCAD三維顯示模式下，通過對新建基樁扭角、斜度及位置的調(diào)整，達(dá)到了使新建基樁與老碼頭基樁完全避開的目的，同時也兼顧了打樁船的合理調(diào)度等諸多問題。

5 實踐效果

本工程碼頭基樁共136根，沉樁工作共歷時31天，無碰樁情況發(fā)生。相對于“拔樁”方案，大量節(jié)省了時間，并避免了大型船機(jī)設(shè)備的投入。

6 體會

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，為滿足船舶和起重機(jī)械的大型化發(fā)展趨勢，我國在50～80年代建造的大部分碼頭都需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造甚至重建。而目前我國的岸線資源十分緊缺，因此在現(xiàn)有岸線上如何經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行碼頭重建工作，將成為未來幾年水運(yùn)工程行業(yè)所面臨的新課題。誠然，新的施工技術(shù)的發(fā)展使以前看似空中樓閣的工程成為了現(xiàn)實，但如果在工程建設(shè)初期階段就能夠充分利用各種設(shè)計手段，令設(shè)計軟件發(fā)揮最大功效，就可以有效地降低施工難度，加快工程進(jìn)度、節(jié)約工程投資。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢偉浩，金小娟，孟曉軍.水上無導(dǎo)向架斜樁拔除施工實踐[J].港工技術(shù)與管理，2008（03）：1-7.