場地受限條件下的高樁碼頭加固改造施工工藝

高 駿

(1.中船第九設計研究院工程有限公司， 上海 200063； 2.上海海洋工程和船廠水工特種工程技術研究中心， 上海 200063)

場地受限條件下的高樁碼頭加固改造施工工藝

高 駿1，2

(1.中船第九設計研究院工程有限公司， 上海 200063； 2.上海海洋工程和船廠水工特種工程技術研究中心， 上海 200063)

針對場地受限條件下的高樁碼頭加固改造工程，圍繞碼頭結構拆除和新增樁基施工會對鄰近保留結構產(chǎn)生不利影響的關鍵問題，結合鎮(zhèn)江港、泰州港等碼頭加固改造工程實際案例，總結分析相關施工工藝的優(yōu)缺點，明確適合于有限施工空間的碼頭結構拆除原則與方法，提出柴油錘與振動錘聯(lián)合沉樁的新增樁基陸上施工工藝，對類似高樁碼頭的加固改造工程具有一定的參考借鑒價值。

受限制場地; 高樁碼頭; 加固; 改造

0 前 言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展及船舶大型化發(fā)展趨勢，岸線開發(fā)日趨飽和、現(xiàn)有港口等級偏低、靠泊能力不足等對港口建設的制約日益突出，因此我國沿江沿海碼頭進行了大規(guī)模的加固改造，進入新建與加固改造并舉的階段。

高樁碼頭結構的加固改造主要包括原結構的拆除、新增樁基的施工、新建上部結構的施工和原結構破損部位的加固修復等。

本文針對場地受限條件下的高樁碼頭加固改造工程，圍繞碼頭結構拆除和新增樁基施工兩個方面的關鍵問題，較系統(tǒng)地總結分析目前國內(nèi)的相關施工工藝，并結合鎮(zhèn)江港、泰州港等碼頭加固改造工程開展實際案例分析，為類似工程設計及施工提供參考。

1 碼頭結構拆除工藝

1.1 高樁碼頭上部結構拆除技術

在高樁碼頭加固改造工程中需要拆除的上部結構類型較多，有較薄的面板，也有大體積的橫梁、縱梁、墩臺等結構。常見混凝土的拆除方法主要有：鉆孔爆破法、混凝土膨脹破裂法、高能燃燒劑爆破法、機械切割或鋸切法、火焰切割法、機械直接撞擊法、鉆孔水壓爆破法、鉆孔機械拆除法、電弧法和氧氣槍切割法等10種方法[1]。

需要注意的是，在施工場地有限的條件下，一些拆除方法可能會對保留結構造成不利影響。金剛石繩鋸切割拆除法[2]是近些年發(fā)展起來的一種環(huán)保、高效、安全的新型靜力拆除施工方法，是一種無損性拆除方法，尤其適用于既有拆除又有加固且不傷害保留部位的加固改造工程。目前通常采用切割加風鎬鑿除的方式進行處理。

1.2 樁基拆除技術

目前港口工程上應用較多的樁基清除方法主要包括拔樁和割除兩類。

(1) 拔樁方法。拔樁方法可以大致分為兩類：直接拔樁法和間接拔樁法[3]。

(2) 割除方法。割除方法一般采用直接割除或利用風鎬等鑿除混凝土后再割除鋼筋的方式。直接割除采用無振動直線切割技術對樁基進行拆除。

在碼頭加固改造中，采用拔除的方式會對相鄰的碼頭結構產(chǎn)生較大的影響。因此，為了在有限的施工空間中盡可能地避免這種影響，應采用割除的方式處理。

1.3 碼頭結構拆除案例分析

以鎮(zhèn)江大港港區(qū)某泊位的拆除案例進行分析。

(1) 原結構方案。需拆除泊位碼頭結構高樁梁板式，碼頭總寬均為28 m，分前后平臺。如圖1所示，前平臺寬為14.5 m，后平臺寬為13.5 m。碼頭排架間距為7 m，前平臺每榀排架布設5根砼方樁，后平臺布設2根樁基。前平臺上部結構由現(xiàn)澆橫梁、預制預應力軌道梁、空心板組成，后平臺上部結構為現(xiàn)澆橫梁和空心板。

圖1 原碼頭結構斷面

(2) 加固改造方案。加固改造碼頭結構斷面如圖2所示。新建尺寸為12 m×5.6 m的系靠墩臺，每個系靠船墩布置8根Φ 1 200 mm鋼管樁，鋼管樁內(nèi)灌注砼。系靠墩臺與原碼頭橫梁及新建軌道梁之間采用結構縫隔離。為使打樁設備能沉樁，施工前改造排架拆除改造處的面板。

(3) 碼頭結構拆除方案。在碼頭結構加固改造施工時，需對原碼頭結構中的疊合板、縱梁、靠船構件和現(xiàn)澆橫梁等構件進行拆除，而各構件較緊密且互相有關聯(lián)，拆除時需注意相互影響。另一方面，加固改造工程施工作業(yè)面一般都較小，拆除中切割機、吊機等機械會交叉作業(yè)，同時又要兼顧相鄰泊位的生產(chǎn)運轉，兩者間的相互干擾較大，給整體施工帶來不便。

針對上述問題，結合高樁式碼頭結構特點，應遵循從上到下、先附屬后主體的拆除原則。按先上部結構后樁基工程，先系靠設施后梁板結構，先陸上后水上，先局部施工后整體開展的分步原則組織施工。

碼頭結構拆除采用繩鋸切割配合浮吊吊裝施工工藝，先將碼頭前平臺面板、縱向梁系、橫梁分塊進行切割拆除吊裝，再將平臺橫梁整體拆除吊裝，方樁前期采用繩鋸水下切割，后期采用搖樁工藝。通過以上措施，較好地達到了預期的碼頭結構拆除目標，最大程度上避免對相鄰碼頭結構的干擾。

圖2 加固改造碼頭結構斷面

2 新增樁基施工工藝

由于在高樁碼頭加固改造工程中新增樁會受到場地條件限制，需要針對不同的情況在施工時做出不同的選擇。通常，樁基施工分為水上和陸上兩種施工方式。

本節(jié)分別以泰州港泰興港區(qū)某萬噸級通用碼頭結構加固改造工程和鎮(zhèn)江港大港港區(qū)某泊位加固改造工程為例，對水上和陸上兩種沉樁方式進行對比分析。

2.1 常規(guī)打樁船沉樁

在碼頭改造施工中，由于老碼頭部分結構需要保留，施工水域又較為狹窄，常規(guī)打樁工藝受到很大的限制。以“泰州港泰興港區(qū)過船作業(yè)區(qū)泰州市某萬噸級通用碼頭結構加固改造工程”為例進行說明。

2.1.1 工程概況

(1) 原碼頭概況。碼頭平臺長為183 m，寬為22 m，其中前方樁臺寬為15 m，后方樁臺寬為7 m。碼頭平臺為高樁梁板式結構，前樁臺排架間距為6 m，每榀排架設基樁5根，為預應力鋼筋混凝土空心方樁，上部構造采用現(xiàn)澆橫梁、預制縱梁和預應力砼軌道梁，面板采用疊合板。

(2) 加固改造方案。拆除原碼頭結構的部分排架及上部梁、板等相關構件，選擇5處共6榀排架進行拆除。在拆除位置新建5個系靠船作業(yè)墩臺，系靠船墩尺寸為7 m×12 m(縱向×橫向)和7 m×10 m(縱向×橫向)兩種，每個墩臺下部樁基均采用7根Φ1 200 mm的TSC+PHC組合樁。改造的平面及斷面如圖3所示。

2.1.2 樁基施工分析

新建墩臺位于原有排架中部，新增樁基距離碼頭前沿最遠為5 m，單根樁最大質(zhì)量約為76 t。有兩類打樁船可以滿足上述TSC樁的沉樁要求：一類為打樁平臺外挑出船前舷較長的常規(guī)打樁船；另一類為全回旋打樁船。

本項目沉樁是難點，受碼頭現(xiàn)有結構限制，需要打樁船龍口挑出大于5.5 m才能滿足施工要求。針對這一難點，施工選用打樁船水上沉樁，用GPS系統(tǒng)控制樁的斜率和傾角，結合全站儀復核，用D138筒式柴油打樁錘打樁。通過這些措施，順利完成了樁基施工，沉樁效果良好。

圖3 加固改造結構平面

2.2 陸上及吊打等方式沉樁介紹

以“鎮(zhèn)江港大港港區(qū)某泊位加固改造工程”為例進行說明，分析比較3種沉樁方式，最終確定柴油錘與振動錘聯(lián)合沉樁的施工方式。

2.2.1 工程概況

(1) 原碼頭概況。碼頭為高樁梁板式，碼頭總寬均為28 m，分前后平臺。前平臺寬度為14.5 m，后平臺寬度為13.5 m。碼頭排架間距為7 m，前平臺每榀排架布設5根方樁，后平臺布設2根樁基。前平臺上部結構由現(xiàn)澆橫梁、預制預應力軌道梁和空心板組成。

(2) 加固改造方案。加固改造碼頭結構斷面如圖2所示。增設12 m×5.6 m的系靠墩臺，每個系靠船墩布置8根Φ 1 200 mm鋼管樁，鋼管樁內(nèi)灌注砼。系靠墩臺與原碼頭橫梁及新建軌道梁之間采用結構縫隔離。為使打樁設備能夠沉樁，施工前改造排架拆除改造處的面板。

2.2.2 沉樁方案介紹

(1) 陸上打樁機沉樁。根據(jù)樁基及場地情況，選擇配備合適錘型的陸上打樁機。由于陸上打樁機樁架高度有限，因此鋼管樁需分節(jié)沉放，上下兩節(jié)現(xiàn)場進行焊接。

(2) 導向架配合振動錘沉樁。振動錘是樁基礎施工中的重要設備之一，振動錘不僅可以沉拔混凝土預制管樁(PHC樁)、各類型鋼板樁、鋼護筒和鋼管樁，還可用于振動沉管灌注樁、薄壁防滲墻、地表壓實和深層土層致密工程的施工。振動錘具有其他各種沉樁設備的優(yōu)點，如低振感、低噪聲、無水氣污染、高效、機動性強等。

(3) 柴油錘與振動錘聯(lián)合沉樁[4]。本工程鋼管樁直徑為1.2 m，樁長為47～51 m。沉樁區(qū)域地質(zhì)變化較大，用振動錘施打后仍超設計高度2～7 m。針對這一問題，后續(xù)采用柴油錘吊打的施工方案，對超高樁進行復打。施工時結合現(xiàn)場實際情況，充分考慮設備樁錘和樁架質(zhì)量、起重能力、起吊高度等因素，確定選用180 t浮吊配合D138柴油錘進行沉樁。采用柴油錘與振動錘聯(lián)合沉樁的工藝[5]，使得本工程所有鋼管樁均達到設計要求。

在高樁梁板碼頭加固改造施工中，單一打樁方案往往不能全面滿足施工要求，應結合具體工程情況開展分析比較，相互結合使用。例如鎮(zhèn)江港大港港區(qū)9#泊位加固改造工程采用柴油錘與振動錘聯(lián)合沉樁的工藝，達到了較好的效果。

3 小 結

針對場地受限條件下的高樁碼頭加固改造工程，結合鎮(zhèn)江港、泰州港等碼頭加固改造工程的實際案例，總結分析結構拆除和樁基施工兩個方面的施工工藝，為類似工程設計及施工提供參考。主要結論如下。

[][]

(1) 碼頭結構拆除是整個加固改造工程施工的前置條件，整個過程需要避免對相鄰結構產(chǎn)生干擾和影響。總體拆除原則可遵循從上到下、先附屬后主體的拆除原則。碼頭上部結構拆除可采用切割面平整、精準度高、對保留構件破損影響小的繩鋸法，樁基拆除可采用割除的方式，減小有限施工空間中的相互干擾。

(2) 在新增樁基施工中，受原有老結構影響，常規(guī)打樁工藝難以實施。傳統(tǒng)的水上打樁船工藝對樁基的位置、斜率及扭角有更嚴格的要求，而陸上沉樁工藝又存在各自的局限性。實踐經(jīng)驗表明，采用柴油錘與振動錘聯(lián)合沉樁的工藝可以更好地滿足樁基的布置位置、斜率及扭角要求，可以有效解決在場地受限及地質(zhì)復雜條件下單一沉樁工藝難以解決的問題，體現(xiàn)出聯(lián)合沉樁工藝的優(yōu)勢，且易于推廣。

[1] 苗勝坤.大體積混凝土部分拆除方法綜述[J].人民長江，2000(5)：18-19.

[2] 董進和.繩鋸切割靜力拆除法在鋼筋混凝土拆除工程中的應用[J].港口科技，2014(9)：29-31.

[3] 馬洪新，張樹森，王艷濤，等.水下樁基清除方法研究[J].港工技術，2014(6)：57-60.

[4] 郭喜柱，葉躍平，佟冠中.高樁碼頭改建沉樁施工工藝[J].水運工程，2015(8)：74-77.

[5] 王靚，張飛. 碼頭加固改造方法淺析[J].山西建筑，2009, 35(12):89-90.

Technology of High Pile Wharf Reinforcement and Reconstruction under Restricted Site

GAO Jun1，2

(1.China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd.， Shanghai 200063， China;2.Shanghai Research Centre of Ocean & Shipbuilding Maritime Engineering, Shanghai 200063， China)

According to the reinforcement and reconstruction of high pile wharf under restricted site, the key problems about the demolition of wharf and new pile foundation construction which have adverse effects on adjacent retention structure are discussed. The advantages and disadvantages of related construction technology are summarized combined with the case of the wharf reinforcement and reconstruction project in Zhenjiang and Taizhou ports, The principle and method of demolition of wharf structures suitable for limited construction space are defined. The land construction technology of new pile foundation combined with diesel and vibratory hammers is put forward, which provides a reference for the similar project of high pile wharf.

restricted site; high pile wharf; reinforcement; reconstruction

高 駿(1983-)，男，工程師，研究領域為船廠水工結構研究

1000-3878(2017)04-0068-04

U655

A