直立防波堤倒桶式基礎(chǔ)構(gòu)件出運安裝的質(zhì)量控制研究

【摘要】倒桶式構(gòu)件是近年來在前海港口碼頭工程中出現(xiàn)的一種整體式直立防波堤鋼筋混凝土薄壁基礎(chǔ)構(gòu)件，具有大體積、可預(yù)制安裝等特性。構(gòu)件能否在工程中發(fā)揮設(shè)計作用，在其質(zhì)量符合要求的前提下，主要取決于構(gòu)件從預(yù)制場搬移上船、海上運輸、駐位出船和下沉安裝等過程的質(zhì)量控制。本文從構(gòu)件特點、安全評估和出運安裝角度出發(fā)，比較分析倒桶式構(gòu)件和沉箱基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)功能異同，總結(jié)分析了出運安裝的安全控制因素，通過對比找到了相對于重力沉箱的成熟出運工藝，該新型構(gòu)件的質(zhì)量控制關(guān)鍵點。結(jié)論可望在構(gòu)件改型、出運風險評估和類似構(gòu)件的安裝質(zhì)量控制中借鑒應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】倒桶式基礎(chǔ)構(gòu)件；淤泥質(zhì)海床；直立防波堤；出運安裝質(zhì)量；風險控制因素

1、工程背景和構(gòu)件概述

隨著全球船運貿(mào)易的發(fā)展，加上一帶一路戰(zhàn)略規(guī)劃需要的轉(zhuǎn)口貿(mào)易，深水港口和前海碼頭的建設(shè)成為必然需求。但我國東部海岸帶受多泥沙河流入海、地球自轉(zhuǎn)及大陸架結(jié)構(gòu)等因素影響，北起遼東灣、渤海灣，經(jīng)蘇北沿海、長江口、杭州灣、閩江口、臺灣西岸，南到海南島西北部、欽州灣等的海岸帶均為平原（淤）泥質(zhì)海岸。在這樣的海床地質(zhì)條件下，常用的堤壩地基處理方案和拋石筑堤方法都不適合，會導(dǎo)致工程造價急遽升高。倒桶式構(gòu)件作為一種適用于深水軟泥地基的一體插入式直立防波堤基礎(chǔ)構(gòu)件，從2008年起經(jīng)過科研攻關(guān)和改型應(yīng)用而生，近幾年逐漸應(yīng)用到工程實踐中。

該構(gòu)件為預(yù)制鋼筋混凝土倒桶式結(jié)構(gòu)，分為上下兩桶，如圖1所示。上桶由兩個圓筒整體澆筑相接，底部沿下桶的短軸方向和下桶上蓋板連接，上部接高形成防波堤擋浪部分和堤面。下桶平面布局是兩個半圓弧段和一組矩形對邊組成的長圓環(huán)形，無底有蓋，被2道橫板和2道縱板劃分成9個隔艙。下桶體闊口通過負壓沉入基槽或插入淤泥中形成防波堤的基床部分，整體具有豎向和水平的承載力和穩(wěn)定性。在構(gòu)件本身質(zhì)量符合要求的條件下，其能否發(fā)揮工程設(shè)計作用主要取決于桶體在出運安裝過程中的質(zhì)量控制。

2、與重力式沉箱的比較

沉箱構(gòu)件作為成熟的港口碼頭筑堤方案，其出運和安裝已經(jīng)積累了比較豐富的經(jīng)驗和施工技巧。將倒桶式構(gòu)件與重力式沉箱比較有助于借鑒沉箱出運的相關(guān)經(jīng)驗，并找到不同點把握倒桶式構(gòu)件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的出運安裝控制要點。表1從兩個基礎(chǔ)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、功能和出運等方面做了比較分析。

由比較可知，兩者相同點為均有承載功能，出運方案一致，可作為借鑒。但兩者結(jié)構(gòu)不同甚至形狀相反，其功能和對場地要求不盡相同，出塢和安裝工藝也不同。在整體上倒桶式結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，安裝技藝和控制要求更高，但整體性更好，一步到位，免除了大量的水下施工，經(jīng)濟性較好?？紤]到出塢難度都不大且出塢方式類似，可以認為兩者的主要區(qū)別是在海面或水中的安裝方式。在借鑒重力式沉箱的成熟出運經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，可以認為安裝控制應(yīng)該是倒桶式構(gòu)件出運安裝的主要關(guān)注點，將在后文作重點介紹。

3、出運安裝風險控制因素

構(gòu)件在合格預(yù)制完成后，最終功能能否達到設(shè)計要求主要取決于運輸和安裝的質(zhì)量控制。即在這一過程中要維持構(gòu)件的質(zhì)量安全，并正確安裝。表2從影響構(gòu)件質(zhì)量安全和功能的角度出發(fā)，分析總結(jié)了構(gòu)件出運安裝風險的控制因素，并做了量化指標以便控制風險和將后安全評估。

這些因素結(jié)合實際預(yù)測勘測數(shù)據(jù)可以評估出運方案的安全性和可行性，也可以考慮相互間的聯(lián)系，計算構(gòu)件出運安裝失效的風險。

4、出運安裝流程

構(gòu)件出運安裝流程可以分為以下三個階段：

1）構(gòu)件離開預(yù)制場進入半潛駁船；

2）拖運至現(xiàn)場附近氣浮離開駁船到達駐位；

3）下沉安裝

根據(jù)前面的比較，在借鑒沉箱出運成熟工藝的基礎(chǔ)上，倒桶式構(gòu)件的質(zhì)量控制關(guān)注點應(yīng)該主要在下沉安裝階段。這里簡單介紹出運過程中與沉箱出運類似的前2個階段，詳細介紹下沉安裝階段。

4.1離場上駁

這個階段又可以拆解細分為以下幾個環(huán)節(jié)：預(yù)制場地內(nèi)臺車搬運、接駁碼頭前臺車、氣囊交接、氣囊滑動上駁。

即倒桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在預(yù)制場地內(nèi)搬運使用臺車，在36m碼頭面上實現(xiàn)臺車-氣囊體系轉(zhuǎn)換，上半潛駁船采用超高壓氣囊搬運工藝。場內(nèi)移動包括臺車就位、頂升、移動。構(gòu)件出運時先拆除中間的活動底模板，拖入移動托盤和氣囊，用氣囊頂升后，卷揚機牽引托盤將構(gòu)件向碼頭移動并最終上駁，如圖2所示。上駁后用混凝土護墊支撐構(gòu)件，并固定構(gòu)件。

4.2海上運輸和氣浮出塢就位

半潛駁運輸構(gòu)件到現(xiàn)場后在下潛坑位置駐位，在起重船配合下將操控平臺安裝在上層圓筒上、系好構(gòu)件的控制錨纜。漲潮后半潛駁開始下潛，構(gòu)件下桶充氣上浮，起重船就位助浮，達到設(shè)計高度穩(wěn)定后由起重船帶出，如圖3所示。而后輔助拖輪就位，共同拖帶桶體駛向基槽安裝位置。

4.3下沉安裝

如前所述，倒桶式基礎(chǔ)的特殊結(jié)構(gòu)決定了其下沉安裝階段是構(gòu)件出運安裝的關(guān)鍵控制點。主要包括三部分：定位、自重排氣下沉和負壓排水下沉，工藝流程如圖4所示。

構(gòu)件在操控充氣平臺、起重船和輔助拖輪共同作用下，平穩(wěn)移動到安裝位置附近后起重船重新拋錨，采用GPS等監(jiān)測措施開始精確測量和定位，并在拖輪的配合下通過絞纜對構(gòu)件的中心和朝向進行定位。起重船頂托倒桶式基礎(chǔ)構(gòu)件在軸線方向定位；起重船的錨機收縮連接桶體纜繩進行橫向定位。

在精確定位構(gòu)件到安裝位置后，控制平臺打開構(gòu)件下桶各隔艙的排氣閥門減小浮力，構(gòu)件在自重作用下開始排氣下沉。直到下桶口距離泥面300mm時，暫停下沉，再次校核GPS定位，確認無誤后緩慢下沉深入淤泥。由于淤泥并非均質(zhì)體，需要時刻監(jiān)測構(gòu)件的水平傾斜高差，超過100mm時需要開啟或關(guān)閉相應(yīng)閥門做糾正。待空氣排盡后，結(jié)束這一環(huán)節(jié)的下沉，開始排水負壓下沉。

啟動排污泵或真空泵，抽出泥水，讓構(gòu)件在桶體內(nèi)負壓作用下繼續(xù)下沉。同理需要時刻監(jiān)測構(gòu)件的水平傾斜高度，如圖5所示，超過100mm時需要開啟或關(guān)閉相應(yīng)泵做糾正，直到桶體安裝到位。

5、總結(jié)

倒桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體性好，免除了大量的水下回填施工，在深水淤泥區(qū)經(jīng)濟性較好。倒桶式直立防波堤基礎(chǔ)構(gòu)件作為一體式擋浪結(jié)構(gòu)能較好的適應(yīng)深水軟泥地基的地質(zhì)條件。其出運安裝的質(zhì)量控制除了需要考慮常規(guī)出場運輸?shù)囊恍╋L險因素外，質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要在新出現(xiàn)的自重排氣下沉和負壓排水下沉的安裝階段。

參考文獻：

[1] 李偉.插入式箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用[J].天津科技， 2011， 38（2）：30-32.

[2] 秦丹，黃鵬舉，劉曉曦.桶式結(jié)構(gòu)運輸出運工藝[J].中國港灣建設(shè)， 2016， 36（3）：69-72.

[3] 盧新露.沉箱出運以及安裝過程的施工質(zhì)量控制[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計， 2015（33）：790.

[4] JTS257-2008，《水運工程質(zhì)量檢驗標準》 [S]. 北京：人民交通出版社，2008.