已建成碼頭增設(shè)驗(yàn)潮站方案探析

朱金民

摘 要：久性驗(yàn)潮站通常與碼頭或防波堤同時(shí)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，達(dá)到布局合理，便于施工的目的。但濱州港驗(yàn)潮站在碼頭建成后立項(xiàng)，作為單體建設(shè)工程量大，造價(jià)高，本文特從滿足永久性驗(yàn)潮站使用要求和降低施工費(fèi)用方面進(jìn)行研究，最終選擇在碼頭護(hù)岸胸墻面層和岸壁進(jìn)行植筋，錨固H型鋼支架，由支架懸挑驗(yàn)潮井的方案。該方案既保證了驗(yàn)潮站的穩(wěn)固性，又避免了海上樁基施工，降低了施工費(fèi)用，建成后完全達(dá)到使用要求。該方案不僅對(duì)后增驗(yàn)潮站有借鑒意義，對(duì)碼頭類似新增設(shè)施或構(gòu)筑物也具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：碼頭植筋 錨固 支架 懸挑 驗(yàn)潮站

1.引言

濱州港地區(qū)無(wú)歷史水文觀測(cè)資料，建港期間參考黃驊港潮汐數(shù)據(jù)，給工程建設(shè)造成了諸多不便，隨著環(huán)渤海灣地區(qū)的發(fā)展和完善濱州地區(qū)水文資料的需要，海洋局主持在濱州港附近設(shè)立永久驗(yàn)潮站，在設(shè)計(jì)單位出具意向方案后，業(yè)主向施工方征求合理化建議，本文主要從降低造價(jià)和減少對(duì)碼頭水域的占用方面進(jìn)行了新的方案探索。

2.研究概況

2.1工程概況

濱州驗(yàn)潮站擬建于濱州港附近區(qū)域，本工程主要結(jié)構(gòu)為一個(gè)驗(yàn)潮井、一個(gè)溫鹽井和一間工作用房。驗(yàn)潮井和溫鹽井采用鋼護(hù)筒外包混凝土防凍結(jié)構(gòu)，在兩井筒上方建設(shè)工作用房。

2.2 技術(shù)參數(shù)

濱州港設(shè)計(jì)極端高水位5.14m，極端低水位-1.3m，碼頭面層高程6.0m。9月至翌年4月6級(jí)風(fēng)以上天數(shù)20天，年極端最低氣溫 -15.6℃。業(yè)主技術(shù)規(guī)格書(shū)中要求井口應(yīng)高于當(dāng)?shù)乩碚撟罡叱蔽?.5m（即高程6.64m），井底應(yīng)低于當(dāng)?shù)乩碚撟畹统蔽?m（即-2.3m）。結(jié)構(gòu)具有抗臺(tái)風(fēng)能力，須保持水平且不沉降。

3.課題研究?jī)?nèi)容

3.1國(guó)內(nèi)技術(shù)調(diào)研

驗(yàn)潮站常規(guī)建設(shè)方案為與碼頭或防波堤結(jié)構(gòu)相結(jié)合，無(wú)碼頭等構(gòu)筑物時(shí)采用由岸向海搭設(shè)引橋，在合適水深處建設(shè)樁基承臺(tái)，以樁基承臺(tái)為基礎(chǔ)建設(shè)驗(yàn)潮站。

濱州海岸線平緩，水深較淺，近岸無(wú)法滿足驗(yàn)潮站工作要求。碼頭深入海中17公里，自然水深-4m，考慮到施工和后期觀測(cè)的便利性，選擇依托碼頭護(hù)岸建設(shè)驗(yàn)潮站。

3.2方案比選和確定

3.2.1方案比選

因驗(yàn)潮用房方案相同，因此僅選擇下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行比選。

（1）設(shè)計(jì)方案一：灌注樁承臺(tái)基礎(chǔ)。

首先搭設(shè)水上灌注樁施工平臺(tái)，由履帶吊在碼頭胸墻上吊振動(dòng)錘依次沉設(shè)小鋼管樁，樁頂?shù)跹b焊接工字鋼聯(lián)系梁，連系梁上架設(shè)貝雷架作為主梁，貝雷架上安放小工字鋼做次梁，次梁上鋪設(shè)預(yù)留樁孔的鋼板。平臺(tái)搭設(shè)完成后，沉設(shè)灌注樁鋼護(hù)筒穿過(guò)拋石層，安放沖擊鉆機(jī)鉆孔，成孔后現(xiàn)澆灌注樁。完成6根灌注樁后，現(xiàn)澆樁基承臺(tái)，承臺(tái)設(shè)置驗(yàn)潮井孔位和預(yù)埋件，預(yù)制驗(yàn)潮井、溫鹽井穿過(guò)孔位并通過(guò)預(yù)埋件固定在承臺(tái)上。

（2）設(shè)計(jì)方案二：引橋+PHC樁承臺(tái)基礎(chǔ)。

打樁船在距護(hù)岸25m外沉設(shè)PHC樁（避開(kāi)拋石基床和護(hù)坦），承臺(tái)施工工藝同方案一。驗(yàn)潮站與碼頭的連接通道采用鋼引橋方式，引橋施工工藝參照方案一，因該引橋?yàn)橛谰媒Y(jié)構(gòu)，小鋼管樁和上部鋼結(jié)構(gòu)采取防銹措施。

（3）設(shè)計(jì)方案三：碼頭錨固支架懸挑法

在碼頭岸壁和胸墻面層植筋，鋼墊板，鋼板上焊接H型鋼支架，由支架懸挑驗(yàn)潮井、溫鹽井。將胸墻上方的H型鋼澆筑在牛腿結(jié)構(gòu)內(nèi)，在牛腿上建設(shè)驗(yàn)潮用房。

3.2.2方案確定

方案二的引橋+PHC樁方案因PHC樁由護(hù)岸深入海中25m以上，影響了港區(qū)整體規(guī)劃，方案不可行。方案一中小鋼管樁沉設(shè)和灌注樁成孔要穿透7m厚的拋石基床層，施工難度大，樁長(zhǎng)超過(guò)30m，材料和機(jī)械設(shè)備種類多、用量大，施工周期長(zhǎng)，進(jìn)入冬季將大大增加施工難度，成本高、風(fēng)險(xiǎn)大。而方案三主材僅為H型鋼 ，且植筋、型鋼支架焊接施工速度快，所用機(jī)械設(shè)備少，安全環(huán)保有保障，且成本大幅降低，驗(yàn)潮站結(jié)構(gòu)及碼頭抗傾、抗滑以及整體穩(wěn)定性等委托中交一航院進(jìn)行了細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，符合要求，因此選用方案三。

3.3方案工藝原理

通過(guò)在碼頭鋼筋混凝土胸墻上植筋，錨固定位鋼板，將H型鋼組合布置成上下兩層支架，H型鋼與定位鋼板焊接連接，驗(yàn)潮井通過(guò)預(yù)埋在井壁上的上下兩層支撐，分別懸掛在上下兩層H型鋼支架上，懸掛點(diǎn)通過(guò)與支架焊接進(jìn)行穩(wěn)固連接。錨固在胸墻面層上H型鋼橫梁和水平斜撐埋入驗(yàn)潮用房的牛腿基礎(chǔ)，形成富余固定端作用，最后在牛腿上建設(shè)驗(yàn)潮用房。

3.4工藝流程及操作要點(diǎn)

3.4.1驗(yàn)潮井預(yù)制

簡(jiǎn)易驗(yàn)潮井一般為鋼筒結(jié)構(gòu)，但濱州港水域每年有3個(gè)月左右的結(jié)冰期，因此將鋼筒包覆一層20cm厚巖棉，形成保溫層，在驗(yàn)潮井兩側(cè)壁及底部分別埋設(shè)帶錨筋的10塊預(yù)埋鋼板（上層6塊，下層4塊），澆筑壁厚為50cm的混凝土，養(yǎng)護(hù)完成后在混凝土面層浸漬硅烷防腐。

驗(yàn)潮井通過(guò)兩側(cè)壁的10個(gè)支撐掛在型鋼支架上，支撐為焊接在預(yù)埋鋼板上的H型鋼，焊接時(shí)確保同層支撐在同一高度上，上下層支撐的間距精確，以確保吊裝后各支撐受力均衡。

3.4.2 胸墻植筋

碼頭面層以及高水位以上的胸墻立面鉆孔使用風(fēng)鉆，水面以下使用水鉆。雙組分植筋膠注入孔內(nèi)后，緊接插入精軋螺紋鋼，使螺紋鋼豎直位于孔中間。

3.4.3.H型鋼加工制作

首先通過(guò)鋼墊板位置測(cè)量數(shù)據(jù)繪制鋼墊板三維空間分布圖，根據(jù)三維圖形進(jìn)行H型鋼的空間交叉模擬，確定每根H型鋼的位置、長(zhǎng)度（翼緣、腹板）和端頭切割傾角，確保安裝時(shí)能準(zhǔn)確連接，下料后涂刷三層防銹漆。

3.4.4.支架焊接組裝

焊接時(shí)采用埋弧焊，焊劑選用焊劑HJ431，并且在250℃溫度下烘干2h；焊絲選用H08A，φ4mm，用鋼絲刷清除焊縫附近至少20mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等雜物，為保證引弧端及收弧斷焊接質(zhì)量，在工件兩斷焊接引弧板及引出板，引弧板和引出板的長(zhǎng)度大于或等于150mm，寬度大于或等于100mm，焊縫引出長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于80mm，保證引弧及收弧處質(zhì)量，防止產(chǎn)生弧坑裂紋，焊縫高度14mm，焊接完成后在焊口及周邊補(bǔ)刷防銹漆。

3.4.5吊裝驗(yàn)潮井、溫鹽井

（1）吊索具及吊耳計(jì)算

驗(yàn)潮井混凝土重量為13.17m3×2.5t/m3=32.93t， 溫鹽井鋼結(jié)構(gòu)為（含進(jìn)水管、堵頭鋼板）0.81m3×7.8t/ m3=6.32t， HW250b型鋼支撐重量為：10個(gè)×0.365m×82.2kg/ m÷1000=0.3t，填充保溫巖棉重量為4.71 m3×0.18t/m3=0.85t，溫鹽井（驗(yàn)潮井進(jìn)水管少于溫鹽井，其余相同）重量為40.4t。

驗(yàn)潮井立起過(guò)程中使用兩臺(tái)吊車抬吊，主吊機(jī)吊裝過(guò)程中最大跨距10m，租用符合要求的150t汽車吊作為主吊機(jī)，副吊機(jī)使用安裝型鋼支架的50t輪胎吊。選擇6×37+1鋼絲繩，吊繩穿過(guò)吊耳上的卡環(huán)，單股吊繩容許拉力10.1t，取6倍安全系數(shù)，破斷拉力60.6t，查鋼絲繩拉力表知37mm鋼絲繩即滿足要求，因此使用碼頭施工時(shí)的40mm鋼絲繩進(jìn)行吊裝。

選用板式吊耳焊接在混凝土井筒上端堵頭鋼板上，上下端各使用兩個(gè)吊耳，使用與鋼板和鋼筒相同材質(zhì)的Q235B鋼板。以上端吊耳為例，上端單個(gè)吊耳最大受力為20.2t，查閱起重吊裝手冊(cè)25t卡環(huán)的銷軸直徑D為69mm，為保證銷軸插入吊耳孔后能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，銷耳孔直徑d取75mm，

根據(jù)拉曼公式：

最終取δ=40mm，a=70mm， B=190mm，R=112.5mm。

（2）吊裝

用兩臺(tái)吊車抬吊驗(yàn)潮井和溫鹽井，待驗(yàn)潮井直立后，摘掉下部吊點(diǎn)，主吊機(jī)將驗(yàn)潮井從支架外口緩緩下降，待驗(yàn)潮井支撐下降至接近支架橫梁20cm處，通過(guò)左右調(diào)整，驗(yàn)潮井對(duì)準(zhǔn)支架入口中間位置后，通過(guò)吊車變幅將驗(yàn)潮井緩緩進(jìn)入支架。

支撐到達(dá)標(biāo)識(shí)位置后下降吊鉤，將支撐落在橫梁上（上層橫梁井口外加了一層鋼板以改善受力狀態(tài)），檢查位置無(wú)誤后，將支撐與上層鋼板和下層橫梁焊接連接。3.4.6驗(yàn)潮用房施工

驗(yàn)潮用房分基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)施工，基礎(chǔ)將胸墻上部的支架橫梁和水平斜撐澆筑在一起，上部結(jié)構(gòu)為框剪結(jié)構(gòu)，有一門(mén)一窗，完成現(xiàn)澆柱后，進(jìn)行砌體和過(guò)梁施工，完成后進(jìn)行剪力墻和屋面施工，最后進(jìn)行裝飾裝修施工。

3.4.7工藝關(guān)鍵技術(shù)研究

本工藝主要通過(guò)胸墻植筋，固定鋼墊板，將型鋼焊接在鋼墊板上，形成支架體系，用來(lái)懸挑附加設(shè)施，本工藝最大程度減少了對(duì)碼頭水域的占用，并全部采用陸上施工，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了工程造價(jià)。

4.工藝實(shí)施效果

通過(guò)施工過(guò)程中的嚴(yán)格控制，驗(yàn)潮井和溫鹽井均準(zhǔn)確地安裝到了預(yù)定位置，驗(yàn)潮站如期投入使用，完全滿足了水文站的使用要求。

本工藝將驗(yàn)潮井的預(yù)制、植筋、H型鋼下料和初步組合拼裝同步進(jìn)行，僅用1個(gè)月即完成下部結(jié)構(gòu)施工，且對(duì)碼頭水域的占用最少，施工過(guò)程安全環(huán)保，質(zhì)量控制良好。經(jīng)過(guò)估算，方案一和方案二造價(jià)均超過(guò)300萬(wàn)，而本文選用的方案造價(jià)僅130余萬(wàn)，節(jié)省了大量時(shí)間和造價(jià)，得到了業(yè)主的高度贊揚(yáng)。

5.結(jié)論

通過(guò)胸墻植筋，錨固支架懸挑驗(yàn)潮井，避免了在水上建設(shè)驗(yàn)潮井樁基承臺(tái)的復(fù)雜工藝，既節(jié)省了工期，又大大降低了工程造價(jià)，且完全滿足使用要求，該工藝是一次成功的嘗試，對(duì)今后類似碼頭附加設(shè)施或構(gòu)筑物的建設(shè)具有較大的參考價(jià)值。

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