港口碼頭工程精細(xì)化設(shè)計(jì)應(yīng)用探討

姬銳敏

摘要：為做好港口碼頭工程的精細(xì)化設(shè)計(jì)，文章結(jié)合具體工程案例，對(duì)港口碼頭精細(xì)化設(shè)計(jì)應(yīng)用展開探討，分別從總平面的布置、碼頭結(jié)構(gòu)選型及構(gòu)造、疏浚方式選擇、地基處理、沉箱支承的雙軌道梁作業(yè)、沉箱的低配筋作業(yè)、碼頭面層施工設(shè)計(jì)等方面，分析港口碼頭精細(xì)化設(shè)計(jì)方案。結(jié)果表明，采用精細(xì)化設(shè)計(jì)方式完成港口碼頭工程建設(shè)，可確保工程質(zhì)量的良好性，有效發(fā)揮港口碼頭各項(xiàng)功能，并降低了工程成本，對(duì)同類工程項(xiàng)目建設(shè)具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：港口碼頭;精細(xì)化設(shè)計(jì);應(yīng)用實(shí)例

中圖分類號(hào)：U656.1A471663

0 引言

港口碼頭工程建設(shè)對(duì)于沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。受粗放型設(shè)計(jì)理念的影響，當(dāng)前港口碼頭工程設(shè)計(jì)存在質(zhì)量、成本等問題。為改善港口碼頭設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，確保工程得到高質(zhì)高效建設(shè)，就需要及時(shí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，根據(jù)實(shí)際工程情況采取精細(xì)化設(shè)計(jì)方式，以保證其各項(xiàng)功能及作用的有效發(fā)揮，這也是此次研究的主要目的所在。

1 工程概況

在廣西沿海的某港口的碼頭工程中，港口的長(zhǎng)度約550 m，可設(shè)計(jì)的港口長(zhǎng)度350 m;其港口地區(qū)在全年的降水量約2 664 mm，日降水量約200 mm，此區(qū)域最高氣溫36 ℃，最低氣溫10 ℃，平均氣溫21 ℃;港口的最高風(fēng)速和最低風(fēng)速分別是30 m/s和6 m/s，年平均風(fēng)速13 m/s。根據(jù)現(xiàn)階段港口碼頭的實(shí)際需求，需要進(jìn)行3個(gè)泊位的擬建：1號(hào)泊位是110 000 t的雜貨泊位;2號(hào)泊位是200 000 t多用途的泊位;3號(hào)泊位是420 000 t鋼鐵的專用性泊位。在碼頭的設(shè)計(jì)中，主要包括橫縱梁、停船的部件、面板和水平板等構(gòu)成，其中橫縱梁與水平板是通過混凝土進(jìn)行制作的。

2 港口碼頭工程精細(xì)化設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

所謂精細(xì)是相對(duì)粗放對(duì)立而言的，精細(xì)化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，是指綜合考慮工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量、功能要求、經(jīng)濟(jì)性等方面，采用精細(xì)化、細(xì)節(jié)化、具體化的方式，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而改變?cè)械拇址判驮O(shè)計(jì)問題，以達(dá)到提升質(zhì)量、減少浪費(fèi)的建設(shè)效果。將精細(xì)化設(shè)計(jì)理念引入到港口碼頭工程中，需從項(xiàng)目總體平面布置、結(jié)構(gòu)選型與構(gòu)造、作業(yè)過程中遇到的問題等角度分析，確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，確保工程設(shè)計(jì)及建設(shè)的合理性、經(jīng)濟(jì)性。此外，為更好地應(yīng)用精細(xì)化設(shè)計(jì)理念，根據(jù)此次研究工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，采用了挖巖、地基處理、薄基礎(chǔ)、沉箱支承的雙軌道梁技術(shù)、沉箱低配筋等先進(jìn)技術(shù)。

2.1 總平面的布置

從工程總體來看，平面布置是尤為重要的。在本工程碼頭中，按照兩個(gè)50 000 t的散貨泊位進(jìn)行計(jì)算，確定使用的岸線長(zhǎng)度是520 m，通過考慮后續(xù)泊位銜接，實(shí)際建成有590 m。碼頭面的高程是4.30 m，前沿的停泊水域其底標(biāo)高是-14 m。在本工程中，陸域的縱深約477～715 m。在總平面的布置中，除了按照規(guī)劃、環(huán)保、用地和安全等原則，還要對(duì)碼頭的功能、陸域的形態(tài)、泊位的長(zhǎng)度、總圖的高程、綜合的管網(wǎng)、交通的組織和后續(xù)的發(fā)展等方面進(jìn)行綜合考慮。

2.2 碼頭結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造

由于工程經(jīng)營(yíng)的貨種比較多，為了滿足生產(chǎn)的需求，工藝的技術(shù)方案一定要合理和經(jīng)濟(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)裝卸工藝和機(jī)械設(shè)備的功能性和靈活性進(jìn)行考慮。在本工程的場(chǎng)區(qū)下，覆巖層的埋藏比較淺，沿著擬建碼頭的走向，其巖面的起伏比較大，這種工程場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)條件會(huì)對(duì)碼頭的選型造成一定難度。若碼頭使用樁基的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇驑恫⒉荒苡行нM(jìn)入到較好的土層內(nèi)，則樁基的穩(wěn)定性就比較差;若使用嵌巖樁的話，施工的工藝較為復(fù)雜，其工程費(fèi)用也比較高，要求施工的周期也比較長(zhǎng)。為了滿足碼頭的使用要求以及符合當(dāng)?shù)貙?shí)際施工條件，碼頭的結(jié)構(gòu)采用重力式的沉箱結(jié)構(gòu)。這種沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特色體現(xiàn)于基槽設(shè)置的深度、箱內(nèi)和墻后的回填、沉箱的規(guī)格和軌道梁等部分[1]。

2.3 工程中面對(duì)的問題

2.3.1 疏浚方式選擇

在疏浚方式的選擇中，需要對(duì)疏浚區(qū)的風(fēng)、浪和流等條件進(jìn)行綜合考慮，對(duì)疏浚土物理力學(xué)的指標(biāo)、疏浚深度、方量和面積以及疏浚土處理的方式等方面都要進(jìn)行確定。在此工程港池的水域中，其疏浚量有一定的規(guī)模，可以調(diào)配一些大中型的船機(jī)設(shè)備。港池的水域在碼頭的前方，水域較為寬闊和固定，對(duì)風(fēng)、浪和流等情況也能夠進(jìn)行明確控制，在限制的水域內(nèi)對(duì)船機(jī)的航行的要求并不是很高。此工程港池的水域內(nèi)，其疏浚土的主要組成部分包括淤泥、沖積的粉質(zhì)型黏土、混砂的淤泥、殘積的粉質(zhì)型黏土、頁巖風(fēng)化巖和泥質(zhì)的粉砂巖等，其巖石層的埋藏比較淺，且層理的發(fā)育和原巖的結(jié)構(gòu)都比較清晰，為了降低工程對(duì)周邊的環(huán)境造成大的影響，需要對(duì)其泥土資源進(jìn)行充分利用，在工程港池的水域內(nèi)通過吹填造陸方式進(jìn)行泥土疏浚。為了適應(yīng)土質(zhì)，對(duì)淤泥類土和粉質(zhì)黏土通過普通絞吸式的挖泥船進(jìn)行疏浚。在巖石層，為了避免對(duì)來往船舶和周邊環(huán)境造成影響，不用爆破，而是通過挖巖方式進(jìn)行疏浚。

2.3.2 地基處理及薄基礎(chǔ)技術(shù)

對(duì)此工程的地基處理通過堆載和真空的預(yù)壓以及強(qiáng)夯組合方法進(jìn)行。堆載的預(yù)壓法能夠?qū)Φ刭|(zhì)的條件具有良好的適應(yīng)性，有效確保地基的處理效果，且能夠?qū)﹂_挖的土方內(nèi)全-微風(fēng)化泥質(zhì)的粉砂巖和頁巖進(jìn)行充分利用，從而降低土方外拋量;在除圍堰后的50 m范圍中，出于對(duì)圍堰的穩(wěn)定性考慮，通過插塑料的排水板相關(guān)真空預(yù)壓法對(duì)其進(jìn)行處理，在碼頭后方的30～90 m回填區(qū)通過4 000 kN·m的單擊夯擊實(shí)施強(qiáng)夯處理[2]。

對(duì)碼頭的基床通過薄基礎(chǔ)的技術(shù)進(jìn)行施工，此工程通過重力式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，能有效解決對(duì)地質(zhì)的相適應(yīng)，但因?yàn)橄赂矌r層的埋藏比較淺，需要對(duì)較厚巖層進(jìn)行挖除，在充分分析基巖的巖性后，考慮使用大功率的絞吸挖船，通過靜態(tài)切割的方式進(jìn)行開挖，這樣對(duì)開挖面下的巖層基本不會(huì)產(chǎn)生破壞，也能夠保證巖層較高的承載力，并將切割分層的開挖控制于1 m內(nèi)。

2.4 引入先進(jìn)技術(shù)

2.4.1 沉箱支承的雙軌道梁技術(shù)

一般在胸墻的前沿架設(shè)碼頭軌道的梁前軌，在保證碼頭安全性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，出于對(duì)其經(jīng)濟(jì)性的考慮，要求沉箱底寬盡可能地減小。此工程對(duì)經(jīng)濟(jì)性的效果進(jìn)行了綜合考慮，其沉箱的寬度很難覆蓋常規(guī)軌距的10 m軌道梁的后軌范圍，則軌道梁的后軌一般需要進(jìn)行單獨(dú)性架設(shè)。在沉箱的安裝中，通過專用做縫墊的靠板進(jìn)行安裝，此工程設(shè)計(jì)的安裝縫寬是8 cm，將硬雜木進(jìn)行加工為長(zhǎng)50 cm、寬10 cm，且厚度分是3 cm、5 cm和8 cm的3種類型縫板，當(dāng)作調(diào)節(jié)縫寬的墊靠板，在完成安裝后，通過專職的潛水人員實(shí)施下水安裝縫寬和錯(cuò)牙情況的檢查。

在重力式的沉箱碼頭中，地質(zhì)、水文、荷載和混凝土材料等因素會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響，其中填料具有選擇空間，且碼頭斷面的尺度確定主要是由填料選擇而定的。常用的填料包括砂和石料等，若將石料當(dāng)作填料，能夠使沉箱的底寬變得更小，則沉箱的造價(jià)也會(huì)降低，但石料是比較貴的，將石料當(dāng)作填料，會(huì)提高碼頭的造價(jià);將砂當(dāng)作填料的話，沉箱的底寬會(huì)變大，則沉箱的造價(jià)就會(huì)增加，但砂料是比較便宜的，通過砂料當(dāng)作填料，總體看來碼頭的造價(jià)要更低一點(diǎn)。通過綜合考慮，在此工程的碼頭后方通過回砂當(dāng)作填料，并運(yùn)用架軌道梁的后軌思路進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)[3]。

雖然將砂當(dāng)作填料增加了沉箱的底寬變，但出于經(jīng)濟(jì)性的效果考慮，其沉箱的寬度并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)軌距10 m軌道梁的后軌架設(shè)。因此，設(shè)計(jì)出類似吊車的梁支撐型式，通過在沉箱的前后壁相應(yīng)頂部加設(shè)牛腿構(gòu)造的方式，來增加沉箱項(xiàng)部的寬度，并且在沉箱橫隔板上進(jìn)行連系梁的設(shè)置，讓前后梁通過井字梁型式在沉箱的頂上進(jìn)行固定，從而解決前后軌的沉降位移不一致的問題。

2.4.2 沉箱的低配筋技術(shù)

在此工程區(qū)域內(nèi)，外海波浪受到河床地形和水深影響而呈現(xiàn)逐漸消減的狀態(tài)，則進(jìn)入到此工程水域的波浪往往很小。在距離此工程3 km的位置存在沉箱出運(yùn)的專用性預(yù)制場(chǎng)，沉箱通過半潛駁方式拖運(yùn)至施工的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝比較方便。這種方式中，沉箱結(jié)構(gòu)的受力在施工中并不重要，沉箱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度主要由碼頭完成建成持久性的作用而決定，因此在對(duì)擬定的沉箱尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)中，需要對(duì)倉(cāng)格進(jìn)行合理設(shè)置，即對(duì)單個(gè)的沉箱設(shè)置2個(gè)橫向艙格，設(shè)置3個(gè)縱向的艙格，并對(duì)沉箱的前后壁和隔板跨度以及厚度進(jìn)行控制，就能夠減小外荷載的作用，對(duì)沉箱所需配筋進(jìn)行優(yōu)化，就能夠滿足沉箱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。

2.5 碼頭面層施工設(shè)計(jì)

碼頭面層使用整體式的鋼模板，面層的模板由桁架式的鋼模組成，而前后模通過胸墻內(nèi)預(yù)埋有錐臺(tái)螺母和三腳架當(dāng)作底面的支撐，且通過上下雙層的拉條實(shí)施固定。對(duì)底層的拉條，通過30 mm的圓鋼且外套有40PVC管使用，而上層拉條通過背靠背式20 mm的雙槽鋼夾30 mm的圓鋼使用，以發(fā)揮支頂和拉固的作用。對(duì)于使用的預(yù)埋件，主要由專業(yè)的廠家定制，如井圈和井蓋、螺栓以及托纜槽等，在專業(yè)廠家的定制后還要對(duì)預(yù)埋件進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)進(jìn)行嚴(yán)格控制。按照先防腐、后安裝的工藝程序，對(duì)外加的工件進(jìn)行工廠化的防腐處理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的加工件進(jìn)行除銹處理后再按照設(shè)計(jì)實(shí)施防腐處理[4]。

在施工前，一定要對(duì)測(cè)量放樣進(jìn)行嚴(yán)格控制，按照水平控制的標(biāo)志對(duì)標(biāo)高面進(jìn)行控制。對(duì)面層要進(jìn)行三次抹面、壓光處理，并適時(shí)進(jìn)行拉毛，第一遍的抹壓一般是在混凝土澆筑5 h后進(jìn)行，等混凝土振搗密實(shí)后，通過木抹子對(duì)面層進(jìn)行抹壓，一直到出漿結(jié)束;在混凝土澆筑6～7 h后，通過鐵抹子實(shí)施第二遍的抹壓，將凹坑和砂眼等處填實(shí);在混凝土澆筑7～8 h后，通過鐵抹子實(shí)施第三遍的壓光，將全部抹紋進(jìn)行壓平、壓光，最后通過排刷橫向進(jìn)行拉毛收面處理。在面層的混凝土完成終凝后，按照5等份的段長(zhǎng)均分來對(duì)胸墻的面層表層實(shí)施切縫處理，控制4 cm內(nèi)的深度。此外，混凝土結(jié)硬后，可以通過土工布的覆蓋并加蓋砂子來實(shí)施濕養(yǎng)，避免水分蒸發(fā)而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

3 結(jié)語

由于港口碼頭工程建設(shè)要求的不斷提高，精細(xì)化設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。此次研究，通過采取精細(xì)化設(shè)計(jì)，在保證港口碼頭功能需求及安全性的前提下，從多個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化、細(xì)化，節(jié)約了大量工程成本，由此可見，精細(xì)化設(shè)計(jì)在港口碼頭工程中有著較高應(yīng)用價(jià)值。但在工程實(shí)踐中涉及的影響因素較多，港口碼頭工程所處環(huán)境復(fù)雜，為更好地推廣精細(xì)化設(shè)計(jì)理念和方法，仍需加大對(duì)該方面的研究力度，在實(shí)踐和總結(jié)中不斷改善、創(chuàng)新。

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收稿日期：2020-05-08