升漿及錨固法加固改造重力式方塊碼頭施工技術(shù)

劉春彥 王來新 高平原

摘 要：本文以營口港仙人島港區(qū)工作船碼頭基床加固搶修工程為例，介紹采用巖土工程升漿加固技術(shù)、錨固技術(shù)、高壓氣水聯(lián)動技術(shù)等形成的一整套工藝新方法，較好地解決了重力式方塊碼頭這種典型結(jié)構(gòu)的拋石基床及墻身加固改造施工中遇到的問題，可為今后類似工程施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：升漿;錨固;高壓氣水聯(lián)動;基床加固

中圖分類號：U655.4? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）01-0145-04

1背景

沿海重力式碼頭，前沿水深往往受淤泥、雜物淤積等影響逐年變淺;碼頭基床受海水沖蝕及波浪作用，尤其是風(fēng)暴潮、船舶螺旋槳等對基床坡肩的掏空破壞，導(dǎo)致碼頭結(jié)構(gòu)下沉、傾斜，危及碼頭安全和運(yùn)營。因此，重力式碼頭基礎(chǔ)及墻身的加固改造隨之而來成了行業(yè)內(nèi)備受關(guān)注的突出問題。

2工程概述

本文以營口港仙人島港區(qū)工作船碼頭基床加固搶修工程為例，介紹有關(guān)重力式方塊碼頭基床破損、碼頭結(jié)構(gòu)下沉傾斜產(chǎn)生的原因和升漿及錨固法加固改造重力式方塊碼頭施工技術(shù)與成效。

3 原因分析

3.1自然條件的影響

重力式碼頭拋石基床長年受海水沖蝕及波浪作用，尤其是風(fēng)暴潮等惡劣自然條件對基床坡肩的破壞較大。

3.2船舶作業(yè)的影響

低水位時(shí)，某些吃水較深的船舶螺旋槳作業(yè)極易對基床坡肩造成破壞。局部位置頻繁遭到破壞，加之自然條件的影響，導(dǎo)致碼頭結(jié)構(gòu)下沉、傾斜。

3.3碼頭結(jié)構(gòu)可能存在的問題

碼頭轉(zhuǎn)角處、基床厚度改變等變截面部位，極易受到風(fēng)暴潮、船舶螺旋槳等對基床坡肩的掏空破壞，相較于暗基床，明基床受到的破壞尤為嚴(yán)重。此外，碼頭在使用過程中的不均勻沉降也會造成碼頭結(jié)構(gòu)傾斜等現(xiàn)象。

4 應(yīng)對措施

根據(jù)營口港仙人島港區(qū)工作船碼頭基床破損、碼頭結(jié)構(gòu)傾斜的實(shí)際情況及上述原因分析，通過廣泛調(diào)研、理論研究以及試驗(yàn)論證，總結(jié)提煉出了基床表面清淤、補(bǔ)拋塊石及理坡、土工布與袋裝砂鋪砌、基床內(nèi)清淤、基床升漿、方塊塊體錨固一整套升漿及錨固法加固改造方塊重力式碼頭施工技術(shù)新方法。

4.1基床表面清淤

基床表面清淤采用真空負(fù)壓法，由四組潛水員24小時(shí)輪番作業(yè)，相關(guān)設(shè)備固定在方駁上，方駁側(cè)向貼碼頭前沿進(jìn)行施工。為保證施工期間不出現(xiàn)明顯回淤，自方塊前趾至碼頭前沿11m范圍進(jìn)行淤泥清除，清除的淤泥用泥駁運(yùn)至業(yè)主指定的拋泥區(qū)拋卸。

4.2補(bǔ)拋塊石及理坡

嚴(yán)格控制塊石質(zhì)量，采用新開采的未風(fēng)化、無裂縫且不成片狀的符合規(guī)范要求的堅(jiān)硬花崗巖，飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度不小于30Mpa，最大邊長與最小邊長度之比不應(yīng)大于1.5～2 [1-2]。

對清淤后的拋石基床補(bǔ)拋塊石前，應(yīng)充分了解并掌握水流、風(fēng)、波浪和水位等氣象海況條件?；惭a(bǔ)拋塊石過程中，要勤測坡肩及邊坡標(biāo)高，防止欠拋、超拋?；惭a(bǔ)拋塊石完畢后，按照每5～10m一個(gè)斷面、每個(gè)斷面1～2m一個(gè)測點(diǎn)檢查驗(yàn)收[2]。

補(bǔ)拋塊石合格后，潛水員使用刮杠、坡比尺按照設(shè)計(jì)規(guī)定的坡肩、坡比對碼頭前沿進(jìn)行理坡。

4.3土工布與袋裝砂鋪砌

土工布及袋裝砂鋪砌主要是將基床與海水分隔開，以便進(jìn)行后續(xù)的基床內(nèi)清淤和基床升漿施工?？紤]到升漿施工漿液壓力可達(dá)0.3Mpa，采取鋪設(shè)兩層單位重量600g/m2的土工布，這樣可以更好地控制土工布搭接位置，以防止升漿壓力大時(shí)土工布搭接位置隆起漏漿，影響升漿質(zhì)量。嚴(yán)格控制土工布的質(zhì)量，要求抗裂強(qiáng)度不低于17.5KN/m，織物延伸率不超過30%，濾孔徑（O95）應(yīng)小于0.20mm，土工布的濾孔徑在應(yīng)力作用下不得有明顯變化，最小CBR抗刺穿阻力為3.0KN。

土工布沿碼頭前沿線方向逐條鋪設(shè)，施工中對已經(jīng)裁好的土工布，用鋼管作軸卷成卷材，由吊機(jī)在碼頭前沿位置吊土工布卷軸至水下，潛水員水下展鋪土工布，要求相鄰兩條土工布搭接寬度1m，允許偏差±0.2m [2]，兩層土工布搭接位置應(yīng)錯(cuò)開半個(gè)土工布幅寬。土工布鋪設(shè)應(yīng)留有一定的富余寬度和長度，寬度不小于1m，長度10～15m，這樣形成密封空間，起到保漿作用。

土工布鋪設(shè)完成后進(jìn)行袋裝砂鋪設(shè)，袋裝砂厚度為0.4m，在距方塊前趾位置1.5m范圍內(nèi)厚度不小于0.75m，采用自主研制的砂石泵送系統(tǒng)水下灌注砂袋、潛水員配合鋪設(shè)的方式進(jìn)行施工。

4.4基床內(nèi)清淤

重力式碼頭使用年限較長，基床內(nèi)回淤一般較為嚴(yán)重且清淤難度較大，因此，基床內(nèi)清淤是影響升漿質(zhì)量的一大關(guān)鍵因素。

基床內(nèi)清淤采用高壓氣水聯(lián)動技術(shù)，清淤時(shí)通過兩個(gè)鉆孔，一個(gè)鉆孔輸送 “高壓氣水”，另一個(gè)鉆孔作為泄壓而達(dá)到吸淤排渣的目的。具體工藝為：當(dāng)碼頭具備施工條件時(shí)（基床土工布及袋裝砂鋪設(shè)完成后），吊車將上部固定好沖擊回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的臨時(shí)平臺吊運(yùn)就位，采用新型KW10型地?zé)岫喙δ茔@機(jī)進(jìn)行基床鉆孔施工，采用180KW、20m3風(fēng)量的空氣壓縮機(jī)作為高壓供氣系統(tǒng)輸送“高壓氣水”。隨著鉆孔深度的增加，高壓氣水源源不斷地將拋石基床內(nèi)石渣及淤泥由泄壓孔向外排出。待鉆孔深度滿足設(shè)計(jì)要求后，反復(fù)提起下放鉆具進(jìn)行清淤，直至孔口出水清澈。

4.5基床升漿

基床升漿所采用的砂漿設(shè)計(jì)強(qiáng)度為M20，砂漿的工作性能要求：流動度為16～25s，初凝時(shí)間為12～14h。

嚴(yán)格控制砂漿原材料質(zhì)量，制漿用水泥使用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，且不可受潮結(jié)塊，從出廠到用完應(yīng)少于3個(gè)月;制漿用砂為中細(xì)砂，含泥量不大于3%，粒徑不大于2.5mm，細(xì)度模數(shù)在1.8～2.2間。

根據(jù)原材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)及以往砂漿配合比經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了一系列試驗(yàn)室試拌及試塊制作，最終選定砂漿配合比為水：水泥：砂=0.5：1：1。此外，為改善砂漿性能，漿液中摻入8%的膨脹劑及1%的高效減水緩凝劑。

砂漿在施工現(xiàn)場采用自主研發(fā)的全自動智能灌漿裝置拌制，該裝置可將所用固態(tài)材料稱量誤差控制在3%以下，水的稱量誤差控制在2%以下。砂漿的純攪拌時(shí)長不少于90s，現(xiàn)場使用YT-40D混凝土輸送泵泵送漿液。砂漿溫度控制在5～40℃。

基床升漿孔與基床內(nèi)清淤鉆孔共用，孔徑127mm，孔深因基床厚度不同而不同。基床升漿采用“端進(jìn)法”，由一端向另一端推進(jìn)，每個(gè)升漿部位持續(xù)不間斷升漿直至基床塊石層內(nèi)漿液飽和。升漿壓力為0～0.3MPa。

升漿前先用配合比為0.5：1的水泥漿充分潤濕管道后，再進(jìn)行升漿施工。隨著漿液在拋石基床內(nèi)不斷擴(kuò)散，升漿漸漸受阻，升漿壓力不斷增大，甚至超過設(shè)計(jì)壓力。此時(shí)應(yīng)逐漸提升升漿管，但應(yīng)確保升漿管埋深始終大于0.5m。當(dāng)漿液面擴(kuò)散至拋石基床頂標(biāo)高時(shí)，升漿管必須維持正常的埋深，間歇性升漿但不泵入砂漿，出現(xiàn)以上憋壓情況后，說明該孔位升漿結(jié)束，可以拔出升漿管，進(jìn)行下一孔位的升漿施工。

基床升漿注意事項(xiàng)為：

（1）隨著漿液在拋石基床內(nèi)不斷擴(kuò)散，漿液面上漲速度逐漸減慢，此時(shí)升漿管應(yīng)做間歇性短間距的上下往復(fù)運(yùn)動。

（2）在漿液面到達(dá)方塊底部后，漿液會繼續(xù)向四周擴(kuò)散且時(shí)間較長，在此期間內(nèi)，升漿管應(yīng)做間歇性短間距的上下往復(fù)運(yùn)動，直到升漿完成。

（3）在升漿過程中，可能會發(fā)生升漿管提升困難的情況。此時(shí)，可借助鉆機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)或液壓式拔管機(jī)，液壓式拔管機(jī)可起拔較大阻力的升漿管且提升速度均勻。

以上注意事項(xiàng)，主要是預(yù)防基床升漿過程中升漿管被掩埋致使升漿無法正常進(jìn)行所采取的有效措施以及升漿管較難提升情況下的解決方法。

4.6方塊塊體錨固

在錯(cuò)位塊體結(jié)構(gòu)段的碼頭面上鉆Φ280mm孔，鉆孔深度為自碼頭頂面至拋石基床內(nèi)2m，孔內(nèi)插入P38鋼軌，鋼軌下放至孔底，串連各個(gè)獨(dú)立的塊體，使碼頭上、下結(jié)構(gòu)形成整體，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性。

5施工效果

基床升漿施工砂漿達(dá)到齡期后，交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所鉆芯取樣進(jìn)行了強(qiáng)度檢測，芯樣塊石和水泥砂漿兩者結(jié)合相對緊密，沒有明顯孔洞夾層，粘結(jié)相對完整，不存在縫隙、夾層和空腔等修補(bǔ)缺陷，已達(dá)到設(shè)計(jì)升漿深度。砂漿設(shè)計(jì)強(qiáng)度為M20，芯樣抗壓試驗(yàn)強(qiáng)度代表值平均值為24.6MPa，最小值為23.8MPa，結(jié)果表明砂漿抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

6結(jié)語

升漿及錨固法加固改造重力式方塊碼頭施工技術(shù)是結(jié)合巖土工程升漿加固技術(shù)、錨固技術(shù)、高壓氣水聯(lián)動技術(shù)等形成的一整套工藝新方法。該技術(shù)是在不破壞原有碼頭結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加固改造，經(jīng)營口港仙人島港區(qū)工作船碼頭基床加固搶修工程實(shí)踐，應(yīng)用效果十分顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]? JTS 215-2018，碼頭結(jié)構(gòu)施工規(guī)范[S].

[2]? JTS 257-2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].