港口工程施工中重力式沉箱基礎(chǔ)墩碼頭的應(yīng)用

高鳳義

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)川崎船舶工程有限公司，遼寧 大連 116000）

重力式墩碼頭作為現(xiàn)代港口工程的常用碼頭結(jié)構(gòu)之一，對提升港口的安全性與功能性具有重要作用。當(dāng)前，重力式墩碼頭具有抗凍性與堅(jiān)實(shí)耐用的特性，其對碼頭地面超載、裝卸工藝變化以及載荷集中等條件的適應(yīng)性較強(qiáng)，再加之具有維修費(fèi)用偏少的優(yōu)勢特點(diǎn)，成為港口施工的常用形式。一般而言，重力式墩碼頭主要由墻身、胸墻以及拋石基床等部分構(gòu)成，從結(jié)構(gòu)形式上看，支墩結(jié)構(gòu)主要有方塊、沉箱、沉井等幾種形式。文章將從應(yīng)用概述與應(yīng)用實(shí)踐出發(fā)，對港口工程施工中重力式墩碼頭的應(yīng)用進(jìn)行探析，旨在通過強(qiáng)化對重力式墩碼頭的施工工序與施工要點(diǎn)把控的方式，推動(dòng)重力式墩碼頭應(yīng)用質(zhì)量的提升。

1 港口工程施工中重力式墩碼頭的應(yīng)用要點(diǎn)

1.1 預(yù)制沉箱質(zhì)量

預(yù)制沉箱質(zhì)量直接影響重力式墩碼頭施工的穩(wěn)定性與安全性，針對于預(yù)制沉箱施工的過程中，應(yīng)當(dāng)重視以下幾方面：

（1）模板工程，在模板施工過程中，應(yīng)當(dāng)保障模塊間拼接的嚴(yán)密性，用以降低漏漿問題的發(fā)生率，提高模板工程的整體性能。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)保障模塊表面的清潔度，用以避免在拆模過程中出現(xiàn)預(yù)制沉箱缺陷的情況。此外，還應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對模板剛度的把控，通過保障模板剛度的方式，降低模板風(fēng)險(xiǎn)。

（2）鋼筋工程，鋼筋工程直接影響預(yù)制沉箱整體性能，由此，在實(shí)施鋼筋施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對鋼筋綁扎的控制，同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)對鋼筋質(zhì)量進(jìn)行核查檢測，用以保障鋼筋質(zhì)量的合規(guī)性。此外，若采用分層預(yù)制法落實(shí)沉箱施工，則需要采用分段的方式進(jìn)行鋼筋綁扎。

（3）混凝土工程，在落實(shí)沉箱施工過程中，混凝土的使用率極高，對預(yù)制沉箱的最終質(zhì)量具有重要影響，對此，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對混凝土質(zhì)量的把控，在實(shí)施前應(yīng)當(dāng)落實(shí)質(zhì)量檢測工作，對混凝土配比進(jìn)行多次試驗(yàn)，用以保障混凝土配比與設(shè)計(jì)要求、相關(guān)規(guī)范等貼合一致，在落實(shí)分層澆筑，并對振搗的頻次進(jìn)行嚴(yán)格控制。

1.2 面層混凝土

在重力式混凝土施工過程中，面層混凝土開裂情況的發(fā)生率偏高，不僅影響面層的美觀性與質(zhì)量，還會(huì)對重力式墩碼頭的安全產(chǎn)生影響。一般而言，面層混凝土開裂原因較為多樣，具體表現(xiàn)為面層底部強(qiáng)弱約束力存在差異、約束力突變則會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，面層混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力變化與波浪的聯(lián)系密切，若應(yīng)力超出極限值，則會(huì)導(dǎo)致混凝土面層出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，

針對于此，應(yīng)當(dāng)注意以下幾方面：一是優(yōu)化配置混凝土，應(yīng)當(dāng)對混凝土中的凝膠材料、粉煤灰進(jìn)行嚴(yán)格把控，用以降低混凝土收縮顯現(xiàn)的發(fā)生率，進(jìn)而達(dá)到減少面層裂縫的目標(biāo)；二是控制混凝土澆筑，在優(yōu)化混凝土配比之后，還應(yīng)當(dāng)對混凝土的澆筑實(shí)踐進(jìn)行控制，一般而言，混凝土澆筑長度應(yīng)當(dāng)保持在6.25 m左右，應(yīng)力點(diǎn)時(shí)間應(yīng)當(dāng)推遲在150 h左右，同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)重視保溫操作，降低開裂的可能性。

1.3 基礎(chǔ)沉降

基礎(chǔ)沉降會(huì)直接影響重力式墩碼頭工程的施工安全與功能實(shí)現(xiàn)，一般而言，基礎(chǔ)沉降的原因主要表現(xiàn)為基礎(chǔ)持力層土質(zhì)質(zhì)量問題、開挖土質(zhì)不符合設(shè)計(jì)要求、清淤工作并未落實(shí)等方面。其中若基礎(chǔ)持力層開挖土質(zhì)質(zhì)量存在問題，則難以承載碼頭荷載，進(jìn)而引發(fā)基礎(chǔ)沉降問題。若并未落實(shí)清淤工作，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重回淤問題，進(jìn)而對基礎(chǔ)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

針對于此，在落實(shí)基礎(chǔ)施工的過程中，應(yīng)當(dāng)重視以下幾方面：一、在基礎(chǔ)工程施工中，及時(shí)核對土質(zhì)，如發(fā)現(xiàn)土質(zhì)與地質(zhì)資料有差異，及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)、地勘、業(yè)主、監(jiān)理進(jìn)行現(xiàn)場勘察、解決，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求的持力層。二、在基槽挖泥完成后立即進(jìn)行水深測量和插泥等驗(yàn)收?；弁谀嘟Y(jié)束后，及時(shí)進(jìn)行基床拋石以防回淤。三、沉箱安裝采用趁低潮進(jìn)行安裝工藝，同時(shí)在沉箱安裝時(shí)利用沉箱進(jìn)行基床的預(yù)壓，減弱基礎(chǔ)的后期沉降，避免不均勻沉降，安裝時(shí)根據(jù)基床不同的厚度預(yù)留不同的沉降量，確?；渤两稻鶆颍惭b合格后在沉箱四角留置沉降、位移觀測點(diǎn)并進(jìn)行初始值記錄，并按規(guī)定進(jìn)行連續(xù)觀測，如發(fā)現(xiàn)異常需及時(shí)采取相應(yīng)措施調(diào)整。待沉箱安裝沉降穩(wěn)定后，再進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。

2 港口工程施工中重力式沉箱基礎(chǔ)墩加透空式梁板結(jié)構(gòu)碼頭的應(yīng)用實(shí)踐

以某30萬噸級碼頭為例，該碼頭為重力式沉箱基礎(chǔ)墩加透空式梁板結(jié)構(gòu)，該工程所在地具有港池水域開闊與水深條件優(yōu)良的特點(diǎn)，工程區(qū)底層主要包含淤泥層、粉細(xì)砂層、卵石層、風(fēng)化巖層等，設(shè)計(jì)要求開挖至風(fēng)化巖層用于基礎(chǔ)持力層。

2.1 重力式沉箱基礎(chǔ)墩加透空式梁板結(jié)構(gòu)碼頭的主要施工工序

該港口工程具有建筑物結(jié)構(gòu)種類復(fù)雜、工程量大等方面的特點(diǎn)，再加之港口工程位于開敞海域，面臨流急、風(fēng)大以及浪大等環(huán)境，地質(zhì)條件復(fù)雜，使得港口工程的施工難度極大，重力式墩碼頭屬于復(fù)合型結(jié)構(gòu)，對預(yù)制場地、沉箱安裝等方面具有較高要求，使其對施工工藝設(shè)備以及工序等具有同等高要求，由此，在落實(shí)重力式墩碼頭時(shí)，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對施工流程的把控，以提升施工的有序性與質(zhì)量。整體而言，該碼頭的施工工藝流程為：基槽挖泥、基礎(chǔ)換填及基床拋石、基礎(chǔ)爆夯、基床整平、沉箱預(yù)制及安裝、箱內(nèi)填石、現(xiàn)澆圈梁、梁板構(gòu)件預(yù)制及安裝、現(xiàn)澆廊道、現(xiàn)澆面層、附屬設(shè)施施工，關(guān)鍵性工序主要表現(xiàn)為：

（1）基槽開挖，主要流程包含抓斗船進(jìn)場、調(diào)試船舶、施工交底、船舶定位、開挖施工、泥駁裝載、拋泥處理以及基槽測量驗(yàn)收等流程。抓斗挖泥采用“橫移挖寬，縱移挖長”的方法進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對深基槽、泥層厚部分需分層挖泥。按挖泥深度分層進(jìn)行，本工程用大型抓斗，以一斗的挖深為一層，為控制好基槽底標(biāo)高和基槽平整度，最后一層挖泥需控制抓斗下落深度和巖層的硬度，確保槽底標(biāo)高及開挖土質(zhì)滿足設(shè)計(jì)要求。基礎(chǔ)挖泥采取雙控，即必須保證挖至設(shè)計(jì)的底高程，并應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)地質(zhì)層。驗(yàn)槽時(shí)，必須具備測量和插探取樣資料和樣品。

（2）基礎(chǔ)拋石和基床拋石，本工程基礎(chǔ)拋石包括基礎(chǔ)換填和3 m厚基床拋石兩部分，基在拋石前，潛水員進(jìn)行基槽插泥驗(yàn)槽工作，當(dāng)回淤沉積物含水率W＜150%或重度大于12.6 kN/m3，厚度大于0.3 m時(shí)加以清除，如未有上述情況發(fā)生，可進(jìn)行拋石工作。拋石方式：采用開體駁進(jìn)行基礎(chǔ)換填粗拋，自航方駁配反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行換填補(bǔ)拋，3 m基床拋石采用自航方駁配反鏟挖掘機(jī)分2層拋填，分層厚度為1.5 m。基礎(chǔ)換填拋石按照厚度預(yù)留10%沉降量。正式施工前選擇典型部位進(jìn)行試拋?zhàn)鳂I(yè)（典型施工），確定不同水深、不同區(qū)域的水流對塊石作用產(chǎn)生的偏移量數(shù)據(jù)。在施工過程經(jīng)常分析石體落位偏差情況，及時(shí)調(diào)正。

（3）基床爆夯，依據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204-2008）并結(jié)合施工單位多年施工經(jīng)驗(yàn)，及典型段施工確定爆夯參數(shù)設(shè)計(jì)。爆夯施工采用800 t方駁作為布藥船，布藥船八字開錨垂直基床駐位。使用GPS給每排首尾藥包定位，同時(shí)根據(jù)藥包布設(shè)間距，在方駁左舷邊緣用皮尺或鋼尺畫出其他藥包的位置并將孔位號標(biāo)記清楚，藥包使用乳化炸藥制作，要求藥量與設(shè)計(jì)偏差不大于5%。作業(yè)人員按照在方駁左舷邊緣標(biāo)記的點(diǎn)位將加工好的藥包向下依次溜放。

（4）基床平整，本工程基床整平材料為二片石，整平范圍為沉箱底面輪廓線四周加寬0.5 m，單個(gè)沉箱組沿垂直碼頭前沿方向鋪設(shè)2排整平導(dǎo)軌，引橋沉箱沿碼頭前沿方向鋪設(shè)2排整平導(dǎo)軌，整平基床頂面預(yù)留15 cm沉降量。本工程基床整平寬度12.4 m，避免擾度大影響整平精度，選用桁架梁做刮道，刮道長度13.4 m。

（5）沉箱預(yù)制及安裝，本工程需預(yù)制4種型號沉箱共計(jì)36個(gè)，沉箱均為方沉箱，混凝土強(qiáng)度等級為C40F300。沉箱在預(yù)制場地進(jìn)行預(yù)制，沉箱采用分層澆注方式預(yù)制成型，模板采用大片鋼模板，上層模板采用提升式方法施工；鋼筋工程為吊裝鋼筋片與現(xiàn)場人工穿綁相結(jié)合；混凝土工程采用泵送混凝土，人工振搗成型。沉箱預(yù)制完成后經(jīng)過橫縱移，將沉箱運(yùn)至半潛駁上再運(yùn)至工程安裝現(xiàn)場。工程沉箱間隔布置為大小兩個(gè)沉箱一組（沉箱間拼縫50 mm）共計(jì)17組，每組沉箱沿碼頭縱向布置間距為22 m，兩組沉箱間的凈距為11.1 m，2個(gè)系纜墩各由單個(gè)沉箱組成，間距15.35 m。本工程系纜墩沉箱使用定位方駁傍靠精確安裝，其余各組先使用定位方駁粗安放小沉箱，傍靠小沉箱安裝大沉箱，大沉箱精確安裝完成后，抽水方駁抽起小沉箱，傍靠大沉箱進(jìn)行精確安裝。

（6）梁板構(gòu)件預(yù)制，本工程預(yù)制構(gòu)件主要包括縱梁、軌道梁、預(yù)應(yīng)力縱梁和軌道梁、廊道、面板和預(yù)應(yīng)力空心板，共計(jì)821個(gè)預(yù)制構(gòu)件。預(yù)應(yīng)力縱梁及軌道梁采用先張法，均分兩次澆筑，第一次澆筑C50預(yù)應(yīng)力芯棒部分，芯棒混凝土澆筑完成后，芯棒頂面采用木板壓出設(shè)計(jì)要求的凹凸面，第二次澆筑C40梁體上部。帶有預(yù)應(yīng)力的軌道梁和縱梁需做硅烷噴涂防腐處理。所有預(yù)制構(gòu)件底模采用混凝土底胎，預(yù)埋塑料管穿對拉螺栓將側(cè)模夾緊，側(cè)模采用定型鋼模并用型鋼架固定。梁體側(cè)壁采用粘貼塑料薄膜，梁體和預(yù)制板頂面采用覆蓋土工布澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)用水條件與拌合用水條件相同。

（7）梁板構(gòu)件安裝放，預(yù)制廊道、梁、空心板采用350 t全回轉(zhuǎn)起重船裝船安裝，通過鎖具進(jìn)行吊裝。鎖具結(jié)構(gòu)為：上部為鋼絲繩，中間為吊架、下部為吊帶。吊架上設(shè)置吊點(diǎn)，吊點(diǎn)為整塊鋼板，分上、下兩部分，吊點(diǎn)上部通過卡環(huán)與鋼絲繩連接，鋼絲繩頂部與起重船主鉤連接，吊點(diǎn)下部通過卡環(huán)與吊帶連接，吊帶成“U”型兜住構(gòu)件底部兩端進(jìn)行吊裝。面板采用起重船直接用鋼絲繩進(jìn)行吊裝。構(gòu)件安裝順序?yàn)椋浩叫写a頭方向安裝順序從岸側(cè)向海側(cè)依次安裝，使構(gòu)件安裝結(jié)合上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土施工形成流水作業(yè)，垂直碼頭方向安裝順序從中間向兩側(cè)安裝。

（8）碼頭混凝土澆筑，本工程現(xiàn)澆混凝土包括圈梁、廊道、面層、引橋系纜墩。圈梁坐落在沉箱上，預(yù)制梁板安放在圈梁上，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，箱內(nèi)填石并澆筑完素混凝土封頂后，需進(jìn)行3個(gè)月的沉降監(jiān)測，待沉降趨于穩(wěn)定后進(jìn)行現(xiàn)澆圈梁施工。重力式碼頭在施工過程中隨著各種荷載的增加，碼頭將產(chǎn)生不同程度的頂面沉降和前沿線前傾現(xiàn)象。此種現(xiàn)象在碼頭建成后并使用一段時(shí)間才能穩(wěn)定，因此在碼頭上部施工中必須充分考慮這一因素，根據(jù)施工期沉降位移觀測資料分析確定預(yù)留沉降量，本工程預(yù)留沉降量5 cm?；炷练懒汛胧┙档退療釡厣?，通過摻加粉煤灰來實(shí)現(xiàn)降低水泥用量。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)：廊道頂板、外墻采取灑淡水、覆蓋土工布塑料布的方法養(yǎng)護(hù)，廊道內(nèi)墻立面和頂面涂刷養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)，底板蓄水養(yǎng)護(hù)。

2.2 結(jié)構(gòu)施工建設(shè)要點(diǎn)

2.2.1 碼頭上部結(jié)構(gòu)采用塔吊配合施工

考慮方駁吊機(jī)海上支拆模板、攪拌船澆筑混凝土受風(fēng)浪影響大，碼頭上部結(jié)構(gòu)施工時(shí)配置2臺塔吊，分別支立在沉箱墩上，施工時(shí)使用方駁裝運(yùn)鋼筋、模板，塔吊卸鋼筋、支拆模板，浪涌較大方駁無法駐位時(shí)，可使用塔吊傳遞倒運(yùn)鋼筋；同時(shí)在沉箱上部設(shè)置棧道平臺，鋪設(shè)地泵管線，采用地泵供應(yīng)混凝土。如此施工避免了海上風(fēng)浪對施工的影響，增加了有效作業(yè)時(shí)間，為工期提供了保障。

2.2.2 防止現(xiàn)澆混凝土出現(xiàn)有害性裂縫預(yù)防措施

本工程的混凝土施工包括預(yù)制沉箱、預(yù)制構(gòu)件（縱梁、軌道梁、預(yù)應(yīng)力縱梁和軌道梁、廊道、面板和預(yù)應(yīng)力空心板）、現(xiàn)澆圈梁、廊道、面層、磨耗層、引橋系纜墩等?；炷潦┕ひ蟾?，涵蓋了高性能混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土，強(qiáng)度標(biāo)號高且有抗凍要求。由施工單位中心試驗(yàn)室認(rèn)真進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，選用自動(dòng)化程度高，配料精度高的拌合系統(tǒng)進(jìn)行混凝土拌合。嚴(yán)格控制混凝土中外加劑的摻量，特別是引氣劑的摻量。每次混凝土開盤后都及時(shí)進(jìn)行含氣量等指標(biāo)的測定。在材料選用方面，不合格的砂、碎石、水泥堅(jiān)決不能用于本工程，嚴(yán)把材料進(jìn)場關(guān)。

3 結(jié)語

綜上所述，相較于其他港口工程施工而言，重力式沉箱基礎(chǔ)墩加透空式梁板結(jié)構(gòu)碼頭具有與當(dāng)前港口施工環(huán)境具有良好的適應(yīng)力，但是，在實(shí)際施工過程中，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對應(yīng)用要點(diǎn)的把控，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合重力式墩碼頭施工場地的實(shí)際情況，對碼頭沉降、混凝土質(zhì)量控制、系纜墩、工作平臺等方面的建設(shè)進(jìn)行把控，并通過嚴(yán)格控制承臺施工、預(yù)制構(gòu)件出運(yùn)、基床拋石以及基槽開挖等施工工序流程的方式，促進(jìn)重力式墩碼頭施工質(zhì)量的提升，促進(jìn)港口工程的穩(wěn)定運(yùn)行。