自動化集裝箱碼頭堆場與道路設(shè)計及施工工藝優(yōu)化

韓志強(qiáng)，俞吉繁，高平原

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

改革開放以來，全國各大港口都在推進(jìn)具有裝卸速度快、錯誤率低、人員投入少等優(yōu)勢的自動化集裝箱堆場建設(shè)。但該類工程設(shè)計施工技術(shù)文獻(xiàn)相對較少，本文以營口港鲅魚圈港區(qū)堆場與道路工程為例，論述了自動化集裝箱碼頭堆場和道路設(shè)計及施工工藝的優(yōu)化。

1 工程概況

本工程新建堆場與道路38.6 萬m2，主要包括地基處理、現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)、堆場鋪面結(jié)構(gòu)、房建單體以及配套的給排水、供電照明、控制、通信等。施工中存在以下難點(diǎn)：

1）涉及內(nèi)容多，工程量大，工期緊張。本工程中CFG 樁長度總計20.9 萬m，現(xiàn)澆集裝箱龍門吊軌道梁9 500 m，現(xiàn)澆箱角條形基礎(chǔ)18 144 m，配套的綜合管網(wǎng)總計2 萬m，新建8 座單體建筑，現(xiàn)澆混凝土約10 萬m3。因該場地需盡快投產(chǎn)使用，合同工期壓縮至僅10 個月，其中因其它原因?qū)κ┕ぴ斐捎绊懠s2 個月，導(dǎo)致工期更加緊張。

2）現(xiàn)澆構(gòu)件數(shù)量多，質(zhì)量要求高，成品保護(hù)困難?，F(xiàn)澆集裝箱龍門吊軌道梁共602 段，分14 條軸布置，單軸長678 m，順直度允許偏差不超過10 mm，施工質(zhì)量要求高。軌道梁澆筑時需要預(yù)留軌道安裝螺栓孔，螺栓孔兩兩一組間距500 mm 布置，預(yù)埋數(shù)量多且精度要求高。現(xiàn)澆箱角條形基礎(chǔ)1 890 段，分散布置在14 個箱區(qū)，與土方回填、聯(lián)鎖塊鋪裝等工序存在交叉作業(yè)，成品保護(hù)難度大。

3）已投產(chǎn)設(shè)施對施工的影響。由于是改造工程，施工區(qū)域周邊是已投產(chǎn)的碼頭、堆場及道路等，為保證這些設(shè)施正常生產(chǎn)運(yùn)行，施工場地只能分階段分區(qū)域提供，對施工流水、機(jī)械配置等造成影響，需要合理安排施工以免工期延誤和施工成本增加。

2 設(shè)計方案優(yōu)化

對設(shè)計方案的優(yōu)化本著“更優(yōu)質(zhì)量、更快進(jìn)度、更低成本”的原則，選擇更易于控制施工質(zhì)量、提高施工效率和降低后期運(yùn)維成本的施工工藝。特對以下方面進(jìn)行了優(yōu)化[3-7]。

1）強(qiáng)夯工藝改為CFG 復(fù)合地基工藝。本工程主要對軌道梁與箱角條形基礎(chǔ)區(qū)域進(jìn)行地基加固，該區(qū)域由港池疏浚土吹填形成，主要包括淤泥質(zhì)黏土、粉土及中粗砂等。采用強(qiáng)夯工藝對場地周邊設(shè)施影響大，對存在的軟弱夾層的地基處理效果差，易在后續(xù)使用中產(chǎn)生不均勻沉降，影響集裝箱堆放和龍門吊運(yùn)行。相比較而言CFG 復(fù)合地基施工采用長螺旋鉆機(jī)，對周圍設(shè)施幾乎無影響，設(shè)備占用場地小，可以多臺鉆機(jī)同時施工，提高施工效率，而且CFG 復(fù)合地基工藝適用性強(qiáng)，可以大幅度提高地基承載力且沉降量小。

2）軌道梁墊層由水泥穩(wěn)定碎石墊層改為C15混凝土墊層和優(yōu)化軌道梁高度類型。水泥穩(wěn)定碎石屬于柔性材料適應(yīng)性好，但剛度不及混凝土墊層，且開槽寬度窄，邊緣壓實(shí)度不好控制，影響軌道梁支模和混凝土澆筑施工質(zhì)量。

原設(shè)計龍門吊軌道梁基礎(chǔ)中共有高度800 mm、1 200 mm、1 400 mm 3 種類型并間隔布置，墊層高程變化部位碎石墊層壓實(shí)度不易控制，在不影響使用功能的前提下將軌道梁基礎(chǔ)調(diào)整高度為800 mm 和1 400 mm 2 種類型，減少墊層接茬部位，避免發(fā)生不均勻沉降。

3）重箱區(qū)箱角條形基礎(chǔ)之間由碎石鋪面改為聯(lián)鎖塊鋪面。使用碎石鋪面后期易出現(xiàn)長草、積水等問題，增加維護(hù)工作量。聯(lián)鎖塊鋪面可以較好地避免上述問題，且現(xiàn)場整潔美觀、方便清理，同時采用原堆場拆除的聯(lián)鎖鋪裝，減少工程投資。

4）主干道路由混凝土大板路面改為瀝青混凝土路面?，F(xiàn)澆混凝土大板剛度大，對不均勻沉降適應(yīng)性差，一旦因沉降發(fā)生損壞后維修復(fù)雜、周期長、費(fèi)用高。瀝青混凝土路面屬于柔性材料，具有穩(wěn)定性好、沉降適應(yīng)性強(qiáng)、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，而且損壞后維修方便、快速，對生產(chǎn)作業(yè)影響小。

3 施工工藝改進(jìn)

3.1 現(xiàn)澆構(gòu)件支模工藝創(chuàng)新

本工程現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件包括軌道梁、拖纜槽和箱角條形基礎(chǔ)等，數(shù)量多，分布密集，混凝土澆筑量大，成品質(zhì)量要求高，是施工重難點(diǎn)之一。

1）對軌道梁支模工藝進(jìn)行優(yōu)化。模板底部采用頂絲支撐工藝，在澆筑好的混凝土墊層上鉆孔，將頂絲頂板埋入墊層內(nèi)，頂板與模板橫圍囹間使用螺桿連接，通過調(diào)節(jié)螺母加固模板，避免出現(xiàn)橫向位移，保證側(cè)模底部的安裝精度和穩(wěn)固性，同時采用橡膠條止?jié){，杜絕了漲模和底邊漏漿情況的發(fā)生。模板頂部使用對拉螺栓間穿限位鋼管加固工藝，保證了模板頂部安裝精度和順直度。軌道螺栓孔采用預(yù)埋波紋管的方式，在軌道槽模板上增加限位裝置，波紋管底部使用鋼筋限位架固定，避免在混凝土澆筑過程中發(fā)生偏移，保證預(yù)埋孔位置準(zhǔn)確。通過對軌道梁支模工藝優(yōu)化，大大提高了軌道梁施工質(zhì)量，拆模后測量混凝土尺寸合格率達(dá)到100%，同時該工藝還具有適用性強(qiáng)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。軌道梁模板見圖1。

圖1 軌道梁支模工藝效果圖Fig.1 Effect of erected formwork for track beam

2）對拖纜槽支模工藝進(jìn)行優(yōu)化。拖纜槽位于已澆筑完成的軌道梁側(cè)面，只能使用單側(cè)支模工藝，單側(cè)模板加固困難且極易在混凝土澆筑過程中出現(xiàn)漲模、跑模等現(xiàn)象。對模板頂部加固，使用槽鋼制作桁架，一端與模板豎圍囹相連，另一端通過卡槽固定在澆筑完成的軌道槽內(nèi)；對模板底部加固，提前在混凝土墊層內(nèi)預(yù)埋圓臺螺母，采用綁夾底工藝，通過調(diào)節(jié)螺母對模板底部進(jìn)行加固。杜絕了跑模、漲模現(xiàn)象的發(fā)生，有效提高了拖纜槽的實(shí)體質(zhì)量和觀感質(zhì)量。拖纜槽模板見圖2。

圖2 拖纜槽模板上部加固效果圖Fig.2 Effect of reinforcement of upper formwork for touring trough

3.2 混凝土邊角保護(hù)工藝及設(shè)備創(chuàng)新

1）對現(xiàn)澆混凝土邊角保護(hù)工藝進(jìn)行優(yōu)化。本工程中現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件數(shù)量多、布置分散，與土方回填、水穩(wěn)碾壓及聯(lián)鎖塊鋪裝等工序存在交叉作業(yè)，若不對混凝土邊角進(jìn)行保護(hù)，在后續(xù)施工及使用中極易出現(xiàn)崩邊掉角的情況。為解決此類問題采取對軌道梁、拖纜槽及電纜溝等構(gòu)件在邊緣增加護(hù)邊角鋼，見圖3，提高混凝土構(gòu)件邊緣強(qiáng)度和順直度；對于箱角條形基礎(chǔ)混凝土邊緣采取倒角處理，倒角為10 mm×10 mm 倒45?結(jié)構(gòu)形式，見圖4，避免混凝土邊緣受到動荷載沖擊時發(fā)生崩邊掉角。通過上述方法提高了成品保護(hù)率，同時減少了后期維護(hù)費(fèi)用。

圖3 增設(shè)護(hù)邊角鋼效果圖Fig.3 Effect of angle steel added for edge protection

圖4 混凝土倒角效果圖Fig.4 Effect of concrete chamfering

2）對倒角設(shè)備創(chuàng)新。目前常用工藝是使用角磨機(jī)進(jìn)行彈線后人工打磨，打磨精度差，成品質(zhì)量難以控制。為解決這一問題，對已申請專利的倒角設(shè)備進(jìn)行改造，通過調(diào)節(jié)螺栓將導(dǎo)向輪、鋸片和電機(jī)固定在限位架上，根據(jù)倒角尺寸及角度調(diào)節(jié)鋸片位置，通電后推動扶手向前移動進(jìn)行混凝土邊緣倒角。改造后的倒角設(shè)備不但提高了倒角的精度和順直度而且操作方便，節(jié)省人力的同時大大提高施工效率。該設(shè)備已授權(quán)實(shí)用新型專利。

3.3 預(yù)制蓋板工藝創(chuàng)新

通過對預(yù)制混凝土蓋板的工藝創(chuàng)新，提升蓋板的預(yù)制質(zhì)量。電纜溝蓋板護(hù)邊角鋼采用先焊接打磨后整體鍍鋅的工藝，避免鍍鋅保護(hù)層在焊接過程中被破壞，提高了防銹能力[8]。使用新式蓋板模板桁架加固工藝，側(cè)模使用緊張器代替?zhèn)鹘y(tǒng)木楔子加固工藝，避免模板連續(xù)使用后出現(xiàn)漲?，F(xiàn)象。電纜溝蓋板吊點(diǎn)采用預(yù)埋螺栓及套筒代替?zhèn)鹘y(tǒng)拉環(huán)，蓋板安裝后使用橡膠塞將套筒孔進(jìn)行封堵防止返銹。通過上述一系列措施提高了電纜溝蓋板的觀感質(zhì)量、實(shí)體質(zhì)量以及耐久度。

3.4 軌道安裝工藝創(chuàng)新

選用新型的軌道沉降快速調(diào)節(jié)固定系統(tǒng)，系統(tǒng)采用分體式設(shè)計，見圖5，可對沉降部位軌道進(jìn)行局部調(diào)高維修，而且配件中使用聚乙烯高分子材料代替部分鋼構(gòu)件，具有耐久性好、維修速度快、維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。將軌道焊接方式由傳統(tǒng)手工電弧焊工藝改為鋁熱焊工藝。相比于手工電弧焊，鋁熱焊是一種利用自身的反應(yīng)來進(jìn)行焊接的工藝，具有焊縫強(qiáng)度高于軌道自身強(qiáng)度、操作方便快速、平順性好的優(yōu)點(diǎn)，在使用過程中不會出現(xiàn)因?yàn)檐壍缿?yīng)力集中導(dǎo)致開焊的現(xiàn)象。

圖5 軌道快速調(diào)節(jié)固定配件圖Fig.5 Fixing accessories for quick adjustment of tracks

4 合理安排施工

結(jié)合場地實(shí)際情況將場地分為重箱區(qū)、空箱區(qū)及輔建區(qū)，分別圍擋形成3 個工區(qū)，再將重箱區(qū)由電纜溝分為南北2 個分區(qū)，各自形成流水作業(yè)，滿足拆除條件后進(jìn)行該區(qū)域施工。各工區(qū)內(nèi)施工安排按照“先地下后地上，先復(fù)雜后簡單”的施工原則，先進(jìn)行拆除工程，之后進(jìn)行地基處理和地下綜合管網(wǎng)施工，再進(jìn)行現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件施工，最后進(jìn)行鋪面結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施安裝施工，各自形成流水作業(yè)，再進(jìn)行整合。通過合理安排施工流程不但避免了工序交叉，而且可以加快施工進(jìn)度，順利完成各施工節(jié)點(diǎn)。

5 結(jié)語

通過設(shè)計優(yōu)化、工藝創(chuàng)新、施工安排等具體的施工措施，很好地克服了施工中的重難點(diǎn)，使工程實(shí)體質(zhì)量及觀感質(zhì)量得到顯著提升，并按時完成各工期節(jié)點(diǎn)。特別是通過技術(shù)創(chuàng)新提高了混凝土工程的施工質(zhì)量，包括軌道梁及拖纜槽的順直度、預(yù)埋孔的準(zhǔn)確性、箱角條形基礎(chǔ)等混凝土構(gòu)件邊角的成品保護(hù)率以及預(yù)制蓋板的耐久性等方面，效果顯著。

營口港鲅魚圈港區(qū)鋼雜泊位改造一期工程施工過程中以提升質(zhì)量為核心，不斷從耐久性、可施工性、可維護(hù)性等方面進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，開展工藝改進(jìn)創(chuàng)新和質(zhì)量通病治理，在工程實(shí)體質(zhì)量及觀感質(zhì)量得到顯著提高的同時還控制了施工成本、提高了施工效率。