沉箱碼頭滑道改建工程施工技術(shù)研究與工程實(shí)踐

王笑難，楊愛國

（1.天津天科工程監(jiān)理咨詢事務(wù)所，天津 300456；2.中海油田股份有限公司物探基礎(chǔ)中心，青島 266520）

沉箱碼頭滑道改建工程施工技術(shù)研究與工程實(shí)踐

王笑難1，楊愛國2

（1.天津天科工程監(jiān)理咨詢事務(wù)所，天津 300456；2.中海油田股份有限公司物探基礎(chǔ)中心，青島 266520）

改建工程采用平衡倉間壓力挖石清障安放鋼護(hù)筒，之后回填固定護(hù)筒，經(jīng)過試驗(yàn)論證采用十字沖擊錘在護(hù)筒內(nèi)沖砸沉箱底板，穿越成孔。調(diào)配泥漿輸渣、清孔，使穿越沉箱底板成孔嵌巖樁施工獲得成功。這種穿越沉箱底板成孔嵌巖樁施工新技術(shù)具有較重要的現(xiàn)實(shí)意義。

平衡開挖；安裝護(hù)筒；十字錘;嵌巖樁施工

Biography：WANG Xiao-nan（1942-），male，professor.

隨著我國海洋石油工程的快速發(fā)展和壯大，海上采油已從淺海向深海區(qū)域進(jìn)軍，海上平臺組塊規(guī)模越來越大，已從二、三千t級擴(kuò)展到三、五萬t級，這使原有的組塊滑道工程設(shè)施能力已不滿足，也不適應(yīng)這種前進(jìn)需要［1］。因而，在已有的出運(yùn)碼頭上進(jìn)行改建超大型組塊滑道工作迫在眉睫。而這種改建工作，對于高樁承臺碼頭而言，因同屬深基礎(chǔ)施工，施工難度相對容易些。而對于重力式碼頭岸壁而言，即要使深基礎(chǔ)與天然基礎(chǔ)共同受力作用及協(xié)調(diào)不同基礎(chǔ)沉降量存在差異、還要使用協(xié)調(diào)一致而言，施工技術(shù)難度較大，尤其是如何在沉箱區(qū)穿越沉箱底板成孔嵌巖樁施工，同時還要保證原沉箱結(jié)構(gòu)的安全及基床的安全穩(wěn)定，過去從來沒有過類似工程范例［2］。因而，本次改建工程通過摸索和研究穿越沉箱底板成孔嵌巖樁施工技術(shù)，不僅豐富了港口工程施工史的工程實(shí)踐，而且具有較重要的現(xiàn)實(shí)意義［3-5］。

1 5#滑道改建工程概況

海洋石油工程有限公司青島建造基地2011年開始施工的5#滑道改建工程是在原有5萬t級沉箱重力式碼頭區(qū)進(jìn)行改造施工的。改建的5#滑道中心線在已建4#滑道中心線左側(cè)174 m，由一組2條滑道板組成，每條滑道板長120余m，寬22.5 m，共分6個結(jié)構(gòu)段，其中前沿區(qū)為15 m沉箱區(qū)與18.5 m棱體區(qū)兩段，板厚3.5 m，一般區(qū)為 95 m 長共 4 段，板厚 2.8 m?；廊坑?φ1 200、φ1 300、φ1 500、φ1 600、φ1 800、φ1 900 嵌巖樁支撐，中間區(qū)為 φ1 200、φ1 300樁，邊緣區(qū)為 φ1 500、φ1 600樁，碼頭前沿區(qū)為 φ1 800、φ1 300樁，設(shè)計極限單樁承載力從1 330 t～2 570 t不等。嵌巖樁伸入中等花崗巖層不少于3 m，5#滑道平面布置及縱剖面分別如圖1、圖2所示。

2 5#滑道及出運(yùn)碼頭的不同受力特點(diǎn)

2.1 滑道受力

滑道設(shè)施所承受的垂直力全部由滑道板下方的嵌巖樁承擔(dān)［6］，設(shè)計單樁極限承載力為1 330～2 570 t，滑道板上線荷載一般區(qū)為600 t/m，前方區(qū)為900 t/m?；腊逶谑褂弥械脑试S變形控制在6 mm之內(nèi)，滑道板各段間均埋置有φ200的傳力銷管以消除段間差異沉降。

組塊在滑道上拉拽中產(chǎn)生的巨大水平力均采用按樁距擺放的簡支滑塊臨時形成的壓柱，轉(zhuǎn)化成壓柱內(nèi)力來消除的，使嵌巖樁不承受水平力。

2.2 碼頭受力

沉箱碼頭岸壁，在5#滑道改建工作中的擋土、系、靠船等功能沒有改變，由于滑道板的遮攔作用，反而使墻后土壓力有所減小，增強(qiáng)了碼頭抗傾、抗滑能力。

由于沉箱區(qū)嵌巖樁為穿越底板而過并未與沉箱連為一體，形成了整體分離結(jié)構(gòu)，碼頭受力與滑道受力，互不傳遞，各負(fù)其責(zé)。

圖1 5#滑道平面圖Fig.1 Plan of 5#slide way

3 穿越沉箱底板成孔嵌巖樁施工難點(diǎn)

（1）在沉箱倉眼內(nèi)施工嵌巖灌注樁，其護(hù)壁鋼護(hù)筒的就位的準(zhǔn)確并沉放到沉箱底板上：即要保持相鄰倉眼間水平力的平衡，不能使沉箱內(nèi)隔墻產(chǎn)生裂縫與崩塌，又要確?？孜辉谑┕ぶ械拇怪倍扰c不發(fā)生側(cè)向變形和不漏漿。

（2）在穿越沉箱底板，切割上、下雙層φ20鋼筋網(wǎng)時，要確保沉箱底板及周圍墻體的安全與完好。不產(chǎn)生裂縫，且確保施工安全、施工效率高。成孔率高。

圖2 5#滑道縱剖面圖Fig.2 Vertical section of 5#slide way

（3）在穿越沉箱底板下拋石基床施工過程中，不能造成基床的塌孔與過大沉降變形，危及沉箱底板受力的安全性。

（4）在整個成孔施工中，如何合理調(diào)配護(hù)壁泥漿濃度，既確保泛渣、清渣，又能確保護(hù)壁清孔使落淤厚度控制在50 mm之內(nèi)，確保嵌巖樁的端承力發(fā)揮作用。

4 施工技術(shù)方案比選及研究

4.1 在11 m厚拋填塊石等填料中沉放鋼護(hù)筒方案比選及最佳采用方案

表1給出了3種施工方案。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，決定采用沉箱倉內(nèi)平衡開挖清障后，再吊安鋼護(hù)筒就位；焊連固定，然后進(jìn)行筒外回填石、土擠實(shí)護(hù)筒。保障護(hù)筒位置及垂直度滿足要求。為了方便倉內(nèi)清障工作，改制了長臂鉤機(jī)進(jìn)行挖倉內(nèi)石料作業(yè)，隅角部位還配備了吊機(jī)抓斗補(bǔ)充作業(yè)。

由于始終保持相鄰倉內(nèi)料高差在2 m之內(nèi)進(jìn)行平衡開挖，不造成相鄰倉壓力差，也未出現(xiàn)任何開裂現(xiàn)象；同時倉內(nèi)水位一致，也不產(chǎn)生水壓差，確保了隔墻的安全。

4.2 穿越沉箱鋼筋混凝土底板施工方案比選

為了確保在穿越沉箱鋼筋混凝土底板施工中不造成其他部位的開裂與施工安全，提出了采用回轉(zhuǎn)牙輪鉆，磨斷底板φ20鋼筋成孔、人工挖孔干施工與十字沖擊錘濕法施工3個方案進(jìn)行綜合比較（表2），經(jīng)綜合研究分析，最終選擇采用方案3進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)。

表1 鋼護(hù)筒沉放方案比較Tab.1 Comparison of steel casing installation schemes

為了確保十字沖擊錘開孔施工質(zhì)量可靠性，專門制備了類同沉箱底板鋼筋配筋情況的2.5 m×2.5 m×0.6 m鋼筋混凝土底板試件，在陸上用開孔十字沖擊錘開孔試驗(yàn)，錘重4 t，落距1.0 m，沖砸3 h鑿下20 cm，沖斷了雙層φ20鋼筋網(wǎng)片，開孔周圍未出現(xiàn)任何裂紋，表明十字錘沖孔試驗(yàn)是成功的，十字錘底焊有φ40彈簧鋼，作為沖擊牙齒，有利鑿巖及切斷鋼筋。

實(shí)際采用十字錘沖擊開孔穿越沉箱底板施工工藝方案工程實(shí)踐證明，既方便施工，質(zhì)量可靠，又可降低成本，成為開孔穿越沉箱地板的一個成功范例。

表2 穿越沉箱鋼筋混凝土底板施工方案比較Tab.2 Comparison of construction plans

4.3 穿越沉箱底板下方夯實(shí)拋石基床而不塌孔、不發(fā)生差異沉降的施工方案

由于重力式夯實(shí)基床規(guī)范的允許夯沉量為30 mm，而樁基允許變形量為6 mm之內(nèi)。為消除這種差異沉降，也為了解決在拋石基床中成孔時的塌孔問題，本工程采用了沉箱底板下拋石基床升漿矽化基床施工處理，使樁位下拋石基床為局部矽化整體，即樁基中心處鉆孔并達(dá)到風(fēng)化巖頂面，開始壓力注漿，進(jìn)行矽化。為驗(yàn)證升漿效果在樁周圍鉆2～3個觀察孔，按樁中心升漿范圍不少于φ2 000，解決了這項(xiàng)施工難題。

4.4 合理調(diào)配沖孔、清孔泥漿比重，充分輸渣、清渣、清孔與擴(kuò)壁

在整個嵌巖樁施工中，尤其在穿越沉箱底板鋼筋混凝土及穿越底板下夯實(shí)基床施工中都需要充分的泥漿護(hù)壁與用泥漿輸移沉渣作用。對于清孔，護(hù)壁泥漿比重控制在1.15～1.25即可。而對于輸移沉渣則泥漿比重就需在1.3～1.5。因而，要針對不同施工階段用途隨時調(diào)整入孔泥漿比重，但在最終驗(yàn)孔前要確保泥漿比重在1.15～1.25，確保沉渣厚度小于50 mm。

在施工現(xiàn)場要準(zhǔn)備充足粘土及膨潤土等備用并備有足夠的泥漿池及泥漿泵，要有專人測定泥漿比重與測孔深工作。待到達(dá)入巖高程時，還需檢查出渣與地質(zhì)報告的相符性，以便準(zhǔn)確確定巖層承載力的可靠性，調(diào)整入巖深度。

5 實(shí)踐成果及基本結(jié)論

經(jīng)過對施工技術(shù)方案的比選與試驗(yàn)，5#滑道改建工程順利解決了平衡倉壓挖石清障吊安鋼護(hù)筒，選用十字錘沖擊護(hù)筒內(nèi)沉箱底板，拋石基床升漿矽化，以及合理調(diào)配泥漿比重等技術(shù)難題，目前已成功完成嵌巖樁施工10根，這種工法成為目前國內(nèi)同類工程中的首次成功應(yīng)用。

采用沖擊十字錘穿越沉箱底板開孔施工嵌巖樁工法成功，它施工作業(yè)安全，效率高，不影響沉箱其他部位受力安全，施工方便，成本低，而且嵌巖樁垂直度也易控制，設(shè)備簡單，施工質(zhì)量可控狀態(tài)好，值得類似工程借鑒、采用、推廣。

［1］劉正善.水下升漿礦石混凝土在中遠(yuǎn)6萬t級船塢中的應(yīng)用［J］.水道港口，2001（1）：36-39.

LIU Z S.Application of Prepacked Aggregate Concrete under Water in Zhongyuan 60 000 DWT Dock［J］.Journal of Waterway and Harbour，2001（1）：36-39.

［2］王笑難.已建碼頭升級改造工程的幾種實(shí)用類型［J］.水道港口，2005（2）：122-125.

WANG X N.Several Types of Modification Works［J］.Journal of Waterway and Harbour，2005（2）：122-125.

［3］李冠東.雙套護(hù)筒在處理深水鉆孔樁穿孔中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2010（7）：73-74.

LI G D.On application of double-set guard sleeve in treatment of deep water bored pile［J］.Shanxi architecture，2010（7）：73-74.

［4］徐東暉，王星球，濮文菁.中國海洋石油工程青島海工建造基地工程設(shè)計及地基處理研究［J］.水運(yùn)工程，2009（S1）：75-80.

XU D H，WANG X Q，PU W J.Maritime engineering design in the project of Offshore Oil Engineering（Qingdao）Co.，Ltd.［J］.Port&waterway engineering，2009（S1）：75-80.

［5］余之林.南油海工碼頭加建滑道結(jié)構(gòu)設(shè)計綜述［J］.水運(yùn)工程，2002（8）：36-37.

YUZL.ASummaryoftheAdditionalSlidewayStructureDesigninNanyouMarineWharf［J］.Port&waterwayengineering，2002（8）：36-37.

［6］JTJ285-2000，港口工程嵌巖樁設(shè)計與施工規(guī)范［S］.

Research on construction technology and engineering practice in reconstruction project of slide-way

WANG Xiao-nan1,YANG Ai-guo2
（1.Tianjin Tianke Supervision Consulting Agency，Tianjin300456，China；2.China National Offshore Oil Corporation Geophysical Exploration Foundation Center，Qingdao266520，China）

The method of balancing the pressure between each caisson was used for steel casing installation in reconstruction project.Then the hole was filled in to give the steel casing greater stability.Cross hammer was used for piercing through the floor at the bottom of caissons.The mix ratio of slurry and the method of cleaning hole and draining residue were successfully used in the construction of rock-socketed pile embedded through the bottom plate of caisson.This new construction technique for rock-socketed pile embedded through the bottom plate of caisson has important practical and engineering significance.

balance of excavation；installation of steel casing；cross hammer；construction of rock-socketed pile

U 656.1；TV 52

A

1005-8443（2012）03-0260-04

2011-06-09；

2011-11-10

王笑難（1942－），男，遼寧省人，教授級高工，主要從事港工工程設(shè)計、施工、監(jiān)理工作。