大型靠船墩施工工藝優(yōu)化分析

石嘯，張磊

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

大型靠船墩作為蝶式碼頭結(jié)構(gòu)中唯一用以抵消船舶水平擠靠力的構(gòu)筑物，較常規(guī)“梁板式”碼頭預(yù)制安裝的靠船構(gòu)件數(shù)量少，故其靠船墩現(xiàn)澆靠船構(gòu)件通常尺寸較大。同時，隨著碼頭對各種類型船舶適應(yīng)性的不斷增強(qiáng)，“蝶式”碼頭除用以靠泊大型液化石油氣或天然氣等大型船舶外，也要兼顧靠泊噸位較小的同類船舶。故靠船墩中現(xiàn)澆靠船構(gòu)件除尺寸較大外，其現(xiàn)澆靠船構(gòu)件底標(biāo)高較靠船墩墩臺主體低，需乘潮施工，工序相對復(fù)雜，對工期、質(zhì)量及成本均提出較大考驗。在傳統(tǒng)施工工藝基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化施工順序及方法，縮短施工周期、提高工程質(zhì)量、降低成本投入[1]，成為靠船墩施工過程中的關(guān)鍵。

1 工程概況

天津港某LNG碼頭中，靠船墩平面尺寸為15m×15m，靠船墩墩臺主體底高程+4.5m，靠船構(gòu)件底高程+1.0m（如圖1所示）。根據(jù)施工當(dāng)?shù)睾Ｑ笳緦?shí)測資料統(tǒng)計，該海區(qū)歷年平均高潮位為+3.74m，歷年平均低潮位為+1.34m。故靠船構(gòu)件在+1.00～+2.50m區(qū)域理論上并不具備整體現(xiàn)場澆筑的條件，經(jīng)同設(shè)計單位反復(fù)研究，確定將該部分進(jìn)行預(yù)制（KCGJ1）并進(jìn)行現(xiàn)場安裝，其余部分采用現(xiàn)場澆筑施工。

圖1 靠船墩橫斷面圖及縱斷面圖Fig.1 Cross section and vertical section diagrams of the dolphin

2 傳統(tǒng)施工工藝分析

靠船墩傳統(tǒng)的施工工藝需自下而上分層、分結(jié)構(gòu)段澆筑[2]，即在完成沉樁施工后，先行在鋼樁上安裝懸臂扁擔(dān)梁，并對靠船構(gòu)件預(yù)制部分采用預(yù)埋“門字架”的方式進(jìn)行反挑懸掛安裝[3]。而后，開始自下而上分層進(jìn)行完成+2.5～+4.5m區(qū)段及+4.5m～靠船墩臺頂?shù)匿伒准皾仓┕ぁ?/p>

以該地區(qū)同類結(jié)構(gòu)已建原油碼頭施工經(jīng)驗為例，該碼頭現(xiàn)澆靠船墩采取傳統(tǒng)施工工藝，在施工中存在如下問題：

1）原材一次性投入大

在進(jìn)行混凝土澆筑過程中，為避免鋼樁與現(xiàn)澆靠船構(gòu)件部分發(fā)生“前傾”，需采用型鋼將全部鋼樁進(jìn)行焊接連接，型鋼一次性投入量大。

用于反挑懸掛安裝預(yù)制靠件部分的型鋼為懸臂結(jié)構(gòu)，較簡支結(jié)構(gòu)受力情況而言，對所選用的型鋼截面尺寸及力學(xué)性能均提出較高要求，增加了型鋼的成本投入。

2）施工質(zhì)量控制難度高

根據(jù)已建碼頭施工經(jīng)驗，在實(shí)際施工過程中，即便采用整體焊接連接的施工方式，仍難以保證靠船墩前沿線精度滿足要求，在后續(xù)施工中仍需進(jìn)行二次調(diào)整加固，調(diào)整工作費(fèi)時費(fèi)力。

3）施工周期消耗時間長

由于每根鋼樁均需澆筑樁芯混凝土，若采取傳統(tǒng)工藝，則樁芯混凝土需待現(xiàn)澆靠船構(gòu)件部分及靠船墩整體第一層墩臺澆筑完畢，并拆除吊底扁擔(dān)梁后，方可進(jìn)行施工。因此，該工序?qū)⒅苯映蔀楝F(xiàn)澆靠船墩的關(guān)鍵路徑工序，影響施工工序的前后搭接，制約整體施工工期。

該海區(qū)歷年平均水位為+1.34～+3.74m，在進(jìn)行+2.50～+4.50m區(qū)域現(xiàn)澆靠船構(gòu)件施工時，需趕潮水作業(yè)、作業(yè)時間有限，且該工序為關(guān)鍵路徑工序，直接影響靠船構(gòu)件整體施工進(jìn)度。

3 優(yōu)化施工工藝分析

針對以上問題，在靠船墩施工工藝安排時，將靠船墩主體分為3層進(jìn)行澆筑（見圖2）。

圖2 靠船墩靠船構(gòu)件預(yù)制部分安裝圖Fig.2 Installation diagram of the prefabricated parts of the berthing member

先行進(jìn)行第1層0.8m厚墩臺主體混凝土澆筑（即+4.5～+5.3m區(qū)域靠船墩主體），并在現(xiàn)澆靠船構(gòu)件區(qū)域按照鋼筋彎折方向預(yù)留斜向缺口。

在完成靠船墩主體第1層0.8m厚混凝土澆筑后，保留現(xiàn)澆靠船構(gòu)件（即+2.50～+4.50m所在平面范圍內(nèi)）區(qū)域4根吊底主梁及靠船墩后沿扁擔(dān)梁，并調(diào)整吊底螺栓降低主梁標(biāo)高以滿足現(xiàn)澆靠船構(gòu)件區(qū)域吊底施工（吊底圖如圖2所示）。同時，將靠船構(gòu)件預(yù)制部分按照平面安裝線懸掛于缺口處。在進(jìn)行靠船構(gòu)件現(xiàn)澆施工的過程中，可借助靠船墩墩主體第1層混凝土澆筑完成后所形成平臺，同時進(jìn)行鋼管樁樁芯混凝土施工、墩臺主體第2層鋼筋綁扎和模板支立施工、靠船構(gòu)件現(xiàn)澆部分施工?，F(xiàn)澆靠船構(gòu)件區(qū)域主要為+2.50～+4.50m區(qū)域，由于澆筑高度較大，考慮墩臺第1層施工拆底后剩余型鋼的荷載能力及整體施工進(jìn)度，分2次進(jìn)行澆筑，第1次澆筑+2.50～+3.50m，第2次澆筑+3.50～+5.30m（同靠船墩主體第1層0.8m厚混凝土同等高度）。

通過調(diào)整現(xiàn)澆靠船墩各施工部位的施工順序，提高了現(xiàn)澆靠船墩的整體施工效果，主要表現(xiàn)為：

1）一次性材料投入減少。除正常墩臺主體第1層吊底所需型鋼外，現(xiàn)澆靠船構(gòu)件在進(jìn)行靠件安裝時，僅需投入2層雙拼工字鋼用于懸掛靠件預(yù)制部分（屬簡支結(jié)構(gòu)，極大緩解了懸臂結(jié)構(gòu)對鋼材力學(xué)性能和尺寸的要求）[4]，此型鋼可直接采用第1層墩臺拆底型鋼。故一次性材料投入僅為墩臺主體第1層吊底所必需的型鋼，較傳統(tǒng)工藝而言，無需增加額外型鋼投入。

2）施工質(zhì)量控制簡便。由于在靠件懸掛前，在靠件下部可采用靠船構(gòu)件現(xiàn)澆部分的吊底主梁進(jìn)行安裝線控制，在靠件上部利用2層雙拼工字鋼在靠船墩已澆筑完成的第1層墩臺頂面測放安裝控制線進(jìn)行安裝控制，從而不僅保證了預(yù)制靠件部分的前沿線安裝精度，也確保了預(yù)制靠件豎向安裝的垂直度，從而提高了工程施工質(zhì)量。

此外，由于靠船墩第1層墩臺混凝土已經(jīng)澆筑完成，因此，在進(jìn)行預(yù)制部分靠件安裝的過程中，不會發(fā)生前沿線傾斜或偏移的現(xiàn)象。

3）關(guān)鍵工序平行施工，縮短施工周期。由于在完成靠船墩第1層墩臺主體施工后，利用已經(jīng)形成的平臺，可直接進(jìn)行樁芯混凝土澆筑和第2層墩臺鋼筋的綁扎施工，與此同時，靠船構(gòu)件現(xiàn)澆部分可同期進(jìn)行鋼筋綁扎、模板支立與混凝土澆筑施工，從而將傳統(tǒng)施工工藝中，存在先后制約關(guān)系的3道工序，演變?yōu)榭赏瑫r進(jìn)行平行作業(yè)的關(guān)鍵工序?？s短了關(guān)鍵路徑上工序的數(shù)量和消耗時間的長度，提高了現(xiàn)澆靠船墩的施工效率。

4 工藝細(xì)節(jié)優(yōu)化

1）為了保證在后期安裝及現(xiàn)場澆筑混凝土的過程中，KCGJ1同靠船構(gòu)件現(xiàn)澆部分吊底接茬處止?jié){嚴(yán)密，在KCGJ1預(yù)制時，在原有設(shè)計1.5m高度的基礎(chǔ)上，額外增加5 cm高度，以保證KCGJ1在安裝后，其預(yù)制混凝土頂面高于靠船構(gòu)件現(xiàn)澆部分吊底，以便KCGJ1側(cè)壁同吊底緊密接觸，防止接茬處漏漿。

2）為避免因現(xiàn)場累計高程誤差，導(dǎo)致KCGJ1安裝后標(biāo)高誤差較大，在KCGJ1在預(yù)制過程中，僅需按照理論高度對型鋼進(jìn)行預(yù)埋。待KCGJ1運(yùn)送至現(xiàn)場后，根據(jù)每個靠船墩實(shí)際情況，重新核定實(shí)際預(yù)留高度，進(jìn)行現(xiàn)場接高后，再行焊接掛梁雙拼型鋼。同時，為加強(qiáng)掛梁同預(yù)埋型鋼之間的連接可靠性，除在掛梁同預(yù)埋型鋼之間焊接三角形牛腿以增加焊縫長度外，還可采取塞焊鋼筋的方式加強(qiáng)其型鋼間連接的可靠性。除此以外，為增加KCGJ1吊裝的安全性和可靠性，在KCGJ1完成安裝后，可采用現(xiàn)場其他墩臺結(jié)構(gòu)所使用的廢舊吊底螺栓進(jìn)行二次加工，一段彎成鉤狀懸掛設(shè)計吊點(diǎn)，另一端采用絲扣+墊片+螺母同2層雙拼工字鋼扁擔(dān)梁進(jìn)行加固。

3）靠船構(gòu)件預(yù)制部分KCGJ1在現(xiàn)場完成安裝后，由于其不能同靠船墩墩臺主體形成可靠連接，在施工中，由于潮汐及波浪影響，KCGJ1經(jīng)常發(fā)生晃動及微小偏位現(xiàn)象，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生大潮或大風(fēng)天氣時，晃動和偏位尤為嚴(yán)重，因此，在KCGJ1完成現(xiàn)場安裝后，將臨近鋼管樁同KCGJ1預(yù)埋型鋼之間及時采用槽鋼進(jìn)行可靠連接加固。但在后續(xù)靠船構(gòu)件現(xiàn)澆部分鋼筋綁扎過程中，由于該現(xiàn)澆部分外圍鋼筋均為側(cè)壁與底板通長方式進(jìn)行綁扎，若采用槽鋼進(jìn)行焊接加固，在鋼筋綁扎過程中會造成綁扎障礙，故在后續(xù)靠船墩施工中先行采用手扳葫蘆+鋼絲繩將鋼管樁同預(yù)埋型鋼進(jìn)行臨時加固，方便鋼筋綁扎過程中臨時拆卸施工，在完成鋼筋綁扎后，采用槽鋼進(jìn)行最終加固焊接，此工藝在實(shí)際施工中取得了良好的施工效果（見圖3）。

圖3 現(xiàn)澆靠船構(gòu)件完成Fig.3 Completion of the cast-in-situ berthing member

4）由于靠船墩現(xiàn)澆靠船構(gòu)件在施工過程中，始終處于潮差漲落的范圍內(nèi)，因此，每日有效作業(yè)時間較短，為避免長時間潮水漲落對鋼筋及模板腐蝕嚴(yán)重，在施工過程中，仍需適當(dāng)增加施工人員投入，縮短各工序間銜接時間，盡快完成靠船墩現(xiàn)澆靠船構(gòu)件部分施工。

5 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況，通過優(yōu)化施工工藝并合理調(diào)整施工順序，不僅減少了大型靠船墩的施工成本投入，保證了工程質(zhì)量，也使得施工進(jìn)度得以大幅度提升。本文對天津港某LNG碼頭大型靠船墩現(xiàn)澆靠船構(gòu)件的施工工藝及相關(guān)問題進(jìn)行闡述，可供類似工程參考借鑒。

[1] 建筑施工手冊編寫組.建筑施工手冊[M].第四版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.Writing group of Building Construction Handbook.Building Construction Handbook[M].Fourth edition.Beijing：China Architecture&Building Press，2003.

[2] 中交第一航務(wù)工程局．港口工程施工手冊（上）[M]．北京：人民交通出版社，1994．CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.Harbor engineering construction manual（volume 1）[M].Beijing：China Communications Press，1994.

[3] 劉勝，陳云．天津港30萬噸級原油碼頭工程外海大型墩臺施工工藝[J].中國港灣建設(shè)，2013（6）：64-67．LIU Sheng，CHEN Yun.Technology for construction of mass abutments in open seas for 300000 t crude oil terminal in Tianjin port[J].China Harbour Engineering，2013（6）：64-67.

[4] 河海大學(xué)．水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)[M]．北京：水利水電出版社，1996．Hohai University.Hydraulic mechanics of reinforced concrete structures[M].Beijing：China Water Power Press，1996.