大型沉箱實(shí)心方塊式出運(yùn)碼頭設(shè)計(jì)與施工

井光水

摘 要：文章以福州松下港區(qū)12#、13#泊位工程臨時(shí)出運(yùn)碼頭為例，首先分析了大型沉箱臨時(shí)出運(yùn)碼頭的設(shè)計(jì)，其后重點(diǎn)探討了施工方法，解決了其重、難點(diǎn)問題，可為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：方塊設(shè)計(jì) 測(cè)量控制 系纜設(shè)置

1.工程概況

福州港松下港區(qū)牛頭灣作業(yè)區(qū)12#、13#泊位工程建設(shè)規(guī)模為2個(gè)7萬t級(jí)通用散雜貨泊位，其中12#泊位碼頭長(zhǎng)度311.49m（含預(yù)留段長(zhǎng)度），13#泊位碼頭長(zhǎng)度265.5m，結(jié)構(gòu)型式均為重力式沉箱結(jié)構(gòu)。甲型沉箱共23件，標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)沉箱重約4104t；乙型沉箱共6件，標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)沉箱重約2727t；乙1型沉箱共2件，標(biāo)準(zhǔn)單個(gè)沉箱重約2677t。本文以最重的甲型進(jìn)行探討。

本工程沉箱預(yù)制場(chǎng)地規(guī)劃在松下港區(qū)待建的10#泊位后方，場(chǎng)地全部由開山石陸上回填而成，頂標(biāo)高為+8.0m（基準(zhǔn)：當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，下同），回填厚度約為11m，石料規(guī)格為10～100kg。

2.沉箱出運(yùn)碼頭設(shè)計(jì)

2.1出運(yùn)碼頭總體設(shè)計(jì)

本工程所用半潛駁船舶尺寸：船長(zhǎng)70.2m，船寬36.8m，型深5.8m，空載吃水2.3m，滿載吃水4.65m。接岸臺(tái)口長(zhǎng)23.0m、寬1.6m、高0.8m。

因此，本工程沉箱出運(yùn)碼頭長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為24.0m，頂標(biāo)高+7.3m，碼頭前沿水深-3.0m。由于該海域風(fēng)浪較大，為保證出運(yùn)碼頭后方的安全和穩(wěn)定，在出運(yùn)碼頭兩側(cè)各現(xiàn)澆寬1m、長(zhǎng)15m的混凝土擋墻。

出運(yùn)碼頭與半潛駁搭接臺(tái)口處尺寸為長(zhǎng)24m、高0.8m，平臺(tái)下層標(biāo)高為+6.5m。

2.2出運(yùn)碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在沉箱預(yù)制場(chǎng)區(qū)回填完成后，通過對(duì)場(chǎng)區(qū)邊線海域水深掃測(cè)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)回填前后場(chǎng)地邊線原泥面標(biāo)高基本沒有變化，說明該海域地質(zhì)條件較好，地基承載力較高。根據(jù)地質(zhì)資料，該區(qū)域上層為密實(shí)砂，有較強(qiáng)的地基承載力。因此計(jì)劃采用實(shí)心方塊結(jié)構(gòu)型式的重力式出運(yùn)碼頭，由于地基承載力較好，因此基槽挖泥深度不宜較深，以盡量減少對(duì)原地質(zhì)的擾動(dòng)。

基槽開挖至-5.0m標(biāo)高，采用暗基床，換填2m厚的10～300kg塊石，基床頂標(biāo)高-3.0m，安裝2層C30混凝土方塊，第一層方塊高3.0m，安裝后頂標(biāo)高+0.0m，第二層方塊高+1.5m，安裝后頂標(biāo)高+1.5m，其上現(xiàn)澆寬12m、長(zhǎng)24m、厚1m的C40鋼筋混凝土壓板（卸荷板），然后現(xiàn)澆C40鋼筋混凝土胸墻至+7.3m。根據(jù)規(guī)范要求，上下兩層相鄰方塊間垂直砌縫應(yīng)相互錯(cuò)開。出運(yùn)碼頭結(jié)構(gòu)立面見圖1。

經(jīng)受力計(jì)算分析，實(shí)心方塊結(jié)構(gòu)碼頭的地基承載力、抗傾、抗滑穩(wěn)定性等均能滿足施工安全要求。

2.3 方塊設(shè)計(jì)

根據(jù)《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS167-2-2009）中的相關(guān)規(guī)定，混凝土實(shí)心方塊長(zhǎng)邊尺寸與高度之比需≤3，短邊尺寸與高度之比需≥1，且短邊尺寸≥0.8m。

預(yù)制方塊模板利用舊模板，以到達(dá)資源充分利用，方塊規(guī)格如表1所示。

為減輕方塊1自重、方便安裝及上部方塊的疊放，方塊設(shè)計(jì)為“凹”字型，這樣方塊1重降為82.8t。

所有方塊采用預(yù)埋吊環(huán)起吊安裝，經(jīng)計(jì)算直徑36mm的圓鋼吊環(huán)能滿足受力要求，單件方塊設(shè)置4個(gè)吊環(huán)，吊環(huán)加工與埋設(shè)滿足規(guī)范要求。

第1層方塊安裝后頂標(biāo)高為+0.0m，受潮水影響，無法進(jìn)行上部胸墻施工，因此需預(yù)制安裝第2層方塊2（高1.5m）（方塊2外形為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方體，無特殊要求），以滿足胸墻澆筑最低標(biāo)高要求。方塊3的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照方塊2。

3.施工準(zhǔn)備

3.1施工組織

沉箱運(yùn)移通道采用自卸卡車配合鏟車、挖掘機(jī)進(jìn)行施工，通道寬度控制在60m以內(nèi)，出運(yùn)通道長(zhǎng)度為150m，通道坡度1.34%（滿足安全施工要求）。

出運(yùn)碼頭基槽采用8方抓斗船組進(jìn)行開挖，挖泥船配備GPS定位定向儀，控制開挖范圍，開挖深度采用水坨控制，不得超寬超深；基床拋石采用平板船定位、挖掘機(jī)細(xì)拋施工，拋石過程中勤打水，遵循“寧低勿高”的原則；錘夯船采用GPS定位定向儀等位夯實(shí)施工；基床頂進(jìn)行整平。

船機(jī)主要配備情況：400t起重船1艘、抓斗式挖泥船1艘、600方開體式自航泥駁1艘、錘夯船1艘、整平船1艘、錨艇1艘、交通船1艘、自卸式運(yùn)輸車20輛、鏟車1部、挖掘機(jī)1部、300t定位船1艘、500t石料運(yùn)輸船2艘。

3.2測(cè)量控制

在基槽挖泥前對(duì)出運(yùn)碼頭港池海域及沉箱拖運(yùn)航道進(jìn)行水深掃測(cè)，發(fā)現(xiàn)不能滿足拖航安全水深（-3.0m）區(qū)域，組織挖泥船組進(jìn)行施工，確保半潛駁在沉箱上駁、拖運(yùn)過程中有足夠的安全水深。

沉箱運(yùn)移通道施工利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高控制，基槽挖泥及基床拋石船載定位定向儀進(jìn)行定位，相關(guān)高程采用水坨測(cè)量，施工過程中要勤打水、勤測(cè)量，以保證施工質(zhì)量。

4.施工措施

4.1沉箱運(yùn)移通道

沉箱運(yùn)移通道為斜坡式，為保證沉箱運(yùn)移安全，斜坡坡度須控制在2%以內(nèi)。降坡起始點(diǎn)為沉箱最后一件底胎模邊線，坡度逐漸下降至出運(yùn)碼頭前沿，通道長(zhǎng)度約160m。為保證沉箱在通道上的沉降穩(wěn)定，該通道全部采用塊石進(jìn)行回填，并進(jìn)行強(qiáng)夯夯實(shí)。通道頂層自下而上依次為0.2m厚的碎石墊層和0.3m厚的5%水泥穩(wěn)定層。穩(wěn)定層施工完成后，采用20t的壓路機(jī)振動(dòng)碾壓6次。

為保證出運(yùn)碼頭及沉箱運(yùn)移通道的安全，在東北方向的迎浪區(qū)及出運(yùn)碼頭兩側(cè)拋填大塊石理坡，并澆筑C15混凝土進(jìn)行護(hù)坡。

4.2出運(yùn)碼頭

出運(yùn)碼頭采用方塊安裝與現(xiàn)澆胸墻相結(jié)合的形式。出運(yùn)碼頭長(zhǎng)24m，寬2.5m，碼頭基槽挖泥底標(biāo)高為-5.0m，基床拋石采用平板船拋填施工至-3.0m，然后錘夯船進(jìn)行錘夯施工，采用壓半夯2遍8夯次施工，夯實(shí)完成后進(jìn)行基床整平，趁低潮進(jìn)行方塊安裝。

具體施工流程如下：

（1）基槽挖泥

出運(yùn)碼頭基槽挖泥的標(biāo)高為-5.0m，挖泥船采用GPS定位、全站儀輔助校核，確保開挖位置的準(zhǔn)確。施工過程中采用水坨測(cè)深控制開挖深度。

（2）基床拋石

基床采用拋石船拋填開山石，開山石要求為10～300kg，無風(fēng)化、含土量<5%?；矑伿ㄎ淮捎肎PS定位、全站儀輔助校核，確保拋石位置的準(zhǔn)確?；矑伿靥钪?3.0m。

（3）基床錘夯

拋石完成后采用重錘打夯船對(duì)基床進(jìn)行夯實(shí)，打夯船采用GPS定位，夯能要求為≥200KJ，按每點(diǎn)壓半夯2遍8夯次施工。

（4）基床整平

在基床夯實(shí)完成后進(jìn)行基床整平。整平倒坡為3%。

（5）方塊安裝

基床整平完成后進(jìn)行方塊的安裝。方塊安裝采用400t起重船吊安、潛水員配合的方法，趁低潮時(shí)間進(jìn)行安裝。

（6）現(xiàn)澆混凝土壓板（卸荷板）

為降低墻后土壓力對(duì)出運(yùn)碼頭的影響，增加碼頭受力的整體穩(wěn)定性，第二層方塊安裝完成、棱體回填至+1.5m后，現(xiàn)澆與碼頭通長(zhǎng)（24m）、寬12m、厚1m的C40鋼筋混凝土壓板（卸荷板）。壓板鋼筋直徑均為18mm，間距20cm，上下兩層網(wǎng)片式布設(shè)。

5.系纜設(shè)置

出運(yùn)碼頭胸墻頂層施工時(shí)，在+7.3m標(biāo)高前沿兩側(cè)預(yù)埋2個(gè)直徑0.2m的鋼管作為半潛駁系纜樁，2個(gè)系船柱間距應(yīng)>氣囊長(zhǎng)度，并預(yù)留與氣囊的安全距離，避免刮傷氣囊。在出運(yùn)碼頭兩側(cè)設(shè)置地垅，地垅位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定。預(yù)埋直徑36mm一級(jí)鋼筋環(huán)，以利于半潛駁與出運(yùn)碼頭靠緊。

6.結(jié)束語

綜上所述，本工程實(shí)心方塊式出運(yùn)碼頭現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)單易行，經(jīng)濟(jì)合理，在沉箱出運(yùn)施工過程中，碼頭結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定?，F(xiàn)本工程所有沉箱（最大單件重4100t）均順利出運(yùn)上駁安裝，可見該設(shè)計(jì)值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTS 167-2-2009·重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].人民交通出版社，2009.

[2]麥遠(yuǎn)儉.重力式碼頭設(shè)計(jì)方法與施工關(guān)鍵技術(shù)[J].華南港工，2005（01）：6-8+54.