排海管包封混凝土干法施工工藝

王曉東，崔志海

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

高樁碼頭排?？谑┕な艹蔽蛔兓绊懘?，常需趕潮施工，由于其底標(biāo)高較低，每個(gè)潮水作業(yè)時(shí)間有限，為了能進(jìn)行施工，通常做法是增加機(jī)械設(shè)備及人員投入，待到潮位合適時(shí)搶工作業(yè)，這樣既增加了成本，包封混凝土施工質(zhì)量還不能得到保障，為了等待作業(yè)時(shí)機(jī)，其他作業(yè)還需停止，影響整個(gè)施工進(jìn)度。本文主要介紹了排?？诎饣炷粮煞ㄊ┕1]，既節(jié)約了人員設(shè)備投入，保障了施工效率，又保證了包封混凝土的施工質(zhì)量，取得了良好的效益。

1 工程概況

天津港大沽口港區(qū)糧油區(qū)6、7號(hào)通用泊位工程[2]在天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)，位于天津港大沽口港區(qū)北側(cè)岸線中部，已建糧油碼頭2號(hào)、3號(hào)泊位東側(cè)約550 m。工程新建2個(gè)通用泊位，碼頭岸線按照同時(shí)?？?艘10萬(wàn)噸級(jí)散雜貨船布置規(guī)劃，碼頭為高樁梁板結(jié)構(gòu)，連片滿堂式布置，共分10個(gè)結(jié)構(gòu)段，長(zhǎng)度584 m，寬度82 m，其中碼頭前樁臺(tái)寬30.4 m，樁基采用準(zhǔn)1 000鋼管樁，碼頭后樁臺(tái)寬51.6 m，樁基采用灌注樁及混凝土方樁。

本工程[2]共設(shè)置3處結(jié)構(gòu)形式相同的排?？?，排海口包封混凝土設(shè)計(jì)底標(biāo)高+0.68 m，頂標(biāo)高為+3.31 m。擋土墻外側(cè)包封混凝土長(zhǎng)度為7.62 m，此部分施工受潮位影響大，本文介紹的干法施工工藝就是針對(duì)此部位。

2 工藝概述

擋土墻外側(cè)單個(gè)排海口的包封混凝土加排海管的重量為109 t，現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備均達(dá)不到整體起吊安裝能力，采用起重能力更強(qiáng)的起重設(shè)備又會(huì)產(chǎn)生較高的費(fèi)用，因此根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備起吊能力，將包封混凝土分為預(yù)制部分加現(xiàn)澆部分，預(yù)制部分重量為27.6 t，可在排海口后方陸地就近預(yù)制，預(yù)制成形后采用履帶吊進(jìn)行吊裝，吊裝就位后安裝排海管，最后進(jìn)行二步包封現(xiàn)澆。

傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝與干法施工工藝斷面圖對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 工藝對(duì)比圖Fig.1 Technology comparison diagram

2.1 施工流程

該工藝首先經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)單位變更，施工時(shí)首先預(yù)制一步包封混凝土，預(yù)制成形滿足起吊條件之后，根據(jù)潮位擇機(jī)開(kāi)挖岸坡，再安裝包封預(yù)制段，其次安裝排海管，最后澆筑二步混凝土。

2.2 設(shè)計(jì)變更

2.2.1 設(shè)計(jì)變更原則

在進(jìn)行變更設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備性能，變更后必須能夠進(jìn)行整體預(yù)制及吊裝；其次結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性，吊裝時(shí)預(yù)制部分不能發(fā)生破壞；最后須達(dá)到后續(xù)排海管安裝及現(xiàn)澆混凝土?xí)r施工方便，保證質(zhì)量。

2.2.2 結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)[3]排海管底部包封混凝土厚度最薄為460 mm，側(cè)壁最薄位置為315 mm，全部為素混凝土，可知，該結(jié)構(gòu)在后期是穩(wěn)定的。為了最大程度保留原設(shè)計(jì)[3]外形，故預(yù)制部分外形尺寸沿用原設(shè)計(jì)，為保證起吊穩(wěn)定性，預(yù)制時(shí)在底板及側(cè)壁增加鋼筋。經(jīng)過(guò)核算，預(yù)制段底板厚度為300 mm，側(cè)壁厚度為200 mm，即可滿足吊裝穩(wěn)定性。

2.2.3 抗浮計(jì)算

包封預(yù)制段安裝后底面標(biāo)高為+0.68 m，頂標(biāo)高為+2.84 m，高潮時(shí)水面標(biāo)高按設(shè)計(jì)高水位考慮為+4.3 m，可知，高潮時(shí)預(yù)制段整體被淹沒(méi)。預(yù)制段重量為27.6 t，預(yù)制段體積為11.04 m3，海水密度為1.025 kg/m3，因此所受到的浮力為11.32 t。因此預(yù)制段安裝后依靠重力即可抵抗海水浮力。

2.2.4 止排水設(shè)計(jì)

在預(yù)制段前端預(yù)留擋板安裝凹槽，分別在包封預(yù)制段吊裝前及排海管吊裝后安裝兩道擋板形成抽水隔間，可實(shí)現(xiàn)海水浸沒(méi)預(yù)制段之前預(yù)制段內(nèi)干燥，在退潮之后，在隔間中安裝抽水泵可將預(yù)制段內(nèi)海水排出，實(shí)現(xiàn)混凝土干法澆筑。

2.2.5 吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

根據(jù)JTS 151—2011《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]中吊環(huán)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，吊環(huán)尺寸可由式（1）求得：

式中：A為單個(gè)吊環(huán)鋼筋截面積，mm2；F為構(gòu)件的總重力計(jì)算值，N；n為吊環(huán)數(shù)，當(dāng)一個(gè)構(gòu)件設(shè)置4個(gè)吊環(huán)時(shí)，按3個(gè)受力計(jì)算；fy為鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2。

經(jīng)計(jì)算，選取型號(hào)為HPB300直徑14 mm的鋼筋，布置4個(gè)即可滿足要求，根據(jù)現(xiàn)有材料，選擇型號(hào)為HPB300直徑20 mm的鋼筋，布置4個(gè)做吊點(diǎn)[4]。

2.3 施工方法

2.3.1 一步包封混凝土預(yù)制

包封混凝土預(yù)制部分在排?？诤髠?cè)陸地就近預(yù)制[5-6]。為保證吊裝的整體性，該部分由素混凝土變更為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并在底部設(shè)計(jì)吊點(diǎn)[4]，供吊裝使用。預(yù)制采用現(xiàn)有定形鋼模板，分三步進(jìn)行，第一步預(yù)制底板，第二步及第三步分別預(yù)制2個(gè)側(cè)墻，每步銜接部位均進(jìn)行鑿毛處理，保證后澆部分的黏結(jié)力。預(yù)制部分成形效果見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)制段成形圖Fig.2 Precast section forming drawing

2.3.2 排海口開(kāi)挖

排?？陂_(kāi)挖采用上臂挖掘機(jī)，開(kāi)挖時(shí)需根據(jù)潮位選擇作業(yè)時(shí)間。以往類似工程施工時(shí)，由于施工人員需要進(jìn)入開(kāi)挖的基槽內(nèi)進(jìn)行支模作業(yè)，因此在開(kāi)挖時(shí)需根據(jù)標(biāo)高進(jìn)行側(cè)向放坡，導(dǎo)致開(kāi)挖工程量較大，并且開(kāi)挖的斜坡受潮水浸泡后極易發(fā)生塌陷，導(dǎo)致坡面不易成形。采用包封混凝土干法施工時(shí)，無(wú)需在開(kāi)挖的基坑內(nèi)支拆模板，可以縮小開(kāi)挖的范圍，減少開(kāi)挖量，節(jié)約成本，降低施工人員風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.3 包封預(yù)制段吊裝

首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層施工，整平、鋪碎石墊層后采用180 t履帶吊將包封預(yù)制段整體吊裝就位，根據(jù)設(shè)計(jì)位置進(jìn)行精確調(diào)整。

吊裝前，在預(yù)制段海側(cè)入口端安裝木板制作而成的封口板，使其形成閉合空間，隔絕海水與預(yù)制段，便于后續(xù)形成抽水隔間。預(yù)制段安裝后效果見(jiàn)圖3。

圖3 預(yù)制段吊裝就位Fig.3 Hoisting into position of precast section

2.3.4 排海管吊裝與拼接

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，排?？诓捎脙?nèi)徑為1 600 mm，壁厚160 mm，單段長(zhǎng)度2.5 m，重量5.5 t的排海管，用履帶吊逐段吊裝，在包封預(yù)制段內(nèi)拼接成整體。拼接后安裝第二道封口板，形成抽水隔間。第二道封口板同時(shí)兼顧混凝土模板作用，使二步包封混凝土成形。排海管安裝后BIM模型效果見(jiàn)圖4。

圖4 排海管安裝后效果圖Fig.4 Effect drawing after installation of sea discharge pipe

2.3.5 二步包封混凝土澆筑

二步包封混凝土澆筑之前，在抽水隔間中安裝潛水泵，將漲潮時(shí)進(jìn)入預(yù)制段內(nèi)的海水抽出，此時(shí)預(yù)制段內(nèi)即可形成干燥閉合環(huán)境，滿足混凝土澆筑條件，采用履帶吊吊灰斗進(jìn)行澆筑，包封預(yù)制部分充當(dāng)了“模板”。

2.4 施工注意事項(xiàng)

2.4.1 安全注意事項(xiàng)

該分項(xiàng)主體施工為臨水作業(yè)，施工人員需采取臨水作業(yè)防護(hù)措施，確保人員安全；預(yù)制段吊裝前起重作業(yè)人員需核實(shí)起重設(shè)備及吊索具是否滿足起吊要求，吊裝時(shí)需嚴(yán)格按照起重作業(yè)操作規(guī)程進(jìn)行，避免出現(xiàn)違規(guī)操作造成機(jī)損事故，起重作業(yè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)需設(shè)置監(jiān)護(hù)人，確保過(guò)往行人安全；整個(gè)施工過(guò)程中需要關(guān)注天氣及潮位變化，合理安排作業(yè)時(shí)間，避免出現(xiàn)趕工現(xiàn)場(chǎng)，增加施工危險(xiǎn)性。

2.4.2 質(zhì)量注意事項(xiàng)

預(yù)制段采用陸地預(yù)制方式可有效保證分步澆筑混凝土的銜接質(zhì)量，由于預(yù)制部分增設(shè)了鋼筋，重點(diǎn)控制鋼筋保護(hù)層[7]滿足規(guī)范要求；預(yù)制完成后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，起吊前檢查同條件試塊強(qiáng)度[5-6]，強(qiáng)度達(dá)到100%之后方可起吊；起吊及安裝過(guò)程中需注意成品保護(hù)，避免磕碰已完成的其他主體工程；現(xiàn)澆混凝土應(yīng)重點(diǎn)控制抹面質(zhì)量，保證混凝土外觀要求。預(yù)制及現(xiàn)澆工程均按照J(rèn)TS 257—2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[8]進(jìn)行驗(yàn)收。

2.5 工藝優(yōu)勢(shì)

1）經(jīng)統(tǒng)計(jì)，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝相比，干法施工單個(gè)排?？诳晒?jié)約費(fèi)用約3萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。本工程共3個(gè)排?？?，共節(jié)約成本約9萬(wàn)元。

2）由于采用該工藝時(shí)包封混凝土在陸地進(jìn)行預(yù)制，相比水下現(xiàn)澆混凝土，該工藝可有效保證工程實(shí)體質(zhì)量，并且提高混凝土外觀質(zhì)量。

3）采用該工藝可減少施工人員涉水作業(yè)時(shí)間，保證人員安全。

2.6 經(jīng)濟(jì)效益分析

排?？诎獠捎酶煞ㄊ┕は啾葌鹘y(tǒng)現(xiàn)澆工藝，增加了部分鋼筋，并且需要鋼筋工施工，但整體從人、材、機(jī)方面均有較大的節(jié)省。采用不同工藝時(shí)單個(gè)排海口包封混凝土施工效益對(duì)比見(jiàn)表1。本工程3個(gè)排海口全部采用了干法施工，傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝相關(guān)數(shù)據(jù)是通過(guò)調(diào)查以前類似結(jié)構(gòu)施工總結(jié)得出的。

表1 單個(gè)排?？诎饣炷潦┕ばб鎸?duì)比表Table 1 Comparison table of construction benefits of single drainage outlet encapsulating concrete

3 結(jié)語(yǔ)

港口與航道工程項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)提高、成本加大，傳統(tǒng)的水工施工企業(yè)要在新形勢(shì)下持續(xù)發(fā)展，保障效益是不得不考慮的因素。而碼頭工程諸多工藝已延續(xù)多年，形成定式，可以通過(guò)微創(chuàng)新優(yōu)化工藝，節(jié)約成本，保障安全。排海管包封混凝土干法施工工藝突破了傳統(tǒng)思維模式，將涉水作業(yè)改為陸地施工，充分利用了現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備及人員，大大提高了效益，具有推廣價(jià)值。