關(guān)于防波堤施工技術(shù)的探討

曾晰 李思琦 中交一航局第三工程有限公司

運(yùn)輸類船舶逐漸向大型和重型發(fā)展，港口吞吐量也不斷增長(zhǎng)，海港建設(shè)項(xiàng)目發(fā)生很大變化，從最初的近岸建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榘胙谧o(hù)或者無(wú)掩護(hù)的深水區(qū)建設(shè)，使傳統(tǒng)模式下的港口計(jì)劃與施工等方面面臨更多問題和挑戰(zhàn)?；诖?，本文對(duì)一種新型的結(jié)構(gòu)在防波堤中的應(yīng)用及施工技術(shù)問題進(jìn)行探討。

1.桶式結(jié)構(gòu)在防波堤中的研究應(yīng)用情況

法國(guó)是最先應(yīng)用大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的國(guó)家，隨后，其他西方國(guó)家也逐漸開始加大在港口建設(shè)工程中應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)。我國(guó)對(duì)于大圓柱殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用大概在八十年代初期左右，在天津港集團(tuán)企業(yè)的組織和帶領(lǐng)下，高校和科研結(jié)構(gòu)針對(duì)插入式箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)展開深入全面的探究，并對(duì)箱型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)的原理、理論和模型等進(jìn)行分析，結(jié)合分析結(jié)果完成工程建設(shè)。2003年天津港研究項(xiàng)目中應(yīng)用的箱筒型結(jié)構(gòu)是圓筒構(gòu)件4個(gè)按照矩形對(duì)稱構(gòu)成的，4個(gè)圓筒通過(guò)豎向連接墻和頂板進(jìn)行連接進(jìn)而成為一體，向施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸選擇浮運(yùn)方式，然后再加壓使其進(jìn)入土中。

和天津港所應(yīng)用的箱筒型結(jié)構(gòu)相比，本文所研究的新型桶式結(jié)構(gòu)的差異性非常明顯。本文所研究的新型桶式結(jié)構(gòu)防波堤采用單桶結(jié)構(gòu)，利用隔板將內(nèi)部分成9個(gè)隔艙，這種結(jié)構(gòu)并不具有對(duì)稱性特征，對(duì)于沉放和托運(yùn)等環(huán)節(jié)難度自然提升，因此需要在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和完善，使施工技術(shù)、控制水平都能得到提升。

2.新型桶式結(jié)構(gòu)防波堤的主要優(yōu)點(diǎn)

本文所研究的新型桶式結(jié)構(gòu)防波堤的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，由于這種結(jié)構(gòu)直接插進(jìn)軟土即可，因此原本的軟土不需要清理，也不需要對(duì)原來(lái)軟土進(jìn)行改良。

第二，這種結(jié)構(gòu)開工之前不需要過(guò)多準(zhǔn)備工作，所以無(wú)需耗費(fèi)過(guò)多時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)備，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)施工，一般來(lái)說(shuō)每月平均可完成20幾件，進(jìn)尺超過(guò)400米，在施工效率上更具有優(yōu)勢(shì)。

第三，施工過(guò)程結(jié)合液體和氣體實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)工藝和技術(shù)，對(duì)環(huán)境和水源的污染破壞程度很小，因此施工方法具有環(huán)保、節(jié)能和綠色的優(yōu)勢(shì)。

第四，針對(duì)同一項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的投資成本和斜坡式砂石堤相比可減少至少十個(gè)百分點(diǎn)，因此具有投資更少的優(yōu)勢(shì)，而且砂石資源緊缺程度不斷加劇。

第五，吹填段對(duì)于插入砂層的要求為最低1.5米，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)研究以及模型分析結(jié)果可以證實(shí)，這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，而且整體上更加美觀。

3.新型桶式結(jié)構(gòu)防波堤主要施工技術(shù)

3.1 浮游穩(wěn)定性與安全性

本文所研究的新型桶式結(jié)構(gòu)具有無(wú)底特點(diǎn)，因此在可行性分析中，氣浮狀態(tài)桶體浮游的安全性和穩(wěn)定性保證成為重點(diǎn)分析內(nèi)容，利用小傾角理論完成浮游穩(wěn)定的計(jì)算，安全傾角不超過(guò)6°。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中物理模型實(shí)驗(yàn)的比尺為1:15.6，通過(guò)風(fēng)速、航速、水流和波浪等狀況下結(jié)構(gòu)浮游穩(wěn)定性的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果證實(shí)浮游穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 無(wú)底模板工藝

無(wú)底模板設(shè)計(jì)難度最大，需要對(duì)出運(yùn)工藝和結(jié)構(gòu)特征綜合考慮和分析。反復(fù)進(jìn)行數(shù)模演算和論證，為了更好的處理桶體在出運(yùn)和前移時(shí)力系更好的轉(zhuǎn)化，確定兩端直線段底部選擇固定底模，側(cè)墻和中間隔墻底部選擇活動(dòng)底模板。底模板由固定和活動(dòng)兩種底模組成，固定底模應(yīng)用在延桶體長(zhǎng)度方向的兩邊，活動(dòng)底模應(yīng)用在中間部分。固定底模和活動(dòng)底模的鋼底模分別由鋼筋混凝土預(yù)制塊和千斤頂予以支撐。

3.3 桶體場(chǎng)內(nèi)搬運(yùn)工藝

對(duì)氣囊和電動(dòng)小車搬運(yùn)方式比較分析后發(fā)現(xiàn)：后者優(yōu)勢(shì)更為顯著，具有成本小、效率高、可靠性強(qiáng)、靈活便捷和安全性高等優(yōu)勢(shì)，所以搬運(yùn)工藝選擇電動(dòng)小車方式。電動(dòng)小車搬運(yùn)工藝考慮到搬運(yùn)和桶體預(yù)制特征提出以下要求：

首先，電動(dòng)小車搬運(yùn)在防落和頂升上都可以自動(dòng)完成且保證同步，托盤氣囊上駁工藝會(huì)影響電動(dòng)小車高度，托盤氣囊可調(diào)范圍在950mm到1100mm之間。所以臺(tái)車高度范圍也在950mm到11mm之間，滿載情況下為3200噸?？v隔墻底部為兩臺(tái)車頂升著力點(diǎn)，隔墻之間距離為6.5m，且都選擇雙軌道方式，軌道之間距離為0.7m。

其次，桶體搬運(yùn)移動(dòng)要及時(shí)，提高場(chǎng)地周轉(zhuǎn)率，流水施工得到有效保證，使桶體預(yù)制進(jìn)度進(jìn)一步加快。

最后，中間底模在桶體下層混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后進(jìn)行拆除，臺(tái)車進(jìn)入桶體底部，開啟泵站同步頂升桶體5cm到10cm，桶體脫離后桶體通過(guò)臺(tái)車前移到相應(yīng)位置，臺(tái)車使桶體移到第一個(gè)臺(tái)座位置，使用氣囊方式將桶體運(yùn)送到船上。

3.4 氣浮負(fù)壓下沉工藝和自動(dòng)化控制

3.4.1 桶體氣浮和負(fù)壓安裝的基本原理

本文所采用的新型桶式結(jié)構(gòu)的桶體氣浮原理為:封底水位于桶底下，與下桶頂板間產(chǎn)生氣腔，氣腔產(chǎn)生相應(yīng)氣壓，桶體氣浮作業(yè)的前提是土體重力等于氣浮力和封底水形成浮力的和，而且滿足浮游穩(wěn)定指標(biāo)，其中，氣浮力是由壓縮氣腔使其中的水排出而產(chǎn)生的。

本文所采用的新型桶式結(jié)構(gòu)桶體負(fù)壓下沉安裝原理為:氣閥打開，在重力作用下桶體開始下沉，水閥打開后繼續(xù)下沉，當(dāng)土體摩阻力等于桶體重力時(shí)將水閥和氣閥關(guān)掉，通過(guò)抽水產(chǎn)生空腔并產(chǎn)生負(fù)壓，負(fù)壓會(huì)使桶體再次下沉，完成抽水后利用真壓泵將其成為真空狀態(tài)，桶體繼續(xù)下沉直到滿足設(shè)計(jì)提出的相應(yīng)要求。

中間底模在桶體下層的混凝土強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行拆除，臺(tái)車進(jìn)入桶體底部，開啟泵站同步頂升桶體5cm到10cm，桶體脫離后桶體通過(guò)臺(tái)車前移到相應(yīng)位置，臺(tái)車使桶體移到第一個(gè)臺(tái)座位置，使用氣囊方式將桶體運(yùn)送到船上。

3.4.2 氣浮負(fù)壓下沉自動(dòng)控制

以桶體負(fù)壓下沉和氣浮特征為前提完成自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)，可以將各個(gè)倉(cāng)格對(duì)應(yīng)氣壓、垂直度和桶體位置等數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，水閥和氣閥的閉合和斷開通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)負(fù)責(zé)，使下沉平衡性得到保障。

3.4.3 自動(dòng)控制關(guān)鍵點(diǎn)

首先，操作平臺(tái)安裝完成，安裝架等調(diào)整完成，桶體和GPS系統(tǒng)的影響也很重要。

其次，對(duì)海洋天氣預(yù)報(bào)和氣象信息實(shí)時(shí)收聽和追蹤，半潛駁下潛的同時(shí)在保證海洋實(shí)況較為優(yōu)良時(shí)氣浮作業(yè)開始執(zhí)行，當(dāng)風(fēng)力等級(jí)為六級(jí)甚至更高級(jí)時(shí)，或者波高可能會(huì)比1m高時(shí)，這種狀態(tài)下潛氣浮作業(yè)是不能進(jìn)行的。

最后連接水管和高壓氣管工作結(jié)束之后，對(duì)連接情況進(jìn)行檢測(cè)，主要對(duì)可靠性和牢固性進(jìn)行檢測(cè)，注意要將進(jìn)氣閥門關(guān)掉。

4.結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比單桶多隔艙鋼筋混凝土桶體屬于新結(jié)構(gòu)的一種，對(duì)于海洋環(huán)境造成的污染情況控制在最低水平，在砂石料緊缺、軟土地基符合相應(yīng)水深條件時(shí)，可在地質(zhì)環(huán)境中使用并對(duì)盡心推廣。在風(fēng)力發(fā)電、海上油氣平臺(tái)和圍堤護(hù)岸等領(lǐng)域中該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用都非常普遍。