地錨結(jié)構(gòu)在浮碼頭固定中的應(yīng)用

孫曉鴻

（廣州港工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510700）

隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展水平的逐步提升，海上交通體系的發(fā)展已經(jīng)逐步成熟，而一部分地區(qū)的碼頭在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮周邊環(huán)境因素以及前期投入因素，利用浮碼頭打造浮碼頭成了較為常見的現(xiàn)象，而浮碼頭的設(shè)計(jì)必然要考慮安全性和穩(wěn)定性，其中地錨結(jié)構(gòu)是進(jìn)行浮碼頭固定的常規(guī)結(jié)構(gòu)，結(jié)合不同的應(yīng)用場(chǎng)景以及需求進(jìn)行地錨結(jié)構(gòu)的分析，有助于提升浮碼頭結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，也可以為我國(guó)水運(yùn)交通體系的高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 基礎(chǔ)理論分析

1.1 浮碼頭工程的基本概況

浮碼頭工藝相對(duì)新穎，在我國(guó)西南地區(qū)較為常見，正是由于應(yīng)用場(chǎng)景較少，相關(guān)工藝體系正處于升級(jí)和發(fā)展的階段。從浮碼頭的結(jié)構(gòu)上來(lái)看，主要包含了浮橋、活動(dòng)引橋、主/支浮橋以及錨定結(jié)構(gòu)，其中錨定結(jié)構(gòu)能夠?yàn)楦〈a頭的正常運(yùn)行提供穩(wěn)定的支撐，但是在實(shí)際施工過(guò)程中需要了解其重點(diǎn)的固定方法以及施工細(xì)節(jié)，才可以提升整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1-2]。

1.2 浮碼頭的常見形式

結(jié)合目前較為常見的應(yīng)用結(jié)構(gòu)來(lái)看，綜合錨固的方法，可以將浮碼頭劃分為拉抱樁式和拉簧式兩種。前者的連接結(jié)構(gòu)是抱樁器和鋼管樁，能夠維持浮碼頭的穩(wěn)定性，而后者則是利用浮箱、拉簧、錨塊保持浮碼頭的穩(wěn)定性[3]。不同結(jié)構(gòu)的浮碼頭主要服務(wù)于不同的地質(zhì)狀況以及水文環(huán)境，部分地區(qū)的淤泥狀態(tài)以及水底基層質(zhì)量也會(huì)影響浮碼頭結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。

1.3 地錨結(jié)構(gòu)

從我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的角度來(lái)講，地錨結(jié)構(gòu)是較為常見的固定結(jié)構(gòu)，其可以分為錨點(diǎn)、錨樁、錨錠、拖拉坑等結(jié)構(gòu)。通過(guò)地錨結(jié)構(gòu)來(lái)固定拖拉繩，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固基礎(chǔ)的作用。大部分的地錨結(jié)構(gòu)都會(huì)利用鋼絲繩、鋼筋混凝土預(yù)制件或者原木等材料組成，將其埋入地下。結(jié)合目前的基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀來(lái)看，地錨結(jié)構(gòu)主要分為樁基式、平衡重法以及坑式地錨，而在浮碼頭施工領(lǐng)域，由于是水下施工，大部分的地錨結(jié)構(gòu)都會(huì)選擇坑式結(jié)構(gòu)，這對(duì)于地錨結(jié)構(gòu)自身的質(zhì)量以及施工期間的細(xì)節(jié)控制有較高要求[4]。

2 浮碼頭工程概況以及地錨結(jié)構(gòu)的應(yīng)用背景

2.1 工程概述

某項(xiàng)目結(jié)合后續(xù)的經(jīng)營(yíng)和發(fā)展需求，需要針對(duì)當(dāng)前的碼頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，為了提升船舶?？康拿娣e，提高碼頭的客流輸送效率，重新劃定水域設(shè)置浮碼頭。在浮碼頭的后方設(shè)置了地錨、錨鏈、鋼引橋以及鋼撐桿等系留設(shè)施，原有的碼頭墩臺(tái)負(fù)責(zé)作為船舶撞擊力的承受結(jié)構(gòu)。碼頭的縱向長(zhǎng)度約為55 米，詳細(xì)的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

2.1.1 設(shè)計(jì)水位

結(jié)合該區(qū)域的年降水情況以及潮汐情況確定設(shè)計(jì)高水位控制在4.2 米，設(shè)計(jì)低水位為0.9 米，極端高水位達(dá)到了5.86 米，極端低水位為0.205 米。

2.1.2 水流速度

該碼頭位于潮流明顯的區(qū)域，漲潮流持續(xù)時(shí)間為4 個(gè)小時(shí)，落潮流持續(xù)時(shí)間為8 個(gè)小時(shí)，常規(guī)流速約為2～3 千米，最大的漲潮流速可以提升至3.5 千米。

2.1.3 設(shè)計(jì)荷載

浮碼頭結(jié)構(gòu)中的鋼平臺(tái)、鋼引橋、浮碼頭均布荷載達(dá)到了3KPa，船舶荷載需要結(jié)合該區(qū)域日常行船的實(shí)際型號(hào)以及規(guī)格進(jìn)行調(diào)整。該碼頭負(fù)責(zé)作為疏散游客的節(jié)點(diǎn)，結(jié)合日常停船的類型劃分為游船碼頭和游覽碼頭。游船碼頭的停泊船只長(zhǎng)度為55 米，船寬9 米左右，型深為1.8 米，滿載吃水能夠達(dá)到0.9 米，而游覽船只的船長(zhǎng)為57 米，船寬達(dá)到了17 米，型深為4.1米，現(xiàn)在時(shí)的吃水深度為3.2 米。

2.1.4 浮碼頭的平面設(shè)置

為了提升船舶?？康陌踩院头€(wěn)定性，碼頭前沿線需要和上游的其他碼頭前沿線齊平，并且結(jié)合當(dāng)前的墩臺(tái)位置確定浮碼頭的設(shè)置位置，浮碼頭全長(zhǎng)55 米。

針對(duì)碼頭前沿線進(jìn)行挖泥疏浚，確保最低水位時(shí)浮碼頭以及停泊船只不會(huì)擱淺。

2.2 工程整體構(gòu)思

本工程的核心特點(diǎn)在于工程量較小，但是工程項(xiàng)目較多，動(dòng)用的施工設(shè)備較多，因此進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)的精細(xì)化管理至關(guān)重要，需要結(jié)合實(shí)際的施工需求，打造完善的施工總體方案。

本工程的核心目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)浮碼頭的安裝和固定，因此需要盡早完成地牛、錨塊等基礎(chǔ)設(shè)施的施工。等待混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)之后才可以進(jìn)行安裝。其中浮碼頭安裝之前必須安裝好地錨等相關(guān)結(jié)構(gòu)，通過(guò)錨鏈與浮碼頭連接之后才可以安裝搭板以及引橋。在上述工程施工期間，還需要同步完成干砌護(hù)岸的作業(yè)，能夠?yàn)楦〈a頭的施工提供基礎(chǔ)保障[5]。

在工程開始之前，還需要結(jié)合具體的施工方案進(jìn)行施工，放樣便于施工測(cè)量以及細(xì)節(jié)控制。綜合前期原油碼頭的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，在獲取既有施工文件和相關(guān)信息的基礎(chǔ)上，設(shè)置可視化模型，通過(guò)工程測(cè)量微網(wǎng)、平面控制網(wǎng)等信息化手段，明確施工重點(diǎn)，確定地錨設(shè)置的點(diǎn)位、確保穩(wěn)定性較強(qiáng)，且不容易產(chǎn)生位移和沉降，便于后續(xù)的日常保護(hù)和運(yùn)維。

2.3 水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于本工程作為碼頭改造工程，需要將一艘55 米長(zhǎng)的浮碼頭遷移至此，在設(shè)置的過(guò)程中，需要堅(jiān)持按照以下原則展開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。首先，建立在因地制宜原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行浮碼頭細(xì)節(jié)上的改造。著重針對(duì)鋼撐桿以及鋼引橋位置進(jìn)行優(yōu)化，在浮碼頭的后援位置設(shè)置了擱斗；浮碼頭后方以及側(cè)面設(shè)置了多個(gè)錨環(huán)，與擱斗相互利用。浮碼頭內(nèi)壁增加了肋板，進(jìn)行內(nèi)地加強(qiáng)。全部替換周邊欄桿，以提升穩(wěn)定性和質(zhì)量。

2.3.1 地錨結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

地錨結(jié)構(gòu)是本工程中的重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，為了提升浮碼頭的安全性和穩(wěn)定性，通過(guò)地錨結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，綜合整體工程的設(shè)計(jì)需求，錨定結(jié)構(gòu)分為混凝土地毛以及地牛兩種，結(jié)合不同的區(qū)域進(jìn)行施工。

2.3.2 地牛的施工

本次工程設(shè)置了兩個(gè)地牛，分別位于浮碼頭中軸線兩側(cè)的岸上，形成軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每個(gè)地牛設(shè)置了兩個(gè)錨環(huán)，其一與浮碼頭中軸線相距5 米，材質(zhì)為φ37圓鋼，另一個(gè)距離浮碼頭中軸線8.48 米，材質(zhì)為φ72圓鋼，在地牛的下方設(shè)置了地瓜石墊層，來(lái)提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。地牛的整體高度為2 米，所選擇的混凝土強(qiáng)度為C20，在其中參加了20%的粗石塊，快時(shí)的強(qiáng)度需要控制在50MPA 以上，單個(gè)重量在10～50 千克左右，在滿足工程強(qiáng)度和剛度需求的同時(shí)，也可以合理控制成本。

地牛施工選擇現(xiàn)澆混凝土施工技術(shù)。施工之前需要由測(cè)量人員結(jié)合整體工程的區(qū)域規(guī)劃出施工位置，通過(guò)反鏟開發(fā)的方式進(jìn)行基坑開挖，基坑開挖結(jié)束之后在底部鋪設(shè)地瓜石，厚度控制在30 毫米左右。

接下來(lái)進(jìn)行模板施工。本次錨塊模板采用定型組合鋼模板，坡面區(qū)域的模板則選擇木模板，以便在其中安裝錨環(huán)。模板圍檁采用10＃槽鋼，相鄰兩片銘板之間需要利用緊張器進(jìn)行固定，避免出現(xiàn)松動(dòng)和縫隙，模板交接位置利用膠條進(jìn)行堵漏。

在混凝土攪拌時(shí)，需要按照既定的配合比施工，落實(shí)全過(guò)程精細(xì)化管理，所有的計(jì)量偏差要符合既定的施工規(guī)范?；炷翝仓靶枰獧z查模板和支架的穩(wěn)定性以及強(qiáng)度，避免模板內(nèi)部出現(xiàn)雜物；混凝土澆筑之后，利用插入式振搗棒進(jìn)行振搗，遵循先外后內(nèi)的順序，移動(dòng)間距需要控制在25 厘米左右，避免碰撞周邊模板。混凝土澆筑采取分層澆筑的方法，每一層振搗合格之后才可以進(jìn)行下一層的施工?；炷林兴尤氲膲K石要求沒(méi)有水銹、裂縫和雜物，沖洗干凈，并且保持表層濕潤(rùn)，放置在新疆混凝土層之上，直到被充分包裹。

混凝土澆筑結(jié)束之后進(jìn)行覆蓋和養(yǎng)護(hù)，確保強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的95%以上時(shí)，才可以撤去模板；模板拆卸時(shí)避免對(duì)混凝土表層造成影響和破壞。

2.3.3 地錨結(jié)構(gòu)的施工

本工程在浮碼頭后方設(shè)置了兩個(gè)地錨，均為混凝土錨塊，平面尺寸為3.6×3 米，高度為2 米，混凝土強(qiáng)度為C25?？偡搅窟_(dá)到了34 立方米，單個(gè)重量約為41 噸。在錨塊上設(shè)置φ25 吊環(huán)一個(gè)，前腳內(nèi)預(yù)埋∠"形護(hù)腳，材質(zhì)為δ8 鋼板，斷面尺寸結(jié)合整體錨塊的尺寸進(jìn)行規(guī)劃，為4×4×2.5 米，分布于浮碼頭后方兩側(cè)。

利用錨鏈將錨塊連接之后，通過(guò)起重船將其放置在錨坑內(nèi)部。搭配兩個(gè)邊長(zhǎng)均為1.1 米的混凝土懸垂，懸掛在靠近浮碼頭的一側(cè)，和錨和鏈之間保持6.32 米的距離。

所有的混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，均以14 天為主，養(yǎng)護(hù)結(jié)束之后需要按規(guī)程進(jìn)行強(qiáng)度的檢測(cè)。

錨塊預(yù)制工藝流程按照底胎清理放線、鋪油氈原紙、支立模板、預(yù)埋件固定、模板及預(yù)埋件驗(yàn)收、混凝土澆筑、振搗、拆模、養(yǎng)護(hù)這一流程為主。其中值得注意的是底胎膜主要選擇混凝土地坪，其他的模板結(jié)構(gòu)和地牛澆筑所用模板一致。由于模板自重較大，在拆卸的過(guò)程中利用吊機(jī)輔助完成拆卸。錨塊的預(yù)埋件包含了錨環(huán)，材質(zhì)為φ72 圓鋼，吊環(huán)，材質(zhì)為φ25吊環(huán)，以及∠"形護(hù)腳。

吊環(huán)利用烘焙加工的工藝制作而成，固定方法則選擇在專用支架上固定；護(hù)腳鋼板后需要焊接螺紋鋼筋最大化錨固效果。所有的鋼材選擇以及施工方法都需要符合工程規(guī)范。

混凝土施工以及各項(xiàng)細(xì)節(jié)的落實(shí)與地牛施工方案相符，但其中的混凝土澆筑環(huán)節(jié)采取了階梯式分層澆筑方式，在頂部利用二次振搗以及抹面的方法進(jìn)行施工，最后還需要利用木抹子打造粗糙面，能夠進(jìn)一步提升錨塊的密實(shí)度。錨塊的養(yǎng)護(hù)方法為“圍堰”蓄水法，和后續(xù)使用期間周邊環(huán)境條件一致，能夠提升使用壽命。

施工好的錨塊需要運(yùn)送到施工場(chǎng)地進(jìn)行安裝，本工程采用200 噸起重船執(zhí)行安裝任務(wù)。安裝之前需要利用挖泥船開挖錨坑，尺寸為4×4×2.5 米，分別位于浮碼頭中軸線兩側(cè)后方。錨塊、懸錘的強(qiáng)度達(dá)到要求之后，將錨鏈的一端連接于錨塊上，運(yùn)送到錨坑，在潛水員和專業(yè)人員的指揮下安裝就位，錨鏈的另一端需要和浮碼頭連接。施工需要選擇風(fēng)浪較小且天氣晴朗的時(shí)間，避免周邊環(huán)境對(duì)施工造成影響。

2.3.4 錨鏈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本工程共設(shè)計(jì)了8 根錨鏈，其中斜鏈兩根、倒鏈兩根、橫鏈四根，直徑均為φ60，投入使用之前，需要利用水泊油實(shí)現(xiàn)防腐防銹處理。

2.3.5 鋼撐桿、鋼引橋設(shè)計(jì)

為了提升浮碼頭結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，本工程設(shè)計(jì)了一座鋼撐桿以及兩座鋼引橋。

鋼撐桿的長(zhǎng)度為22.5 米，斷面尺寸為0.6×0.6 米，結(jié)構(gòu)為箱型結(jié)構(gòu)；鋼引橋1 的長(zhǎng)度為20 米，寬度為2 米，采取下沉式結(jié)構(gòu)，主梁的高度達(dá)到了1 米，鋼引橋2的長(zhǎng)度為21.5 米，寬度為3.5 米，同樣采取下沉式結(jié)構(gòu)，主梁高度為1.1 米。這兩座鋼引橋的目的在于提供日常人員通行，同時(shí)也可以發(fā)揮一部分撐桿作用。

2.4 墩臺(tái)結(jié)構(gòu)的改造

由于本工程涉及原有碼頭結(jié)構(gòu)的改造，為了確保碼頭結(jié)構(gòu)符合當(dāng)前浮碼頭的應(yīng)用需求，考慮原有防汛墻的穩(wěn)定性，將原有一部分墩臺(tái)和防汛墻之間的磚塊清除掉，通過(guò)填充混凝土的方式使其形成一個(gè)整體，來(lái)提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，也可以避免新的浮碼頭結(jié)構(gòu)對(duì)原有地下設(shè)施造成影響。

本工程中共涉及三座墩臺(tái)的改造和優(yōu)化，由于在墩臺(tái)之間搭設(shè)了引橋，分別和浮碼頭進(jìn)行連接，在水面下降時(shí)，浮碼頭也會(huì)一同下降；當(dāng)另一座獨(dú)立的墩臺(tái)所在的區(qū)域?yàn)樗驎r(shí)，也會(huì)利用撐桿和浮碼頭連接。在這個(gè)過(guò)程中需要注意的是，假如其中的獨(dú)立墩臺(tái)所處的區(qū)域?yàn)殛懙?，為了提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，合理利用剩余的空間，在墩臺(tái)的上方以及兩側(cè)搭建了平臺(tái)，兩側(cè)的陸地區(qū)域，通過(guò)平臺(tái)連接，這樣可以結(jié)合該碼頭的實(shí)際情況開發(fā)出更多的區(qū)域，比如觀光區(qū)、娛樂(lè)區(qū)、休息區(qū)、等候區(qū)，能夠最大化空間利用價(jià)值。

與此同時(shí)，由于本碼頭的水下結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了避免地面平臺(tái)建設(shè)對(duì)地下結(jié)構(gòu)以及水下結(jié)構(gòu)造成影響，利用新型的混凝土錨塊作為地錨來(lái)提升浮碼頭的穩(wěn)定性。兩個(gè)地錨結(jié)構(gòu)分別位于浮碼頭中軸線兩側(cè)后方、碼頭落地前方的水域之下，并且和浮碼頭平行，在這個(gè)過(guò)程中需要合理調(diào)整浮碼頭和引橋之間的距離。結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)算，兩個(gè)地錨所形成的垂直線與浮碼頭平行，其距離和引橋的長(zhǎng)度比例為115:215，可以滿足日常的固定需求，也可以提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；另外在夾角設(shè)計(jì)方面也需要進(jìn)行優(yōu)化。引橋和地錨之間的錨鏈夾角度數(shù)為62 度，可以起到傳遞沖擊力的作用。而新型的混凝土地錨也有著較強(qiáng)的抓地力，能夠解決浮碼頭使用以及防汛墻結(jié)構(gòu)維護(hù)等方面的矛盾，同時(shí)避免打樁帶來(lái)的大量不確定因素，也可以實(shí)現(xiàn)成本和施工質(zhì)量的控制。

3 結(jié)語(yǔ)

本文建立在理論以及案例分析的基礎(chǔ)上，利用地錨、錨鏈相結(jié)合的方式進(jìn)行浮碼頭固定，配合鋼撐桿、引橋，能夠提升穩(wěn)定性和強(qiáng)度，適合現(xiàn)有水域資源以及老碼頭結(jié)構(gòu)的改造，改造成本較低，靈活性較強(qiáng)，值得進(jìn)行推廣，也具備創(chuàng)新空間。