關于山區河流碼頭施工水位的討論

溫焰清，王多垠，宋成濤，黃 然

(重慶交通大學河海學院，重慶400074)

港口碼頭施工水位的概念在現有的港口工程水工建筑物的著作和有關規范中均未明確，目前最可靠的概念，即當水工建筑物施工時，為完成某項工程水上作業工程量所需的時間，在水位過程線上所確定的相應水位［1］，是含有完成某項水上施工作業工期概念的水位。

工程中，施工水位確定得是否合理將直接影響到碼頭的施工質量、施工效率、施工工期和經濟效益。因此，施工水位的合理確定在港口碼頭設計中應得到足夠重視，特別應滿足施工可行的要求。

1 施工水位確定

1.1 山區河流施工水位確定

施工水位往往不是一個定值，設計上一般是根據施工的需要與可能在一定變化范圍內選取。山區河流具有枯洪水位變幅大、洪水歷時短的特征［2］，以長江上游河段最為典型，其枯洪水位變幅可達10～40m，某些河段一晝夜水位漲落可達10m以上。但河床底質一般較好，往往是砂卵石及巖基。山區河流碼頭施工水位通常比設計低水位高出1.5～2.0m左右。對于采用圍埝干地施工的碼頭，其圍埝的施工水位一般比常年枯水位高出1.0～2.0m，即在圍埝內的施工期達4～5個月，一般不超過半年，其水位頻率根據工程的大小可選20% ～50% 之間［3］。

1.2 施工水位確定過程

設計某高樁桁架式碼頭時，欲確定樁帽現澆的施工水位，其前排最低樁帽底標高將作為其施工水位的參考值，樁帽現澆混凝土工程量為Q，混凝土澆筑的綜合能力為P(包括每小時完成攪拌、運輸、澆筑、振搗等的方量)，澆筑時間則為:t1=Q/P。因此，該分項工程施工所需的時間，即低于某水位可以完成此工程的最短時間t為:t=t1+t2+t3。其中t2為混凝土初凝時間，t3為桁架安裝時間。再根據碼頭所在地施工期間的水位過程曲線就可確定該樁帽現澆混凝土的施工水位。

2 寸灘碼頭工程施工水位確定

2.1 寸灘一期、二期施工水位情況

寸灘一、二期工程施工水位以下的部分結構于三峽成庫之前已完成，成庫之前寸灘河段水位變幅大、洪水歷時短，其枯洪水位變幅可達33m，某河段一晝夜水位漲落可達10m以上，但河床底質較好，較多河段是砂卵石及巖基。其設計施工水位比設計低水位高出2.0m左右。三峽水庫成庫前寸灘河段每年小于等于160.00m水位的連續天數大約為6個月，即有半年的枯水期可供施工，因此采用在枯水期筑島施工和水下預制安裝的方法，能夠保證在6個月內完成水上施工任務。具體所選擇施工水位見表1。

表1 寸灘碼頭一、二期施工水位對比Tab.1 Comparison of the construction water level of Cuntan Wharf projectⅠand Ⅱ

2.2 寸灘三期施工水位確定

三峽水庫蓄水后，重慶寸灘港便位于庫區變動回水區內，該河段處于低山丘陵區，河道比較寬闊，水量充沛，水位變幅大，水情變化主要受金沙江、岷江及嘉陵江來水變化影響。據多年統計資料，在1—3月處于枯水平穩時間，從4月下旬起出現小峰并逐漸進入中高水期，7—9月多為洪水期，11月以后，呈緩慢降落狀態。年最低水位常出現在2月中旬—3月下旬。據寸灘水文站的實測資料，三期港區水位特征值及設計水位為:

歷年最高洪水位:189.96m;

歷年最低枯水位:156.52m;

設計高水位:190.92m;

設計低水位:158.02m;

2006—2009年最低通航水位:158.02m。

蓄水后，寸灘河段具有天然河流和水庫的雙重性，在汛期流量較大的排洪泄流期，具有天然河流特性;在汛后流量較小的蓄水期，受水庫蓄水的影響，又具有水庫特性。因此，全年4、5月份水位為最低。分析成庫后每年平均水位(表2)，利用寸灘水文站實測資料整理，作出2008年10月—2009年10月1a水位過程線，如圖1。

表2 三峽水庫建成后每年各月份平均水位Tab.2 Average monthly water table after the completion of Three Gorges Reservoir

圖1 2008—2009年水位過程線Fig.1 Level hydrograph from 2008 to 2009

據三峽水庫建成后每年各月平均水位表暫取經驗值160.00m(設計最低水位 158.00m+2.00m)開始分析，據寸灘水文站提供2008—2009年水位記錄資料整理結果，如表3。

表3 水位小于等于160.00m可施工連續天數Tab.3 Construction of consecutive days when the water level is less than 160.00m

由上可知，經驗值160.00m作為施工水位，可連續施工天數太短，因此，不能完成施工任務。因寸灘港常年水位差25m，最大水位差可達33m，現取161.00～168.00m水位分析。由表4得知，天然情況下，每年7—9月為洪水期，扣除洪水水位，結果如表5。

表4 天然情況下每年各月份平均水位Tab.4 Monthly average water table in natural situation in Cuntan River

表5 各水位可施工連續天數Tab.5 Construction of consecutive days on each water level

碼頭結構(圖2)總長269m，共39榀排架，樁基由234根灌注樁組成。施工中分9個結構段平行作業，施工水位以下設有1層系纜平臺(標高+162.00m)。該平臺采用鋼橫撐與鋼系船梁組合結構，由39套鋼橫撐及20套鋼系船梁組成，施工中采用陸上焊接部分構件、水上組裝焊接工藝。平均每安裝一套鋼橫撐、鋼系船梁需要12h，安裝每個系船柱平均需要0.5h，為確保工期，施工中加大焊接鋼構件的人員、設備等的投入，鋼結構部分施工共需60 d左右。灌注樁正常成孔5 d左右，地梁7～10 d澆注一段，按每根灌注樁施工時間為10 d計算，樁基施工與鋼結構焊接流水施工平行作業。假設施工機械臺數為5臺班/d，3班/d，不出現特殊情況下保守計算，下部結構施工需110 d左右。

圖2 碼頭結構斷面(單位:m)Fig.2 Diagram of wharf structure section

參照各水位可施工連續天數表，若確定施工水位為164.00m，雖剛好滿足施工天數要求，但沒有預留出現洪水特殊情況的富余時間，施工進度和質量不能得到保證。因此，取寸灘三期施工水位為165.00m(黃海高程)，即一年中寸灘三期工程水下連續施工時間約為120 d(3～6月份)，可滿足施工要求。

3 施工水位以下的施工方法討論

三峽水庫成庫前傳統的架空直立式碼頭水上作業的施工方法多為利用枯水期筑島施工或是水下采用預制安裝。三峽水庫成庫后庫區變動回水區將面臨長歷時大水深和大變幅水位問題，已經基本上沒有枯水期，考慮到防洪、通航及經濟造價等方面，采用筑島施工等傳統的施工方法已不能滿足施工要求。因此，在特種條件下，寸灘三期工程同樣采用大部分水下構件在陸上預制，現場安裝的方法。而碼頭平臺樁基施工需在水上進行，則通過打設鋼護筒、筒內鉆孔灌注成樁［5］。另外，施工水位以下設1層系纜，為便于施工及整體結構受力合理，采用在靠船構件下方加設1根直徑為Φ2m基樁;施工水位以下的系船梁采用預制鋼系船梁，橫撐采用預制鋼橫撐，安裝工藝為焊接。此方法雖然可行，但在一定程度上會增大不少施工難度和工程造價。因此，施工水位以下系靠船設施筆者建議亦可采用浮式系靠船設施或柔性靠船樁等。

4 結語

港口碼頭結構設計中，確定施工水位時，設計人員并不能很好的全面考慮到施工具體條件及施工單位的設備能力，所以由此造成的水上工程量大而施工時間較短的矛盾時有發生，這就要靠設計單位和施工單位共同努力，通過對結構形式和施工技術的改進，來滿足經濟及結構的各項要求。

此外，庫區變動回水區水位與天然情況發生了根本性的改變，致使庫區施工水位大幅度提高，對于這種特殊的自然水位環境，在加強施工效率的同時，更有效的方法應該是改進碼頭的結構形式，在滿足使用需求和結構要求下，通過減少部分樁柱及聯系撐的數量，以解決施工期短暫和水上作業量大的矛盾。因此，具有足夠強度和剛度的“大樁柱、大跨度”的架空直立式結構將是庫區碼頭的主要發展方向［6－7］。

［1］張智洪，徐克健.關于確定河港碼頭施工水位的探討［J］.重慶交通學院學報，2001，20(1):100 －105.

［2］蔣宗燕，潘寶雄.河港工程港口水工建筑物的施工水位確定［J］.港口工程，1995(1):8 －14.

［3］張智洪.分類確定河港碼頭施工水位的探討［J］.中國港灣建設，2006(5):19 －23.

［4］JTJ 291—98高樁碼頭設計與施工規范［S］.北京:人民交通出版社，1998.

［5］劉家豪.水運工程施工技術［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］王多垠，周世良，劉明維，等.三峽庫區變動回水區航運建設關鍵技術研究［R］.重慶:重慶交通大學，重慶市航運工程技術研究中心，2008.

［7］王多垠，周世良，劉明維，等.三峽庫區港口碼頭建設的基本原則探討［J］.重慶交通學院學報，2003，22(增刊):107 －111.

［8］曹周紅，劉曉平，沈志剛.山區河流碼頭型式及其發展趨勢［J］.湖南交通科技，2004，30(2):90 －92.