鴻山熱電廠煤碼頭及引堤工程施工關鍵技術與控制

黃建陽，陳東明

（中交第三航務工程局有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

福建鴻山熱電廠煤碼頭及引堤工程位于泉州灣口南側海域，平面布置為突堤式（圖1），碼頭長360.0 m，寬30.0 m，前沿水深-15.0 m（當地理基，下同），碼頭為重力式沉箱結構，外側為防波堤，通過引堤與電廠陸域連接，引堤長770.0 m，寬14.0 m。引堤及防波堤均為斜坡式拋石堤，坡度1∶1.5，護面為13～18 t扭王塊，堤頂均設置5.0 m高擋浪墻。主要工程量：2300 t沉箱25個，各類開山石140萬m3，扭王塊23000個，現澆胸墻混凝土5.0萬m3，擋浪墻混凝土8.0萬m3。

圖1 鴻山熱電廠煤碼頭及引堤工程鳥瞰圖

2 施工條件

與常規順岸碼頭相比，本工程施工難度極大：1）工程地處外海，無任何掩護，防波堤外側設計波高H1%=7.06 m，受東北季風和臺風的影響極大，水深，流急，海況復雜惡劣；2）開工時無施工通道、預制場地、水電接口，周邊漁船干擾大；3）工期緊，節點目標明確。

3 工藝流程

3.1 引堤施工工藝流程

堤芯石拋填→護腳塊石拋填→坡面塊石墊層理坡→坡面扭王塊預制安裝→擋浪墻混凝土澆筑→擋浪墻后塊石墊層理坡及扭王塊安裝→面層施工。

3.2 防波堤碼頭施工工藝流程

基槽挖泥→基床拋石→基床打夯整平→沉箱預制安裝→沉箱填芯→堤芯石拋填→護腳塊石拋填→坡面塊石墊層理坡→坡面扭王塊預制安裝→胸墻混凝土澆筑→擋浪墻混凝土澆筑→擋浪墻后塊石墊層理坡及扭王塊安裝→面層施工。防波堤碼頭結構斷面見圖2。

圖2 碼頭典型斷面圖

4 施工布署

通過系統、縝密的施工布署，合理地回避和克服惡劣的施工條件，充分利用短暫的可作業時間，保證各工序按計劃進展，確保工程順利進展與結構安全。1）組建經驗豐富的專業班組，與項目部形成互動團隊；2）征用多個料場同時開采，保證石料供應進度；3）現場建設1個沉箱預制場、2個扭王塊預制場，預制場內均建有生產能力90 m3/h的攪拌站，保證預制構件安裝進度和混凝土供應能力；4）高標準建設臨時通道，確保材料運輸不中斷；5）引堤內側設置水上拋填石裝船碼頭，確保基床和護腳拋填進度；6）改進沉箱安裝工藝，采用公司自有起吊力200 t的起重船組安裝沉箱，確保起重船機有保證。

5 施工關鍵技術

本工程施工關鍵是如何在外海無掩護條件下順利安裝沉箱，如何在惡劣的施工條件下確保工程施工與工程結構安全，主要分項工程共有9個，需適當改進工藝，注重施工技術。

5.1 堤芯石拋填

引堤及防波堤堤身石料規格10～300 kg，主要以陸上全斷面拋填推進為主，拋填堤頂標高9.0 m，比設計高水位高2.8 m，以克服風浪對路面的破壞，保證拋填不中斷，拋填邊界比塊石墊層設計邊界超寬3.5 m（圖2），施工中經受風浪沖擊、淘涮，部分堤芯石被搬運到坡腳，有利于坡腳的拋填到位與密實性，施工過程中盡量把運輸通道擴寬到全堤頂，通過運輸車及機械的碾壓更加密實，同時，嚴格控制石料規格質量，以減少堤自身沉降，應連續拋填，及時理坡防護，確保堤身結構安全。

5.2 沉箱預制

預制場布置在電廠陸域回填場內，距現場2.0 km，總面積2.0萬m2，主要由預制區、堆放區、鋼筋加工區、辦公休息區等組成。預制區與堆放區可存放25個沉箱，確保了沉箱預制進度不受安裝進度的影響。沉箱出運碼頭建設在電廠陸域南側，水深及海域條件能滿足施工要求，預制場及出運碼頭的規劃建設應具備沉箱預制、搬運、上半潛駁等進度滿足沉箱安裝進度的能力，使現場在氣候適合時具備1個潮水安裝1個沉箱的條件。沉箱預制采用分層澆注的施工工藝：即逐層綁扎安裝鋼筋，逐層安裝內外鋼模板，逐層澆筑混凝土的施工方法。沉箱高17.3 m，分5層進行，第一層為底層，高3.3 m；第二至第五層為標準層，每層高3.5 m。模板采用鋼模板，每一澆筑層由4片外模、12件框架式整體內模組成。采用門機進行模板安拆，塔吊進行鋼筋網片安裝，混凝土泵車進行混凝土澆筑。

5.3 基床拋石與護腳拋填

均采用水上船拋，裝船碼頭設在引堤內側，投入船機設備有：1000 t位平板鐵駁定位船1艘、400 t位平板鐵駁運輸船3艘、PC320挖掘機2部（一部設置在定位船上卸料、另外一部用于碼頭裝料）、ZL50裝載機1部（配合挖機進行裝料）。

由于風浪大，水流急，氣候變化快，要經常性起錨拋錨，且時間性強，因此定位船需能自航，并設有6個鋼絲繩錨配置相應的起錨機，確保施工進度與安全，船上安裝實時動態GPS定位系統定位拋填范圍。拋填過程中應注意：1）按設計要求控制石料規格和嚴控拋填范圍和厚度；2）注重石料的儲備充足性，確保施工進度；3）GPS定位系統應適時采用陸上全站儀校核，采用測深儀掃海測量檢查拋填標高和厚度。

5.4 基床整平

以定位船為施工和補料平臺，潛水員水下安裝鋼軌定位標高，通過刮刀去除超高，填補不足的整平工藝[1]，定位船噸位及配置與基床拋石定位船一致，能自航，船體穩，船位備料多，拋起錨方便，定位準，采用定位船上GPS進行施工范圍定位控制，采用RTK結合測桿進行鋼軌平面與標高控制。由于風浪大，水流急，施工作業時間短，施工難度極大，整平進度與質量關系到沉箱安裝進度與質量，因此，施工前應認真檢查基床拋石頂標高，確保基床頂標高控制在0～80.0 cm以內，投入兩組整平定位船和潛水組同時進行整平施工，與基床拋石打夯形成流水作業，并安排專人跟蹤天氣預報，做好備足整平二片石料、交通船、夜間加班照明、雨天防雨工具、班組輪班交接等各項準備工作，只要有氣候和水流條件，立即以最短的時間組織恢復施工，施工過程按照細平的標準，即允許局部高差為±50 mm進行控制[2]。

5.5 沉箱安裝

防波堤碼頭頂寬30 m，無法先拋填堤形成掩護再安裝沉箱，只能先安裝沉箱再拋堤，安裝工序流程：施工準備→安裝平臺→安裝閘閥→搬運沉箱上半潛駁→拖航半潛駁到現場→下潛半潛駁（至甲板距水下5 m）→就位起重船并掛鉤→吊移沉箱出半潛駁→沉箱灌水→吊移沉箱就位→安裝沉箱→拆除平臺→拆除閘閥→堵封進水孔等，共14道工序。沉箱安裝氣候要求：風力為4至5級陣風7級，小至中浪，該風力為工程所在海域的最小風力，據以往氣象資料統計全年只有54 d，極其有限，安裝沉箱必須提前做好基床整平等各項安裝準備工作，采取一定的控制措施，同時認真策劃沉箱安裝工序時間，總時間控制在12 h內，現場出現以上氣候就能1個潮水完成安裝1個沉箱的工作。沉箱安裝順序：沿碼頭岸線由里往外（圖3），分階段安裝，每階段安裝最多個數不超過6個，以便能按現場最大拋石進度能力，在臺風登陸襲擊前及時回填沉箱倉內填砂與沉箱后防波堤，形成整體，確保沉箱安全防臺。第一個沉箱要在引堤拋填至距其端部80 m時，才能開始安裝，安裝完第2個沉箱后繼續引堤拋填，應在一周內與沉箱連接，形成碼頭陸上施工通道。安裝過程中應注意：1）安裝前必須認真檢查基床整平質量，確保整平范圍到位、不漏整、平整度偏差在50 mm以內；2）須選擇責任心強，施工經驗豐富、專業水平高的整平潛水隊伍與安裝班組，安裝過程中不斷總結經驗，指導后面的安裝；3）沉箱安裝完應及時進行倉內回填及防波堤拋填，以確保沉箱穩定性。

圖3 沉箱安裝順序與半潛駁就位示意圖

5.6 塊石墊層理坡

塊石墊層理坡應計劃安排在拋填堤受風浪襲擊后施工，有利于堤身結構穩定安全。以施工水位1.5 m為界，分為陸上理坡和水下理坡（圖2），按50 m長分段施工，橫向順序由下往上，縱向順序由岸邊往外海。水下理坡時，在施工水位1.5 m處修建寬4.0 m的挖掘機理坡作業平臺，采用16 m的長臂挖掘機低潮作業，所需規格石料由岸上補給，-4.0 m以下坡面及坡腳，采用船運水拋至設計坡度，可露出水面的坡面采用坡度尺進行測量控制和檢測坡度，露不出水面的坡面利用高潮位時通過測深儀測量，潛水員配合探摸檢測控制坡度，驗收合格后要及時進行扭王塊安裝，然后再進行陸上理坡。陸上理坡分坡面理坡和擋浪墻背后理坡兩階段，擋浪墻墻身混凝土澆筑完后再進行背后理坡，采用PC320挖掘機進行理坡，所需規格石料由岸上運輸補給，通過拉坡度線和坡度尺進行坡度測量控制檢測。

理坡過程中應注意：1）拋填過程中應集中儲備滿足設計要求的塊石墊層石料，應全程控制，以免因個別粒石料不符合設計要求，造成返工；2）注重理坡方式，粒料除了滿足設計要求的重量外，還應滿足厚度要求，應采用“插理”，而不是“鋪理”，應適當調整石料間的接觸面和角度，確保石料間相互嚙合，擠密，不能出現通縫[3]，塊石后背應回填石料，且回填密實，確保塊石墊層少變形；3）理坡過程中應勤檢測，確保坡度達到設計要求。

5.7 扭王塊安裝

采用覆帶吊陸上定點隨機法安放工藝，覆帶吊規格為260 t，起吊性能滿足安裝最遠扭王字塊距擋浪墻內側54.5 m的要求。分段理坡分段安裝，縱向由岸邊向外海，橫向由外側向內側，循序漸進。安裝分水下不規則安裝和水上半規則安裝，水下安裝無法目測和人工輔助定位控制，且海況惡劣，無法人工脫鉤，只能自動脫鉤，容易存在安裝不到位、安裝密度不夠、重疊安裝、安裝方式不對等現象，采取的應對措施有：1）水下安裝吊具采用可水平旋轉的自動鉤，并系好轉向控制繩；2）按照扭王塊設計安裝密度，布設水下定點安放平面圖，以20 m為安裝節段，吊機位置為節段中點，建立以吊機中心為原點的極坐標系，計算出安放平面圖上每一塊扭王字塊的極坐標參數，即吊機的轉角和扒桿的跨距，吊機操作系統能顯示這兩個坐標參數，按照安放平面圖的安裝順序，通過控制坐標參數控制扭王字塊位置進行安裝，安裝過程中應認真做好安放圖標記；3）每一節段的安裝關鍵是認真定位好第一排第一個扭王塊位置，以該扭王塊為參照，相鄰扭王塊安裝到位時會相互碰撞，可通過吊機司機的手感和目測鋼絲繩的垂直度反映出來，以此為輔助控制安裝密度和范圍。陸上安裝采用半規則安裝，嚴格按安放原則安裝，通過人工輔助定位控制。

扭王字塊安放原則：1）扭王字塊三個肢桿端部著地，另外三肢桿端部朝海，同排相鄰塊體擺放姿勢不能相同；2）嚴格按鉤連塊體擺放，確保塊體接觸緊密，形成整體效果。扭王字塊安裝注意事項：1）安裝前認真檢查坡腳、護底、坡面坡度、塊石墊層理坡，確保滿足設計要求；2）勤檢測，嚴格按設計每100 m2安裝個數的要求安裝，把偏差控制在規范允許偏5%的范圍內；3）勤觀測，每隔一段時間特別是在大風浪過后要徹底進行檢查，對一些松動的部位和塊體要做調整。

5.8 胸墻混凝土澆筑

胸墻施工過程中常受風浪襲擊，模板難以安裝成型，改常規整體模板柔性加固一次澆筑混凝土成型工藝為分層安裝模板分層澆筑混凝土工藝，以模板頂標高控制分層澆筑混凝土頂標高，確保混凝土分層施工縫的順直。模板為桁架式結構，面板為6 mm鋼板，桁架為10號槽鋼，采用剛性加固，即在上層混凝土頂面預埋一定間距的10號槽鋼，作為模板撐拉焊接加固用，以確保模板的牢固性，采用履帶吊安拆模板，模板安裝前采用挖掘機將箱后棱體理砌成型，以確保棱體石不被風浪襲擊而落入胸墻施工范圍內。采用泵車泵送混凝土入模，以確保混凝土的供應強度滿足施工潮水和盡量克服風浪影響的要求。施工過程中應注意：1）加強沉箱穩定性觀測，基本穩定后才開始胸墻澆筑；2）分層標高應統一，交接面應鑿毛和預埋條石等加強處理；3）加強鋼筋保護層、面層、碼頭前沿線的控制。

5.9 擋浪墻混凝土澆筑

擋浪墻混凝土澆筑施工關鍵是控制減少沉降和混凝土外觀質量，分兩層澆筑，基礎一層，墻身一層，基礎反開挖施工，即坡面扭王字塊安裝完后，再進行開挖施工，流水作業，確保基礎有充足時間沉降，待沉降趨向穩定后再進行墻身澆筑。模板為整體鋼模，混凝土施工過程中應注意新舊交接面的粗糙，通過埋設條石加強聯接。擋浪墻后塊石墊層理坡和扭王字塊安裝應注意與坡面的平緩過渡，注意與擋浪墻的相互擠密，確保護面體系整體性與完整性。

6 施工控制

本工程施工條件惡劣，工程量大，工期緊，目標明確，必須采取一定的控制措施，努力完成施工任務。

6.1 制定明確的節點目標

工程合同工期22個月，即從2008年7月至2010年5月。結合現場施工條件，明確了沉箱必須于2009年5月1日開始安裝，2009年9月30日安裝完成是實現工程交工節點目標的關鍵，圍繞這一節點目標，精心策劃了與其相關的基槽挖泥、基床拋石、基床打夯整平、引堤拋填、沉箱預制、沉箱填芯等6個主要分項工程進度計劃，事先做好材料、機械、人員進場準備工作，按計劃及時進場。施工過程中把進度計劃安排到每一次潮水，加強進度控制，隨機應變，及時采取措施，嚴格落實，確保各節點目標的實現，從而確保工程總體節點目標的實現。

6.2 樹立超前的風險意識

認真進行工程前期施工策劃，包括參觀學習、資料收集、當地調查、臺風的生成規律分析等，充分分析各項影響因素，對可能存在的風險進行有效識別，并制定各種風險控制手段和預案，認真編寫施工組織設計，認真作好技術和安全交底，施工過程中動態管理，經常開會溝通，對施工過程中存在隱患及問題及時發現、解決、總結，確保不再發生類似問題，以達到減少和消除風險事件的目的。

6.3 投入合理的施工設備

挖泥船組、沉箱安裝船組、攪拌站等關鍵性大型船機設備均屬公司自有設備，吊機、挖掘機、運輸車等常規設備由社會上租賃，確保機械設備的到位，只要天氣適合即可立即組織施工，為節點目標的實現贏得了時間。如在簽訂合同之初就迅速調配挖泥船進場，利用8、9月份臺風間隔期難得的好天氣，完成了基槽近11萬m3挖泥工作，為下道工序基床拋石提供了條件。最后4個沉箱安裝已進入東北季風期，起重船組在工地停駐近40 d，由于船機的保證，利用兩個冷空風間隙順利完成安裝沉箱。

6.4 凝聚廣泛的社會力量

主動與業主、監理、設計、行業主管部門、地方政府、當地村民、漁民、公司領導和各職能部門溝通匯報，彼此間得到充分的了解，建立起了信任，取得他們的理解與支持，創造良好施工環境，提高管理效率，及時地解決問題，并爭取更多資源，特別是安裝船組能長駐現場，待氣候適合時安裝，保證工程的進展。

7 結語

1）本工程2008年7月開工，2010年7月25日交工驗收，2010年9月22日煤碼頭成功首靠試運行，工程總體進度的控制是成功的，保證了整個電廠試運行的如期進行；共有12個單位工程，全部通過質監部門的質量鑒定，試運行期間還經歷了3次大臺風的正面襲擊，工程質量經受了惡劣自然條件的考驗，已完成卸煤80萬t，完全達到了碼頭的設計功能，質量控制成功；在兩個施工年度里，經歷2 a的東北風季節和7個對工程造成一定影響和破壞的臺風，均無船機海損事故，無輕傷以上事故，無一般以上交通事故，火災事故為0，安全控制成功。

2）工程交工后再經歷2 a，特別是歷經2010年9月凡亞比超強臺風，現場檢查表明：個別段扭王塊雖然下沉明顯，但總體平整，相互咬合緊實、牢固，難于從中間拆除；擋浪墻縱向由里往外呈現從小到大的線形沉降，最大沉降量20.0 cm，總體觀感好，線形流暢；碼頭前沿線穩定順直，胸墻沉降量小；碼頭卸煤機營運正常。

3）外海施工條件惡劣，工期長，不可預見因素多，施工單位應做好前期的自然條件的調查，認真制定施工進度計劃和節點目標，加大船機等機械設備、人員、物資的投入，加強現場管理，嚴格按圖施工。只有通過合理組織施工，加強風險管理才能減少不必要的損失。

[1]中交第一航務工程局有限公司.港口工程施工手冊[M].北京：人民交通出版社，1994.

[2]JTJ 290—98，重力式碼頭設計與施工規范[S].

[3]JTJ 298—98，防波堤設計與施工規范[S].