天津港防波堤試驗工程箱筒型基礎結構施工簡介

王輝劉銳

（天津臨港工業區建設開發有限責任公司 中國 天津 300456）

0 前言

天津港發展規劃中還需要建造大量的永久性或臨時性的防波堤及圍埝工程，天津港的海底表層及淺層土為淤泥和淤泥質粘土，土體的物理力學指標較差，對于工程結構的建造極為不利，當防波堤和圍埝向深水區發展時，現采用的拋石堤和半圓體混合堤對水深和軟土地基的適應能力有限，有必要針對天津港的海床地質和建材供應情況研發新型防波堤結構，經有關設計院、大專院校、建設施工單位等進行理論分析、模型試驗和結構優化研究，提出箱筒型基礎防波堤結構，于2003年四季度開始進行本試驗工程。

1 工程概況

天津港箱筒型基礎防波堤試驗工程為一種新型結構，位于天津港北大防波堤東外堤南端延長線上，試驗工程軸線長68m，現場泥面標高-2.2~-2.6m，設計堤頂標高+5.3m。

該工程由三組獨立的結構組成，每組結構體由上、下兩部分組成，下部為箱筒形基礎，采用負壓法插入地基土中，上部分為鋼筋砼直立圓筒結構。

2 關鍵工序工藝優化的研究

2.1 圓筒預制

由于考慮施工的具體需要，預制施工在半潛方駁上進行。首先在半潛駁上測量放線，然后按照測量放線鋪底，待鋪完底后，采用腳手架搭設鋼筋綁扎骨架，搭設完畢后開始綁扎鋼筋。

2.2 十字梁預制

十字梁采用蹲底預制，由于十字梁形狀較復雜，故模板采用木模拼制，表面釘一層鋅鐵皮。鋪好底后，進行鋼筋綁扎、吊點安裝、支立模板和混凝土澆注。最后對梁頂鋼筋外伸處進行鑿毛。

2.3 連接墻和現澆砼蓋板施工

連接墻高8米、寬1.5米、厚度0.6米，四個連接墻將圓筒連成整體，施工時，先焊接兩個圓筒預留的鋼筋須子，然后支立模板，模板采用8米一次性支立，砼一次性澆注，采用加長振搗棒充分振搗。在連接墻處留一缺口，下降腳手管頂部的頂絲，模板向外倒運。

兩側和中間現澆蓋板采用腳手架作為支撐，頂部立桿上放置頂絲以便調平和拆除，然后采用橫縱方木和木板鋪底。

2.4 現澆杯口和設備安裝

上下圓筒通過杯口連接，杯口內徑10.8米，高1.2米，厚0.6米。在綁扎蓋板鋼筋過程中，綁扎杯口鋼筋。杯口模板采用鋼模板，杯口高度控制在1.0m。

筒頂設備安裝，每個圓筒安裝抽真空泵2臺，測壓控制閥門兩個，充氣管2個。中間現澆蓋板上安放1個充氣管和一個測壓孔。安裝過程中必須確保接口的氣密性。

3 圓筒基礎結構試沉

第一組大圓筒經過三次試沉，前兩次試沉由于圓筒結構氣密性較差，理論計算圓筒入水4.8米可自行浮起，根據這一數值，半潛駁下沉到吃水4.8米，筒內氣壓低于設計的0.03MPa，未能起浮，于是對其進行修補。經過討論及試驗，確定修補采用環氧+玻璃絲布三油兩氈的方法粘貼，并在圓筒內側4米連接處與蓋板連接處采用OR-JS彈性水泥聚合物防水涂料進行涂刷兩遍，修補完畢后，經再次試沉，筒內氣壓達到設計參數，圓筒順利氣浮。

4 大圓筒現場沉放

4.1 氣浮拖運過程的技術參數

為確保氣浮拖運過程的安全，選定基礎結構吃水4m，內外水頭差3m，腔內氣壓0.03MPa；拖帶力計算公式參考規范JTJ290—98規定的公式航速不大于2節，拖纜為Φ60-80mm尼綸纜，拖點位置設在筒體間豎向連接墻上，兩側各1個，Φ36圓鋼拉環，距底部3m處。

4.2 沉放過程

a.基礎結構的出運是指將半潛駁裝載的基礎結構從靠泊碼頭拖運至基礎結構氣浮下水水域。

基礎結構氣浮下水地點選擇的原則是：該區域水深滿足半潛駁下潛深度，能使基礎結構氣浮穩定離開半潛駁甲板，且該地點距基礎結構設計下沉位置最近，避開主航道。

本試驗工程三組基礎結構均從南疆工作船碼頭出運至選定水域，航程7~3.5km。

b.現場定位控制

基礎結構在水中為漂浮體，為使其能在設計位置下沉，本試驗工程采用的定位方法是：

先設定位方駁（2000t），其右舷為基礎結構西邊線，在甲板上標定基礎結構南北邊線及中心線，在附近的北大防波堤堤頂設置全站儀，根據計算所得的方位角、坐標、距離，準確駐船定位。

當基礎結構拖運接近定位方駁時，主拖輪交工50#解纜，由交錨3#向西頂推基礎結構向定位方駁靠攏，同時通兩根Φ60mm尼綸纜，連接基礎結構與定位船的錨機，可用該纜繩收放，控制基礎結構南北向位置，全站儀觀測基礎結構頂板上的中心標桿，根據其偏差值予以調整。

c.基礎結構下沉控制

當基礎結構定位確認無誤后，由人工打開頂板上設置的排氣閥門進行筒內排氣下沉，由懸浮狀態下沉至泥面上30cm后，測量再次精確定位，筒位滿足設計要求后，最終入土下沉。

由于原泥面的高差及土質不均，基礎結構入土下沉會產生傾斜位移，通過水準儀觀測筒頂板上設置的3根標桿讀數差值可得到反映，如高差超過10cm，可關閉相應部位的閥門進行調整，完成第一階段下沉。

筒內氣體排凈，基礎結構自沉結束，然后測量頂板高程，供第二階段負壓下沉調整作參考。

完成上述工作后，啟動真空泵，進行抽水負壓下沉，基礎結構下沉大的一側后開相應的真空泵，下沉小的一側先啟動真空泵，不間斷的測量筒頂板高程，隨時反饋，通過泵系控制柜隨時調整各臺泵開關，確保結構的平衡下沉，直至接近設計標高。

當真空泵出口處無水排出并有泥漿出現，即可關閉各真空泵。當潮位達到日最高潮時，再次開啟泵系，通過大氣壓力和日最大水深壓力組合作用檢驗基礎結構是否繼續下沉，維持30~60分鐘，發現結構不再下沉，則沉放結束。

5 上部結構安裝

防波堤上部結構為鋼筋砼預制圓筒，采用200t起重船吊運安裝。通過基礎結構定位尺桿和經緯儀進行定位。安放好圓筒后，在杯口與筒之間每間隔一米位置安放鋼楔子加固，然后分別灌入水下不離散砼。

防波堤圓筒內拋1m厚10~100kg塊石，外側拋護坦石。

6 結束語

6.1 技術創新

通過試驗工程的實踐，解決了箱筒型基礎結構的氣浮下水，拖運、下沉等關鍵工序的施工工藝，對今后防波堤向深水發展采用類似結構積累了經驗。

利用壓縮空氣平衡自重（1300t~800t）及大氣壓力，在近海水域安全氣浮拖運基礎結構，最大航程達5.6km，在國內外尚屬首次。氣浮拖航技術是一種新技術，大型工程結構的氣浮拖航在國內外尚屬首次。

采用排氣及負壓法下沉，使基礎結構下沉入土 7.5~ 8.1m。利用不同部位的排氣閥門及真空泵，控制基礎結構不同方位的下沉速率，從而達到基礎結構的設計正位與平整度，操作簡單、速度快、消耗能源少。

6.2 幾點建議

因為前兩組基礎結構為砼結構，第三組基礎結構為鋼結構，二者對比：砼結構預制較為繁瑣，且氣密性是個難題；鋼結構圓筒施工較快，而且鋼圓筒自重較砼圓筒輕，吃水淺，利于在天津港地區施工過程控制?；A鋼圓筒在托運過程中密閉性較高，不用充氣保持平衡，而是通過放氣調節圓筒平衡。鋼結構底部端阻力小，利于基礎結構下沉。

通過三組的沉放經驗，基礎結構浮運穩定是個關鍵課題，根據安裝現場的泥面標高、水深情況，確定基礎結構的吃水、筒內安全水頭、拖帶點等重要參數。

6.3 工程結論及意義

經過竣工后近5個多月的風浪、潮流作用（其中兩次風暴潮達到了8~10級），測量觀測沉降、位移均在5cm以內，說明結構的穩定性較好。

箱筒型基礎結構防波堤試驗工程在國內尚屬首次，此次工程實踐即積累了許多可貴經驗，為將來正式工程的應用做了一次成功的嘗試，同時為港口水工結構的革新開辟了新的思路。