青島港董家口40萬t礦石碼頭施工關鍵技術與工藝創新

阮海波

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

青島港董家口40萬t礦石碼頭位于青島膠南泊里鎮董家口港區，是青島市實現“藍色經濟區”發展戰略和打造國家大宗散貨集散中心的重點工程，是我國建成的第一座40萬噸級礦石接卸泊位，設計年通過能力為1 500萬t。工程的建成投產奠定了青島港國際礦石中轉港地位，對抑制鐵礦石價格，降低鋼鐵成本，推動我國鋼鐵工業發展起到了積極作用。

本工程分碼頭和引橋兩部分，碼頭平臺長510 m，寬40 m，前沿水深-25.0 m（當地理論潮高基準面，下同），頂面高程+13.5 m，采用沉箱重力式結構，由15個6 000 t橢圓形孤立墩沉箱組成，上部安裝168榀后張預應力聯系梁形成碼頭平臺；引橋長458 m，橋面寬20 m，橋跨（37+64×6+37） m，基礎由6個樁基墩臺和一個圓形沉箱墩臺組成，上部采用三向現澆后張預應力混凝土變截面連續箱梁結構。

1 施工條件

與常規順岸碼頭相比，本工程施工難度大：1）工程地處外海，無任何掩護，通過波浪物理模型試驗，碼頭前沿設計波高H1%=8.55 m，受南風影響極大，水深、流急，海況復雜惡劣；2）工期緊，總工期只有10個月，各項節點工期明確；3）本工程為董家口港區規劃建設的首個工程，開工時無施工通道、預制場地、水電接口，周邊養殖干擾大。

2 工藝流程

工藝流程為基槽挖泥→基床拋石→基床夯實→基床整平→沉箱預制安裝→箱內回填→沉箱蓋板安裝→現澆蓋板接縫→現澆支座梁及靠船塊體→橡膠支座安裝→箱梁安裝→現澆面層→附屬設施安裝。

碼頭典型斷面見圖1。

圖1 碼頭典型斷面圖

3 施工布置

開工前，通過系統、合理的施工布置，克服了惡劣的施工條件，保證了各項節點工期。1）組建董家口工程指揮部，統一協調指揮預制、水工、船舶等專業項目部；2）現場附近建設一個大型預制場，場內布置沉箱預制區、沉箱蓋板及套箱預制區、箱梁預制區、拌和站、材料堆放區（鋼材、水泥、砂石料）、辦公區、生活區等功能分區；3）在黃島、膠南、日照征用多個石料場，保證海上石料供應；4）現場建設臨時駁載碼頭一座，確保鋼材、水泥、砂石料等原材料供應及中小型設備裝船條件；5）優化沉箱結構，通過設計論證，將30個3 000 t雙排圓形沉箱改為15個6 000 t單排橢圓形沉箱，減少沉箱出運安裝個數，縮短了工期；6）引橋墩臺由傳統支模改為安裝鋼筋混凝土有底套箱，最大限度降低了惡劣海況對施工的影響。

4 施工關鍵技術與工藝創新

4.1 施工定位

定位時，將兩臺GPS接收機固定在船體兩側，并將船型參數、GPS接收機與船舶相對位置輸入定位軟件中，在軟件中以dxf格式導入CAD設計坐標位置圖。

4.2 基床整平

本工程基床頂面高程為-25.0 m，設計流速為1.5 m/s，傳統人工潛水整平水下標高測量誤差大、操作困難，整平料拋石方式落后，潛水作業效率低，危險因素大。施工采用深水基床拋石整平船，可全天候作業，施工效率高。水下基床整平船系統由工作母船及動力系統、整平機系統、中央控制及定位、遙控、質量監測系統、整平機鎖固系統、測量控制系統等組成，可實現深水基床拋石、整平、質量檢測于一體的機械化整平作業。

先將整平船由拖輪拖至施工現場作業水域，根據安裝在測量塔架和船體上的GPS測量裝置返回的數據指令調整船體位置，進行精確定位。

施工前解開鎖固裝置，由母船提升絞車，將整平機放入海底，并精確定位。通過安裝在框架橫梁上的4個壓力傳感器、框架縱橫梁上的4個傾斜儀、框架上的8個高精度液位連通器測量出框架的標高，結合GPS按照水下監控系統指令調整框架支腿伸縮，將框架調整到設計高度和水平狀態，滿足設計和施工要求。

施工中由母船抓斗機將駁船上的石料轉運到整平機喂料臺車料斗，石料通過溜管進入整平臺車料倉，料倉設有料位監測儀，整平臺車在牽引馬達的驅動下，邊攤鋪石料邊用刮刀刮平基床。

4.3 沉箱預制

本工程卸船泊位共有15個6 000 t沉箱，高27.5 m，分7層預制。沉箱預制關鍵技術是解決6 000 t沉箱頂升、移運問題。施工采用液壓式膠囊臺車頂推上塢工藝，主要由膠囊臺車系統、膠囊注水系統、液壓頂推系統三部分組成。其中，高壓膠囊注水頂升沉箱是該項技術的核心，高壓注水膠囊與臺車共同組成頂升、移運系統，從而使頂升和移運合二為一。與之配套的膠囊注水系統和大推力液壓夾軌器頂推系統，是本工藝系統能正常、自動運轉的動力保證。

4.4 沉箱安裝

6 000 t橢圓形沉箱在國內為首次使用，采用半潛駁出運，500 t起重船趁高潮吊扶出塢，低潮安裝。安裝前根據半潛駁型深、下潛吃水等參數在現場附近選擇水深合適的沉塢坑，通過計算，5.5 m（半潛駁型深） +17.0 m（塢內吃水） +1 m（富裕水深） =23.5 m，因此，下潛出塢水深至少需要23.5 m。經測量，現場附近水深-20 m，因此需要乘+3.5 m的潮高出塢。

為防止涌浪或水流晃動沉箱，采用500 t起重船吊扶沉箱出塢。低潮安裝定位采用雙GPS接收機沿長軸控制沉箱的中心偏位及軸線偏位，保證了沉箱精確安裝到位。圖2為沉箱出塢平面布置圖。

筆者所在醫院重癥監護室臨床實踐觀察結果顯示，每年均有部分患者因各種原因撤銷LSTs的情況發生；撤銷LSTs的原因有經濟情況、陪護時間、陪護成本等多種因素。撤銷LSTs的建議無論由何方提出，其決定因素為患者或患者家屬。因此建議對相關問題建立完善的法律法規。在相應的法律法規未能完善之前對臨終期患者或家屬有強烈意愿的情況下，撤銷LSTs時，醫生應在不違背診療規范的基礎上尊重患者及家屬的意見。應在有高級職稱人員參與，至少2個治療小組會商，確定繼續治療價值有限時，履行完善的知情同意告知并簽字程序后，方可進行撤銷LSTs的操作。

圖2 沉箱出塢平面布置圖

4.5 引橋套箱安裝

為減少海上支立模板，克服惡劣海況影響，便于上部承臺結構施工，通過設計論證，引橋采用在每個高樁承臺預制安裝一個混凝土套箱的施工工藝。套箱平面尺寸為16 m×11 m，高3 m，壁厚0.4 m，總重量270 t。套箱就位后在其內澆筑承臺混凝土。為預防承臺大體積混凝土溫度應力導致套箱開裂，澆筑承臺混凝土前在套箱內壁設置5 cm泡沫縫板。施工完成后未出現套箱開裂現象，提高了引橋承臺的耐久性。

4.6 沉箱箱內填石

本工程橢圓形沉箱頂面長34 m，寬15 m，共18個倉格，沉箱頂面高程+2.5 m。沉箱內回填10～100 kg塊石，單個沉箱回填石料1.1萬m3。

施工采用大型方駁配履帶式起重機，拋填前，將起重機固定在方駁甲板上，方駁下錨就位，根據拋填需要調整方駁位置，拋填時，石料船綁靠定位方駁，石料裝填在由鋼絲繩編織的網包內，起重機吊鉤安裝自動脫鉤裝置，并起吊網包塊石，緩緩放入沉箱倉格內，網包就位后，起重機自動脫鉤，塊石放入倉格，網包及自動脫鉤裝置隨吊鉤一起提出倉格，進行再次裝料拋填。石料船上，一臺挖掘機同時裝填多個網包，人工配合掛鉤。采用該工藝的優點是方駁不用綁靠沉箱，避免了沉箱邊緣及頂面碰損現象，消除了安全隱患，同時方駁一次下錨駐位可拋填多個沉箱。

4.7 基床升漿

引橋與碼頭連接處為1個圓形沉箱墩、2個橢圓型沉箱墩及1個變電所沉箱墩。為防止沉箱后期不均勻沉降對引橋和變電所的上部結構產生不良影響，對拋石基床進行升漿處理，使其形成一個固結整體，滿足承載力要求。

沉箱預制時，在沉箱隔墻和底部大趾處每隔2 m預埋1個鉆孔注漿管。圖3為基床升漿斷面圖。

圖3 基床升漿斷面圖

升漿前在沉箱頂面搭設施工平臺，采用回轉沖擊鉆機通過鉆孔注漿管鉆至拋石基床底面以下0.5 m，鉆進過程中，詳細記錄孔內情況，如巖石破碎、夾泥厚度等。鉆孔結束后將注漿管或觀測管打至孔底。升漿前，先對注漿管進行起拔、試水試驗，使注漿管離開孔底，保證注漿管貫通，每個注漿管起拔高度不超過10 cm；然后現場進行水泥砂漿性能調試，使漿液滿足灌入要求；施工中通過壓漿管將砂漿壓入基床塊石空隙內，使之形成一定強度的固結整體。升漿結束，潛水員水下檢查，基床表面有同稠度砂漿溢出，即認為注漿質量合格。

4.8 海上現澆大體積混凝土

碼頭上部結構除需安裝沉箱墩臺混凝土塊體285塊、預應力混凝土縱向聯系梁168塊外，還需現澆塊體接縫、支座梁、靠船塊體等大體積混凝土6萬余m3。施工安排2艘拌和船晝夜施工，拌和船能力為60 m3/h，同時配備砂石料運輸船、水泥船、加水船、起錨艇等船舶，保證混凝土連續施工需要。

大體積混凝土施工中摻加礦粉，減少水泥用量，降低水化熱，并在面層混凝土中摻加聚丙烯纖維及鋼筋網片，有效避免了大體積混凝土的開裂，提高了混凝土的耐久性。

4.9 引橋變截面預應力混凝土連續梁

引橋上部結構為八跨一聯、單箱雙室、三向預應力混凝土變截面連續箱梁，引橋全長458 m，橋跨布置為（37+6×64+37） m，橋面寬20 m，該寬度在海港碼頭引橋連續梁結構中尚屬首次采用。施工采用棱形掛籃工藝，掛籃按照集中荷載加載，每個節段施工分為掛籃移動、澆筑、張拉預應力并移動掛籃三個施工階段。

0號塊采用支架施工，為檢驗支架的強度及穩定性，消除支架的非彈性變形，使用前對0號塊模板進行堆載預壓，預壓荷載為施工荷載的120%。0號塊施工完成后開始懸臂梁施工，懸臂梁梁段數及段長從支點至跨中為：4×3 m+4×3.5 m，懸臂總長26 m。掛籃在0號塊墩頂拼裝完畢后，對掛籃進行預壓，充分消除掛籃的非彈性變形。為降低海上起重船舶施工成本，消除惡劣海況對施工的影響，在每個墩臺0號塊側面安裝一臺塔吊，配合施工。圖4為引橋箱梁支點斷面圖。

圖4 引橋箱梁支點斷面圖

4.10 箱梁安裝

本工程碼頭上部縱向聯系梁為預制安裝后張預應力箱梁，單榀梁重500 t，共168榀。箱梁安裝采用3 000 t方駁運輸，為克服外海涌浪對安裝的影響，采用1 500 t起重船起吊，擱置在待安裝位置，然后采用4個三維千斤頂同時頂起箱梁，通過縱向、橫向移動箱梁，精確調整箱梁安裝位置，提高了安裝效率和安裝質量。

5 結語

通過諸多關鍵技術及工藝創新的實施，達到了質量好、工期短、投資省的目標。本工程2010年3月15日開工，2010年12月31日交工驗收并成功試靠，創造了用最短時間建設世界上最大礦石碼頭的筑港奇跡。通過兩年試運行，已接卸鐵礦石3 000萬t，業主對工程質量非常滿意。本工程已順利通過交通運輸部組織的竣工驗收。

[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]JTS167-2—2009，重力式碼頭設計與施工規范[S].

[3]JTS257—2008，水運工程質量檢驗標準[S].