天津港30萬噸級原油碼頭工程外海大型墩臺施工工藝

劉勝，陳云

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概況

隨著我國經濟的快速增長，對原油的需求不斷增加，中國已成為僅次于美國的世界第二大石油進口國和消費國。為滿足國家原油儲備及使用需要，大型高樁墩臺結構的原油碼頭建設的質量和速度尤為重要，碼頭的基樁多選用直徑及長度較大的鋼管樁，墩臺尺度大，地處外海無掩護區域，受風浪、潮汐、海流影響較大，如何在保證質量和進度的情況下進行墩臺的施工便成為需要研究的課題。

天津港30萬噸級原油碼頭工程是天津市重點工程暨天津港標志性工程，是天津市政府加快推進濱海新區開發開放、建設北方國際航運中心的重大決策，對于加快天津港的建設，促進天津市乃至環渤海地區經濟與社會繁榮發展具有重大意義。

1.1 碼頭工程結構

天津港30萬噸級原油碼頭工程位于航道里程14 km+220 m處，碼頭為高樁墩臺結構，總長468 m，共有9個墩臺，呈蝶形布置，施工工期為2006年8月8日至2008年5月12日，碼頭工程效果圖見圖1。

圖1 碼頭工程效果圖

墩臺（平臺）均為現澆鋼筋混凝土結構，各墩間采用人行鋼橋連接。碼頭前沿水深設計標高-22.50 m，預留-25.0 m。棧橋全長98 m，寬12 m，由橋墩和上部結構組成。各墩臺外形尺寸見表1。上部結構為預制安裝混凝土T型梁。

表1 墩臺外形尺寸

輔建區平臺總長130 m，寬33 m，同為高樁墩臺結構。輔建平臺由3個墩臺組成，最大墩臺長55 m，寬33 m。下部基樁均為650 mm×650 mm預應力混凝土方樁，其上為3 800 m2辦公用房。

1.2 工程特點

1）外海條件惡劣，風浪大，潮位高，有效作業時間短。為滿足業主設備安裝的需求，大型墩臺施工時間僅為4個月，工期緊，工程量大；

2）外海施工需投入足夠的大型施工機械及船舶，如起重船、方駁吊機組、混凝土拌和船、交通船、發電機等設備，成本和安全風險比陸上施工大；

3）墩臺樁型多，斜度及間距較大，且墩臺懸臂較大，給施工操作帶來一定難度；

4）墩臺體積大，且底標高較低，單個墩臺施工時間長。

2 碼頭工程墩臺施工工藝

碼頭區工作平臺、靠船墩、系纜墩樁基均為鋼管樁，除靠船墩為直徑1 400 mm鋼管樁外，其余墩臺為直徑1 200 mm鋼管樁，鋼管樁伸入墩臺一倍樁徑，墩臺主筋通過圓弧型鋼板與鋼管樁進行連接。因墩臺均處于外海無掩護區域，惡劣環境對施工影響很大，為確保工期要求，墩臺的施工工藝及工序極為關鍵，需進行嚴格設計以確保在第一步混凝土澆注前施工人員安全和底模板支立質量。

2.1 墩臺吊底

墩臺吊底采取常規樁頂焊接扁擔，懸掛主梁工藝。因墩臺底已進行挖泥，其底標高為-19.5 m，單樁自由長度為24 m左右，樁頂的晃動量為30～50 cm。在焊接扁擔反挑主梁前，先利用掛鉤螺栓在垂直于主梁方向懸掛托梁。該螺栓開口在35 cm左右，利于在風浪大的情況下將托梁懸掛于樁頂，懸掛托梁如圖2所示。

圖2 懸掛托

懸掛托梁后，直接擺放墩臺吊底主梁，然后在主梁上臨時搭設木板作為焊接樁頂扁擔及懸掛吊底螺栓操作平臺。大型墩臺可在主梁兩端進行預先懸掛托梁。如托梁能承受吊底主梁、次梁、木方及木板重量，可用于拆底，這樣可以減少墩臺拆底預留孔數量，方便吊底主、次梁抽出，并大大縮短施工時間。

大型墩臺吊底鋼梁的接頭均設計在樁位處，接頭處采用雙扁擔進行反挑主梁。在樁間距差異較大時，如圖3所示，為節約成本，可以將1號、2號樁位間鋼梁進行局部加強，加強的方式為：1）局部加高鋼梁；2）焊接簡易的三角形加頂撐；3） 在1號、2號樁頂架設雙拼鋼梁，對主梁下部利用螺栓及扁擔進行反吊。

2.2 次梁及底板鋪設

次梁均為 [16，根據跨距的大小調整次梁間距以節省鋼材，在其頂面利用鉛絲綁扎5 cm×7 cm木方，3 cm厚木板作為底板，木板3面進行刨光，現場拼縫。

施工工序為：

因樁頂晃動量為30～50 cm，首先利用方駁吊機組將次梁倒運至主梁上，利用鋼筋在樁頂連接減小單樁晃動，然后進行次梁的鋪設，將部分次梁與主梁之間進行點焊連接，然后鋪設木板。根據引橋補償器施工經驗，典型施工期木板鋪設凈距為30 cm，然后鋪設竹膠板，因風浪較大，且單個墩臺需要經受10多個潮水的影響，依靠釘子連接木板與次梁無法抵抗風浪的影響，需要大量人工進行多次修復，整個墩臺鋼梁、鋼筋及模板受到被風浪卷入海中的威脅。經過工藝的優化，對于外海施工墩臺，底板改為全木板進行拼縫，利用鉛絲將木板兩端編織于次梁上，釘子予以輔助拼縫，需編織木板的次梁與主梁之間預先進行焊接。為防止底模系統整體上浮及減小風浪影響，一是底板每2 m預留25 cm寬通長卸浪縫，在混凝土澆注前移動預留木板進行堵縫。二是在底層鋼筋與樁之間通過月牙板焊接后，利用帶鋼筋墊塊焊接在主筋上下壓底板。三是利用型鋼進行未綁扎鋼筋區域壓底。經過底板的卸浪及加固，保證了施工用料的安全及施工質量，減少了勞動力，避免了返工現象從而加快了施工進程。

2.3 鋼筋加工及綁扎

大型墩臺鋼筋為螺紋25 mm、28 mm兩種[1]，針對鋼筋的連接方式，經成本核算比較，如表2、表3所示。

表2 手工焊接成本

表3 直螺紋連接成本

所有墩臺均采用直螺紋連接，鋼筋基本無損耗，減少了現場大型發電機、電焊機數量及電焊工的投入。鋼筋直螺紋連接的工效是焊接的8倍左右，不但為項目部節約成本，加快現場鋼筋安裝速度，還有效降低了施工成本和安全風險。

2.4 模板的設計及安裝

根據墩臺的外形尺寸，所有墩臺分為兩步或者三步進行混凝土澆筑。外海施工需要大型的施工設備，主要包括3 000 t方駁配合100 t吊車、混凝土攪拌船、砂石料及水泥供應船、鋼筋及模板運輸船、大型發電機、電焊機、交通船等船機設備，第一步混凝土澆筑高度均為1.05 m，雖然加大了吊底鋼梁的投入，但大型船機有效利用率得到大幅度提高，經核算降低了施工投入，提高了施工進度。模板高度為1.05 m及2.4 m，1.05 m高模板采取普通的橫豎圍囹方式，2.4 m高模板采用桁架模板，其重量為125 kg/m2，整體性好，強度高，僅需要上下兩道拉桿螺栓即可進行混凝土澆筑，模板自身可以平穩立于底模板上，便于支立及拆除，模板施工如圖3所示[2]。

圖3 模板施工圖

2.5 墩臺拆底

墩臺拆底首先利用托梁兩端預留孔安裝手拉葫蘆，從墩臺上部拆除吊底螺栓螺母，下放吊底螺栓，吊底螺栓懸掛在主梁上，然后下放吊底主梁80 cm左右，人工進行木板、吊底螺栓、次梁的拆除，并利用方駁吊機組予以輔助及起吊。該施工方法避免在墩臺底板下放前施工人員在底板下工作的危險，保障了施工人員的安全。

在施工過程中，考慮到預埋件施工圖紙及廠家提供的預埋件均有不能按時提供的可能性，且其吊底鋼梁還得用于其他墩臺的施工中。所以部分墩臺拆底須要在兩種情況下都能順利進行拆除，一是：如按時提供施工圖紙及預埋件，墩臺可以在拆除側模板后，進行墩臺底模板的拆除；二是：如不能按時提供施工圖紙及預埋件，必須先對底模板拆除。如側模板未拆除前須要對底模板拆除，拆除過程中，不得磕碰側模板，也不得從側模板上懸掛主梁。所采取的措施為：在靠近模板處對應主梁位置設置預留孔以利于墩臺底模板的下放及拆除。

對于拆底過程中，如遇預留孔堵塞或偏位較大，可以利用相鄰兩根主梁反吊一根雙拼型鋼，托住主梁后拆除墩臺底模板。

2.6 特殊墩臺的施工工藝

靠船墩墩臺底標高為+3.0 m，但護舷安裝處牛腿標高為+1.5 m，牛腿前沿離樁中心間距為3.0 m，牛腿長15 m，高1.5 m，頂寬2 m，底寬1.2 m，根據天津港的潮位，每天施工時間不足2 h，且地處外海無掩護區域，風浪影響較大。如采用現澆方式，墩臺第一步需要澆筑到+4.05 m才能錨固牛腿，對模板及支撐系統的設計難度極大，且需要投入大量的型鋼及模板。因此，經與設計反復溝通協調，在不改變配筋的前提下，將牛腿部分由現澆改為預制，并在預制構件上埋設門字架[3]。在樁頂上焊接大型工字鋼，然后利用起重船懸掛牛腿并進行加固，因樁頂伸入墩臺1.4 m，第一步澆注高度為1.05 m，其大型工字鋼均可回收再次利用，并取得了良好的效果。

3 結語

1）外海墩臺施工使用托梁進行吊底的施工工藝，加快了吊底及拆底的施工速度，吊底及拆底工作各需兩天即可完成，同時也節約了施工成本。

2） 節約了施工用料，且吊底螺栓可重復利用；墩臺桁架模板的重量輕，強度、剛度、穩定性滿足施工要求；墩臺底板、木方均可重復利用，將損耗降到了最低水平。

3）鋼筋直螺紋連接，經過鋼筋下料的對比優化，損耗低；現場發電設備、電焊機及施工人員相對減少，鋼筋綁扎速度提高3倍以上。

4）施工工藝的優化提高了施工質量，保證了工程進度，避免了海損安全事故的發生，為后續工程施工贏得了時間，并提供了寶貴的施工經驗。

[1]JTJ221—98，港口工程質量檢驗評定標準[S].

[2]JTJ291—98，高樁碼頭設計及施工規范[S].

[3] 劉雅清，李永全，王長興.大型高樁墩臺施工新工藝[J].中國港灣建設，1998（4）：1-6.