外高橋疏浚船舶基地碼頭改建工程建設(shè)的難點及應(yīng)對策略

王瑋　周淼

摘 要：外高橋疏浚船舶基地碼頭隸屬于中交上海航道局有限公司。碼頭始建于20世紀90年代，結(jié)構(gòu)形式多樣，基樁縱橫交錯，在原有岸線上進行碼頭改建存在較大難度，特別是老碼頭的基樁對新建結(jié)構(gòu)的影響較大。本文針對工程特點，提出了在不拔除原有碼頭基樁的前提下進行碼頭改建的可行方案。

關(guān)鍵詞：老碼頭改造；碰樁；拔樁；AutoCAD

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.102

1 工程概況

外高橋疏浚船舶基地碼頭地處長江口南港南岸，位于上海市浦東新區(qū)境內(nèi)高橋咀下游附近水域，其上游端距上海救撈局碼頭約20m，下游端距竹園污水上游排水口中心線100m，西距吳淞口約9～10km，東距東海約83km，陸上隔黃浦江與市中心相距27km左右。

碼頭上游為上海救撈局碼頭，后為交通部長江口航道管理局碼頭。

原碼頭由連片式碼頭、系纜墩、靠船墩組成。碼頭與靠船墩、系纜墩間由鋼引橋連接，鋼引橋間設(shè)置橋墩，碼頭與陸域通過引橋連接。泊位總長度為350m，其中連片式碼頭長192m。碼頭主要用于停靠和吊裝疏浚船舶船用設(shè)備，接卸耙頭、泥泵等船用機械設(shè)備。

作為中交上航局船舶基地，上海外高橋疏浚船舶基地碼頭主要負責給中交上航局內(nèi)疏浚船舶提供補給、設(shè)備吊裝等任務(wù)。雖然泊位長度為350m，但其中的連片式碼頭僅有192m長，且碼頭上沒有起重設(shè)備，因此碼頭岸線得不到充分利用。本工程擬將原192m長連片式碼頭、系船墩、靠船墩及橋墩，通過改造，建成總長350m的長連片式碼頭一座，并增加裝卸機械，充分利用現(xiàn)有岸線資源，增加碼頭對大型疏浚船用設(shè)備的接卸能力，提高設(shè)備吊裝效率，有效解決碼頭現(xiàn)有接卸能力與船隊發(fā)展趨勢的矛盾，提高碼頭的疏浚船舶保障功能。

2 自然條件

2.1 潮汐情況

擬建碼頭水域地處長江河口段南港水域。外海潮波進入長江口后，因受地形及長江上游下瀉徑流的影響，潮波發(fā)生變形，潮位每天兩漲兩落，漲、落潮歷時明顯不等，潮汐性質(zhì)為不正規(guī)半日淺海潮。工程河段平均漲潮歷時4小時47分鐘，平均落潮歷時7小時38分鐘。漲潮垂線平均最大可能流速1.78m/s；相應(yīng)流向310°；落潮垂線平均最大可能流速2.06m/s，相應(yīng)流向131°。

2.2 水下地形

本工程位于長江口南岸，地形平緩。港址河段的泥沙有兩個來源：一是來自南支河段的上游來沙，是主要的泥沙來源；二是潮流和風浪對泥沙的局部搬移和掀動。

根據(jù)附近水域1987年9月和1988年1月的泥沙調(diào)查資料，工程岸段枯季水體含沙量大于洪季，大汛期水體含沙量大于小汛期。枯季實測垂線平均最大含沙量為0.22～2.09kg/m3，洪季實測垂線平均最大含沙量為0.09～0.83kg/m3。根據(jù)相鄰?fù)飧邩螂姀S煤碼頭前沿的實測地形資料分析，泊位區(qū)河床年自然淤積強度約為0.25m/a。本工程碼頭泊位區(qū)開挖后，泥沙淤積強度約為0.6m/a。根據(jù)工程實施前水深測圖顯示，碼頭所在區(qū)域特別是下游端的位移有較大淤積。

2.3 工程地質(zhì)

碼頭所在區(qū)域水下地形較平緩，碼頭后沿泥面標高一般為+1.0m～-1.0m，碼頭前沿泥面標高一般為-4.0m～-6.0m。勘察區(qū)地貌屬長江三角洲濱海平原近岸河床與淺灘。

工程區(qū)域泥面起伏較小，土層分布比較穩(wěn)定。表層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土，下部為黏土與粉細砂層交互。較好的樁基持力層選用灰色黏土夾砂層。該層分布穩(wěn)定，頂板標高一般為-40.0m～-43.0m，厚度較大且物理力學指標良好。

3 工程建設(shè)難點

本工程為改建工程，要求在原有岸線基礎(chǔ)上將部分已建老碼頭拆除新建，最終形成350m長的一座連片式碼頭。老碼頭始建于20世紀90年代，由連片式碼頭、2座系纜墩、1座靠船墩、3座橋墩組成（見圖1），占用岸線長度為350m，碼頭樁基布置復(fù)雜，且竣工資料缺失。本改建工程擬拆除原系纜墩、靠船墩與橋墩，將連片式碼頭上游48m、下游110m碼頭改建為連片式碼頭，與原有192m碼頭連成一片（見圖2）。

由于碼頭位于長江口南港南岸，為防止對周邊水域的流態(tài)產(chǎn)生影響，設(shè)計排除了采用不透空碼頭結(jié)構(gòu)的可能。根據(jù)地質(zhì)條件情況，高樁梁板式碼頭仍是本工程的首選結(jié)構(gòu)形式。

明確總體改建方案后，方案設(shè)計中面臨著眾多亟需解決的難點，主要有面臨竣工資料缺失、老碼頭保留結(jié)構(gòu)對施工的干擾、老碼頭樁基與新建結(jié)構(gòu)樁基存在交叉碰樁的可能等。

4 建設(shè)難點應(yīng)對措施

針對竣工資料缺失的問題，工程建設(shè)前，先行對老碼頭結(jié)構(gòu)包括樁位進行了調(diào)查，檢測單位出具了檢測報告對碼頭結(jié)構(gòu)進行了安全性、耐久性評估，并繪制了老碼頭樁位圖。圖3為系纜墩樁位示意圖，為碼頭擴建設(shè)計提供了依據(jù)。

針對老碼頭保留結(jié)構(gòu)的干擾問題，工程設(shè)計時及時與有關(guān)施工單位進行溝通，制定了便于施工的設(shè)計方案。主要考慮在無法采用打樁船進行水上沉樁的位置改為采用鉆孔灌注樁，以避免對已建結(jié)構(gòu)及周邊碼頭的影響。

本工程最大的建設(shè)難點在于，根據(jù)碼頭檢測報告的結(jié)果，老碼頭系纜墩、橋墩的基樁由于破損嚴重已經(jīng)不適合繼續(xù)作為工程樁使用，故要對該部分的上部結(jié)構(gòu)和基樁進行適當處理。在制定工程建設(shè)方案之初，考慮到碼頭區(qū)域水下老碼頭基樁較多且樁位較為復(fù)雜，為保證新建碼頭基樁的沉樁施工安全，設(shè)計最初提出了“拔樁”的施工方案，其工藝流程如圖4所示。

圖5為工藝流程示意圖，由左至右，各工序依次為：（a）振入Φ700mm定向?qū)Ч埽唬╞）振入Φ1100mm外套管；（c）拔出定向?qū)Ч埽⒃谕馓坠芘c樁體間隙沖排泥；（d）振入Φ700mm內(nèi)套管，并反復(fù)振拔；（e）拔出Φ700mm內(nèi)套管，再拔除樁體。

拔樁過程中，所需的主要設(shè)備有：起重船1艘，90KW振動錘1臺，高壓水泵1臺，高壓水槍1支。

根據(jù)國電江蘇諫壁電廠碼頭改造的工程經(jīng)驗，該拔樁工藝各工序所需工作時間如表1所示。

此方案預(yù)計每拔一根樁需耗費約12小時。因此，若采取此方案勢必對工期造成嚴重影響。此外，本工程緊鄰長江防汛大堤，老碼頭原有基樁拔除后，土的物理力學指標C、Ф值可能有所降低，且拔樁施工過程中產(chǎn)生的振動，可能對防汛大堤造成損壞。因此，處于安全及經(jīng)濟方面的考慮，要求在不拔除原有基樁的前提下進行樁位設(shè)計。因此，這就給樁位的設(shè)計帶來了很大困難，避免新、老樁相碰成為本項目設(shè)計和建設(shè)的最大難點。

針對上述本工程的設(shè)計難點，設(shè)計會同業(yè)主、施工方根據(jù)實測的老碼頭樁基資料進行分析研究。實測的老碼頭樁位圖顯示，系纜墩和橋墩的基樁縱橫交錯，樁位布置復(fù)雜，基本無規(guī)律可循。根據(jù)改建后的碼頭設(shè)計荷載和使用要求，考慮在碼頭上部結(jié)構(gòu)拆除后，將原有基樁在泥面處截斷，以免形成懸臂，對新建基樁安全形成威脅。

為避免新建基樁與老碼頭基樁發(fā)生碰樁，首先需指定合理的碼頭排架間距，使新、老基樁位置能夠盡量錯開，且樁間凈距能夠保持一定范圍。通過多方案的技術(shù)、經(jīng)濟比選，本工程排架間距最終定為7.1m；為避免和現(xiàn)有水下基樁產(chǎn)生沖突，個別排架間距定為5.1m和6m；基樁采用Φ800mmPHC樁，每榀排架布置6根樁；合理安排了碼頭分段長度，使新建基樁最大限度地避開了老碼頭基樁。

為杜絕新、老基樁發(fā)生碰樁，設(shè)計利用AutoCAD軟件功能對新老基樁進行了三維圖形模擬，真實再現(xiàn)了水下基樁的長度、斜度及扭角等狀態(tài)。圖6為局部樁位CAD的平面模擬圖，圖7則為局部樁位CAD的三維模擬圖。

在AutoCAD三維顯示模式下，通過對新建基樁扭角、斜度及位置的調(diào)整，達到了使新建基樁與老碼頭基樁完全避開的目的，同時也兼顧了打樁船的合理調(diào)度等諸多問題。

5 實踐效果

本工程碼頭基樁共136根，沉樁工作共歷時31天，無碰樁情況發(fā)生。相對于“拔樁”方案，大量節(jié)省了時間，并避免了大型船機設(shè)備的投入。

6 體會

進入21世紀后，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，為滿足船舶和起重機械的大型化發(fā)展趨勢，我國在50～80年代建造的大部分碼頭都需要進行結(jié)構(gòu)改造甚至重建。而目前我國的岸線資源十分緊缺，因此在現(xiàn)有岸線上如何經(jīng)濟、合理地進行碼頭重建工作，將成為未來幾年水運工程行業(yè)所面臨的新課題。誠然，新的施工技術(shù)的發(fā)展使以前看似空中樓閣的工程成為了現(xiàn)實，但如果在工程建設(shè)初期階段就能夠充分利用各種設(shè)計手段，令設(shè)計軟件發(fā)揮最大功效，就可以有效地降低施工難度，加快工程進度、節(jié)約工程投資。

參考文獻：

[1]錢偉浩，金小娟，孟曉軍.水上無導(dǎo)向架斜樁拔除施工實踐[J].港工技術(shù)與管理，2008（03）：1-7.