深水厚基床重錘夯實(shí)施工技術(shù)在重力式碼頭工程中的應(yīng)用

廖宏志 中交四航局第二工程有限公司

1.工程概況

本文涉及到工程為重力式沉箱結(jié)構(gòu)碼頭，該碼頭岸線(xiàn)長(zhǎng)1017m，基床頂標(biāo)高為-17.7 m，頂寬為21.65m，基床厚度達(dá)到10m，夯石量約316190m3。原有的施工計(jì)劃為：以-21.7m為臨界，以上采用塊石錘夯，以下采用塊石爆夯。由于距一期碼頭和村莊太近，產(chǎn)生的震動(dòng)效應(yīng)明顯，經(jīng)過(guò)多方商議，決定取消臨界位置以下的爆夯施工，調(diào)整為采用重錘進(jìn)行夯實(shí)，采用增加夯錘重量，提高夯能及增加每層夯實(shí)的分層厚度，提高施工效率和節(jié)省施工工期。

2.重錘夯實(shí)效率和施工原則

重力式碼頭基床分層一般按2m/層，而采用重錘夯實(shí)可以達(dá)到4m/層，提高了施工工效，較傳統(tǒng)2m/層的施工速度提高一倍以上。

采用重錘夯實(shí)施工時(shí)，夯錘的選擇非常重要，宜選擇重量為12～15t，外形為圓臺(tái)形的夯錘，為減少夯錘水下阻力，錘身設(shè)有4個(gè)泄水孔。厚床基重錘夯實(shí)法遵循“大質(zhì)量、小阻力”原則，夯錘設(shè)計(jì)必須注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）保證有效夯擊能，夯錘須重量大。（2）保證底面積小，以增強(qiáng)單位面積的夯擊能。（3）盡量讓夯錘與流線(xiàn)形接近，避免水中下落時(shí)夯錘能量的損失。（4）必須保證水中夯錘下落過(guò)程的平穩(wěn)，降低出現(xiàn)“倒錘”的可能性，以增強(qiáng)夯錘的穩(wěn)定性。

3.施工工藝流程

深水厚基床重錘夯實(shí)工藝流程為：確定拋石分層厚度→參數(shù)初選→船機(jī)設(shè)備選擇→基床拋石施工→打夯船定位→試夯→評(píng)估錘夯效果，確定夯錘落距、錘夯遍數(shù)→大面積錘夯→驗(yàn)收。

4.施工方法

4.1 準(zhǔn)備工作

（1）根據(jù)本工程基床的特點(diǎn)，每層厚度控制在4m，選擇自重為15t的鑄鐵錘作為夯錘，夯錘的落距為4m。按落距為4m計(jì)算，夯錘在不計(jì)水阻力、浮力的影響下，夯擊能達(dá)到339kJ/m2，大于規(guī)范要求的120kJ/m2，滿(mǎn)足要求。在施工前，需要對(duì)夯錘進(jìn)行全面、仔細(xì)的檢查，以保證夯錘可以符合具體的設(shè)計(jì)要求。（2）選擇試驗(yàn)段。以長(zhǎng)度為15m的典型斷面作為試驗(yàn)段，并確定3個(gè)測(cè)量斷面。（3）安裝測(cè)量定位系統(tǒng)。充分發(fā)揮定位系統(tǒng)的功能對(duì)船舶進(jìn)行定位，校核定位結(jié)果是否精準(zhǔn)，務(wù)必保證定位系統(tǒng)的定位結(jié)果可以和挖泥、拋石的測(cè)量定位結(jié)果保持一致。（4）準(zhǔn)備好施工過(guò)程中所需要的測(cè)量工具。在施工中，認(rèn)真對(duì)水深情況進(jìn)行測(cè)量。（5）利用定位船，每間隔1m做一次標(biāo)識(shí)，為后續(xù)施工提供參考。（6）采用測(cè)桿和讀尺進(jìn)行驗(yàn)收。

4.2 基床拋石

（1）基床拋石之前應(yīng)檢查基槽的回淤情況，如有回淤（回淤沉積物重度＞12.6kN/m3，且厚度＞0.3m），先完成清淤后再進(jìn)行拋石。

（2）拋石之前應(yīng)根據(jù)水流、潮水等情況試拋，通過(guò)試拋確定拋石船位。

（3）基床拋石應(yīng)分段分層拋填，打夯厚度為每層4m，根據(jù)試夯確定預(yù)留密實(shí)沉降量為13%，分層厚度為4.5m，拋石頂面不超過(guò)規(guī)定的高程，但不宜低于規(guī)定高程的0.5m。拋石過(guò)程中勤打水勤對(duì)標(biāo)，防止漏拋、超拋。分段長(zhǎng)度根據(jù)施工要求，宜為100m為一段。

4.3 打夯船定位及夯前測(cè)量

采用對(duì)標(biāo)定位和GPS定位系統(tǒng)對(duì)打夯船平面位置進(jìn)行定位控制，以保證水下夯錘得到有效地控制。通過(guò)定位軟件，顯示打夯船的位置，并且記錄其具體的定位軌跡。

將夯錘置于拋石基床面上，慢慢地拉近鋼絲繩，觀察鋼絲繩上面的刻度，讀取拋石基床的打夯前標(biāo)高，在設(shè)置測(cè)點(diǎn)的時(shí)候，工作人員需要注意，每間隔2m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。按沉箱底面各邊加寬1m作為試夯寬度，本工程基床錘夯試夯寬度為19.15m，每一個(gè)斷面內(nèi)，需要設(shè)置10個(gè)測(cè)點(diǎn)。

4.4 試夯

按照《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS 167-2018），基床錘夯每層夯實(shí)后的厚度不宜大于2m。夯擊能量較大時(shí)，分層厚度可適當(dāng)加大。因此需要根據(jù)上述確定的施工參數(shù)進(jìn)行試夯，并通過(guò)檢查復(fù)夯夯沉量評(píng)估具體的試夯效果，確定是否需要對(duì)最初的錘夯參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)試夯確定夯錘的落距和夯擊遍數(shù)等施工參數(shù)。

宜選擇長(zhǎng)度為30m的基床進(jìn)行試夯施工，試夯點(diǎn)的選擇應(yīng)具有一定的代表性。采用縱橫向相鄰接壓半夯法進(jìn)行施工，在試夯范圍內(nèi)選擇三個(gè)斷面，然后在每一個(gè)斷面上，每間隔1m設(shè)置一個(gè)夯實(shí)觀測(cè)點(diǎn)，匯總觀測(cè)值，求出平均數(shù)；觀測(cè)的時(shí)候應(yīng)該注意，分別在對(duì)夯前和第4夯時(shí)進(jìn)行一次觀測(cè)，然后就可以每夯實(shí)兩下觀測(cè)一次，直到相鄰兩次的累計(jì)沉降值相差不大。

通過(guò)分析觀測(cè)結(jié)果，得出相鄰夯次的平均沉降差不超過(guò)3cm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。這時(shí)試夯夯錘的落距和夯擊遍數(shù)等參數(shù)可作正式施工時(shí)的施工參數(shù)。

4.5 大面積錘夯

根據(jù)試夯確定的參數(shù)展開(kāi)錘夯施工。基床錘夯分初、復(fù)夯，各1遍，也可以采用多遍夯實(shí)的方法進(jìn)行夯實(shí)。

（1）壓半夯夯實(shí)。①?lài)?yán)控橫向夯點(diǎn)。在船舶甲板上標(biāo)記夯點(diǎn)，通過(guò)夯點(diǎn)合理的橫向位移，以保證夯實(shí)寬度足夠科學(xué)合理。②嚴(yán)控縱向夯點(diǎn)。通過(guò)錨機(jī)對(duì)錨繩進(jìn)行調(diào)控，讓每一次縱向的移船距離為1/2錘徑，通過(guò)移船以保證縱向夯點(diǎn)得到合理控制。

（2）夯實(shí)要點(diǎn)。①在正式進(jìn)行夯實(shí)工作前，確保拋石面層的高差≤300mm，必要時(shí)對(duì)拋石面層適當(dāng)整平。②夯實(shí)施工時(shí)，先中間，后兩邊的順序進(jìn)行，以防夯坍邊坡，③精準(zhǔn)的對(duì)船舶進(jìn)行定位，保證夯實(shí)范圍正確，控制夯點(diǎn)，進(jìn)一步提高夯實(shí)施工質(zhì)量。④在打夯施工的過(guò)程中，夯錘難免會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，使得鋼絲繩發(fā)生扭轉(zhuǎn)，阻礙正常施工的進(jìn)行，為了避免這類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，可以將鐵翅焊接在夯錘的兩側(cè)，然后再增設(shè)一個(gè)平衡砣，旨在增加夯錘旋轉(zhuǎn)時(shí)的水阻力。⑤嚴(yán)格按照試夯施工中所確定的遍數(shù)和落距等參數(shù)進(jìn)行夯實(shí)。⑥分段分層夯實(shí)時(shí)，相鄰分段之間的搭接長(zhǎng)度＞2m。⑦縱橫向相鄰接壓半夯，分初、復(fù)夯，夯實(shí)遍數(shù)分別為1遍，1遍的夯實(shí)次數(shù)為4次。⑧施工時(shí)，注意預(yù)留夯沉量，夯沉率一般為13%～15%。

4.6 錘夯質(zhì)量保證措施

（1）當(dāng)夯實(shí)后補(bǔ)拋塊石的面積＞1/3 構(gòu)件底面積或連續(xù)面積＞30m2，且厚度＞0.5m時(shí)，宜作補(bǔ)夯處理。（2）分層拋石厚度控制在4m以?xún)?nèi)，高差控制在30cm以?xún)?nèi)。面層拋填時(shí)采用1～50kg的塊石。夯前測(cè)量時(shí)若發(fā)現(xiàn)高差不滿(mǎn)足要求，則局部進(jìn)行細(xì)部補(bǔ)拋。（3）采用雙重驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：夯沉率和復(fù)打一夯次驗(yàn)收。（4）船舶定位設(shè)備記錄已施工位置情況，便于查找和檢查。（5）技術(shù)人員24小時(shí)值班，指揮和記錄施工狀況。（6）若試夯施工方案實(shí)施的夯沉率未能達(dá)到15%，采取的措施為：增加1遍復(fù)夯，并且下一段夯實(shí)時(shí)，加大夯擊能量。（7）正式施工須在試夯施工完成后，經(jīng)監(jiān)理、設(shè)計(jì)等單位認(rèn)可結(jié)論，確定參數(shù)后實(shí)施。

4.7 復(fù)夯驗(yàn)收

復(fù)夯驗(yàn)收滿(mǎn)足以下兩個(gè)指標(biāo)時(shí)驗(yàn)收合格：（1）夯沉率：夯沉率≥15%；（2）復(fù)打一夯次：抽取不小于5m段夯實(shí)基床復(fù)打一夯次，夯錘相接排列，不壓半夯其平均沉降量≤30mm。

5.應(yīng)用效果

根據(jù)在汕頭港廣澳港區(qū)二期工程的案例應(yīng)用，沉箱安裝和箱內(nèi)回填后，沉降穩(wěn)定，整體沉降變化不大，說(shuō)明厚基床重錘夯實(shí)施工技術(shù)，滿(mǎn)足規(guī)范指標(biāo)及使用要求。

6.結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)水工建筑范圍內(nèi)，重力式碼頭基床夯實(shí)較為常用的施工方法有錘夯法和爆夯法，其中爆夯法施工干擾大，且受周邊環(huán)境制約多，而錘夯法傳統(tǒng)的做法是在規(guī)范范圍內(nèi)不超過(guò)2m厚度的基床。鑒以此，針對(duì)重力式碼頭深水厚基床重錘夯實(shí)施工方法的提出和實(shí)際應(yīng)用解決了爆夯法和傳統(tǒng)錘夯法所困擾的問(wèn)題。采用厚基床重錘夯實(shí)技術(shù)，減少拋石分層次數(shù)，提高夯實(shí)工效，工程質(zhì)量得到保證，同時(shí)施工成本也很大程度得到節(jié)約等等。在類(lèi)似工程中有推廣應(yīng)用價(jià)值。