關(guān)于防波堤施工技術(shù)的探討

曾晰 李思琦 中交一航局第三工程有限公司

運(yùn)輸類船舶逐漸向大型和重型發(fā)展，港口吞吐量也不斷增長，海港建設(shè)項(xiàng)目發(fā)生很大變化，從最初的近岸建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榘胙谧o(hù)或者無掩護(hù)的深水區(qū)建設(shè)，使傳統(tǒng)模式下的港口計劃與施工等方面面臨更多問題和挑戰(zhàn)?；诖?，本文對一種新型的結(jié)構(gòu)在防波堤中的應(yīng)用及施工技術(shù)問題進(jìn)行探討。

1.桶式結(jié)構(gòu)在防波堤中的研究應(yīng)用情況

法國是最先應(yīng)用大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)的國家，隨后，其他西方國家也逐漸開始加大在港口建設(shè)工程中應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)。我國對于大圓柱殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用大概在八十年代初期左右，在天津港集團(tuán)企業(yè)的組織和帶領(lǐng)下，高校和科研結(jié)構(gòu)針對插入式箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)展開深入全面的探究，并對箱型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)的原理、理論和模型等進(jìn)行分析，結(jié)合分析結(jié)果完成工程建設(shè)。2003年天津港研究項(xiàng)目中應(yīng)用的箱筒型結(jié)構(gòu)是圓筒構(gòu)件4個按照矩形對稱構(gòu)成的，4個圓筒通過豎向連接墻和頂板進(jìn)行連接進(jìn)而成為一體，向施工現(xiàn)場運(yùn)輸選擇浮運(yùn)方式，然后再加壓使其進(jìn)入土中。

和天津港所應(yīng)用的箱筒型結(jié)構(gòu)相比，本文所研究的新型桶式結(jié)構(gòu)的差異性非常明顯。本文所研究的新型桶式結(jié)構(gòu)防波堤采用單桶結(jié)構(gòu)，利用隔板將內(nèi)部分成9個隔艙，這種結(jié)構(gòu)并不具有對稱性特征，對于沉放和托運(yùn)等環(huán)節(jié)難度自然提升，因此需要在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和完善，使施工技術(shù)、控制水平都能得到提升。

2.新型桶式結(jié)構(gòu)防波堤的主要優(yōu)點(diǎn)

本文所研究的新型桶式結(jié)構(gòu)防波堤的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，由于這種結(jié)構(gòu)直接插進(jìn)軟土即可，因此原本的軟土不需要清理，也不需要對原來軟土進(jìn)行改良。

第二，這種結(jié)構(gòu)開工之前不需要過多準(zhǔn)備工作，所以無需耗費(fèi)過多時間進(jìn)行準(zhǔn)備，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)施工，一般來說每月平均可完成20幾件，進(jìn)尺超過400米，在施工效率上更具有優(yōu)勢。

第三，施工過程結(jié)合液體和氣體實(shí)際情況選擇對應(yīng)工藝和技術(shù)，對環(huán)境和水源的污染破壞程度很小，因此施工方法具有環(huán)保、節(jié)能和綠色的優(yōu)勢。

第四，針對同一項(xiàng)目來說，這種結(jié)構(gòu)對應(yīng)的投資成本和斜坡式砂石堤相比可減少至少十個百分點(diǎn)，因此具有投資更少的優(yōu)勢，而且砂石資源緊缺程度不斷加劇。

第五，吹填段對于插入砂層的要求為最低1.5米，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)研究以及模型分析結(jié)果可以證實(shí)，這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，而且整體上更加美觀。

3.新型桶式結(jié)構(gòu)防波堤主要施工技術(shù)

3.1 浮游穩(wěn)定性與安全性

本文所研究的新型桶式結(jié)構(gòu)具有無底特點(diǎn)，因此在可行性分析中，氣浮狀態(tài)桶體浮游的安全性和穩(wěn)定性保證成為重點(diǎn)分析內(nèi)容，利用小傾角理論完成浮游穩(wěn)定的計算，安全傾角不超過6°。在實(shí)際測試過程中物理模型實(shí)驗(yàn)的比尺為1:15.6，通過風(fēng)速、航速、水流和波浪等狀況下結(jié)構(gòu)浮游穩(wěn)定性的測試，測試結(jié)果證實(shí)浮游穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 無底模板工藝

無底模板設(shè)計難度最大，需要對出運(yùn)工藝和結(jié)構(gòu)特征綜合考慮和分析。反復(fù)進(jìn)行數(shù)模演算和論證，為了更好的處理桶體在出運(yùn)和前移時力系更好的轉(zhuǎn)化，確定兩端直線段底部選擇固定底模，側(cè)墻和中間隔墻底部選擇活動底模板。底模板由固定和活動兩種底模組成，固定底模應(yīng)用在延桶體長度方向的兩邊，活動底模應(yīng)用在中間部分。固定底模和活動底模的鋼底模分別由鋼筋混凝土預(yù)制塊和千斤頂予以支撐。

3.3 桶體場內(nèi)搬運(yùn)工藝

對氣囊和電動小車搬運(yùn)方式比較分析后發(fā)現(xiàn)：后者優(yōu)勢更為顯著，具有成本小、效率高、可靠性強(qiáng)、靈活便捷和安全性高等優(yōu)勢，所以搬運(yùn)工藝選擇電動小車方式。電動小車搬運(yùn)工藝考慮到搬運(yùn)和桶體預(yù)制特征提出以下要求：

首先，電動小車搬運(yùn)在防落和頂升上都可以自動完成且保證同步，托盤氣囊上駁工藝會影響電動小車高度，托盤氣囊可調(diào)范圍在950mm到1100mm之間。所以臺車高度范圍也在950mm到11mm之間，滿載情況下為3200噸。縱隔墻底部為兩臺車頂升著力點(diǎn)，隔墻之間距離為6.5m，且都選擇雙軌道方式，軌道之間距離為0.7m。

其次，桶體搬運(yùn)移動要及時，提高場地周轉(zhuǎn)率，流水施工得到有效保證，使桶體預(yù)制進(jìn)度進(jìn)一步加快。

最后，中間底模在桶體下層混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后進(jìn)行拆除，臺車進(jìn)入桶體底部，開啟泵站同步頂升桶體5cm到10cm，桶體脫離后桶體通過臺車前移到相應(yīng)位置，臺車使桶體移到第一個臺座位置，使用氣囊方式將桶體運(yùn)送到船上。

3.4 氣浮負(fù)壓下沉工藝和自動化控制

3.4.1 桶體氣浮和負(fù)壓安裝的基本原理

本文所采用的新型桶式結(jié)構(gòu)的桶體氣浮原理為:封底水位于桶底下，與下桶頂板間產(chǎn)生氣腔，氣腔產(chǎn)生相應(yīng)氣壓，桶體氣浮作業(yè)的前提是土體重力等于氣浮力和封底水形成浮力的和，而且滿足浮游穩(wěn)定指標(biāo)，其中，氣浮力是由壓縮氣腔使其中的水排出而產(chǎn)生的。

本文所采用的新型桶式結(jié)構(gòu)桶體負(fù)壓下沉安裝原理為:氣閥打開，在重力作用下桶體開始下沉，水閥打開后繼續(xù)下沉，當(dāng)土體摩阻力等于桶體重力時將水閥和氣閥關(guān)掉，通過抽水產(chǎn)生空腔并產(chǎn)生負(fù)壓，負(fù)壓會使桶體再次下沉，完成抽水后利用真壓泵將其成為真空狀態(tài)，桶體繼續(xù)下沉直到滿足設(shè)計提出的相應(yīng)要求。

中間底模在桶體下層的混凝土強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行拆除，臺車進(jìn)入桶體底部，開啟泵站同步頂升桶體5cm到10cm，桶體脫離后桶體通過臺車前移到相應(yīng)位置，臺車使桶體移到第一個臺座位置，使用氣囊方式將桶體運(yùn)送到船上。

3.4.2 氣浮負(fù)壓下沉自動控制

以桶體負(fù)壓下沉和氣浮特征為前提完成自動控制系統(tǒng)的設(shè)計和研發(fā)，可以將各個倉格對應(yīng)氣壓、垂直度和桶體位置等數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，水閥和氣閥的閉合和斷開通過控制系統(tǒng)來負(fù)責(zé)，使下沉平衡性得到保障。

3.4.3 自動控制關(guān)鍵點(diǎn)

首先，操作平臺安裝完成，安裝架等調(diào)整完成，桶體和GPS系統(tǒng)的影響也很重要。

其次，對海洋天氣預(yù)報和氣象信息實(shí)時收聽和追蹤，半潛駁下潛的同時在保證海洋實(shí)況較為優(yōu)良時氣浮作業(yè)開始執(zhí)行，當(dāng)風(fēng)力等級為六級甚至更高級時，或者波高可能會比1m高時，這種狀態(tài)下潛氣浮作業(yè)是不能進(jìn)行的。

最后連接水管和高壓氣管工作結(jié)束之后，對連接情況進(jìn)行檢測，主要對可靠性和牢固性進(jìn)行檢測，注意要將進(jìn)氣閥門關(guān)掉。

4.結(jié)語

與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比單桶多隔艙鋼筋混凝土桶體屬于新結(jié)構(gòu)的一種，對于海洋環(huán)境造成的污染情況控制在最低水平，在砂石料緊缺、軟土地基符合相應(yīng)水深條件時，可在地質(zhì)環(huán)境中使用并對盡心推廣。在風(fēng)力發(fā)電、海上油氣平臺和圍堤護(hù)岸等領(lǐng)域中該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用都非常普遍。