港口工程施工中重力式沉箱基礎墩碼頭的應用

高鳳義

（大連中遠海運川崎船舶工程有限公司，遼寧 大連 116000）

重力式墩碼頭作為現代港口工程的常用碼頭結構之一，對提升港口的安全性與功能性具有重要作用。當前，重力式墩碼頭具有抗凍性與堅實耐用的特性，其對碼頭地面超載、裝卸工藝變化以及載荷集中等條件的適應性較強，再加之具有維修費用偏少的優勢特點，成為港口施工的常用形式。一般而言，重力式墩碼頭主要由墻身、胸墻以及拋石基床等部分構成，從結構形式上看，支墩結構主要有方塊、沉箱、沉井等幾種形式。文章將從應用概述與應用實踐出發，對港口工程施工中重力式墩碼頭的應用進行探析，旨在通過強化對重力式墩碼頭的施工工序與施工要點把控的方式，推動重力式墩碼頭應用質量的提升。

1 港口工程施工中重力式墩碼頭的應用要點

1.1 預制沉箱質量

預制沉箱質量直接影響重力式墩碼頭施工的穩定性與安全性，針對于預制沉箱施工的過程中，應當重視以下幾方面：

（1）模板工程，在模板施工過程中，應當保障模塊間拼接的嚴密性，用以降低漏漿問題的發生率，提高模板工程的整體性能。同時，還應當保障模塊表面的清潔度，用以避免在拆模過程中出現預制沉箱缺陷的情況。此外，還應當強化對模板剛度的把控，通過保障模板剛度的方式，降低模板風險。

（2）鋼筋工程，鋼筋工程直接影響預制沉箱整體性能，由此，在實施鋼筋施工時，應當強化對鋼筋綁扎的控制，同時，還應當對鋼筋質量進行核查檢測，用以保障鋼筋質量的合規性。此外，若采用分層預制法落實沉箱施工，則需要采用分段的方式進行鋼筋綁扎。

（3）混凝土工程，在落實沉箱施工過程中，混凝土的使用率極高，對預制沉箱的最終質量具有重要影響，對此，應當強化對混凝土質量的把控，在實施前應當落實質量檢測工作，對混凝土配比進行多次試驗，用以保障混凝土配比與設計要求、相關規范等貼合一致，在落實分層澆筑，并對振搗的頻次進行嚴格控制。

1.2 面層混凝土

在重力式混凝土施工過程中，面層混凝土開裂情況的發生率偏高，不僅影響面層的美觀性與質量，還會對重力式墩碼頭的安全產生影響。一般而言，面層混凝土開裂原因較為多樣，具體表現為面層底部強弱約束力存在差異、約束力突變則會導致相應區域出現應力集中的情況，面層混凝土結構的溫度應力變化與波浪的聯系密切，若應力超出極限值，則會導致混凝土面層出現開裂現象，

針對于此，應當注意以下幾方面：一是優化配置混凝土，應當對混凝土中的凝膠材料、粉煤灰進行嚴格把控，用以降低混凝土收縮顯現的發生率，進而達到減少面層裂縫的目標；二是控制混凝土澆筑，在優化混凝土配比之后，還應當對混凝土的澆筑實踐進行控制，一般而言，混凝土澆筑長度應當保持在6.25 m左右，應力點時間應當推遲在150 h左右，同時，還應當重視保溫操作，降低開裂的可能性。

1.3 基礎沉降

基礎沉降會直接影響重力式墩碼頭工程的施工安全與功能實現，一般而言，基礎沉降的原因主要表現為基礎持力層土質質量問題、開挖土質不符合設計要求、清淤工作并未落實等方面。其中若基礎持力層開挖土質質量存在問題，則難以承載碼頭荷載，進而引發基礎沉降問題。若并未落實清淤工作，則會導致嚴重回淤問題，進而對基礎穩定性產生影響。

針對于此，在落實基礎施工的過程中，應當重視以下幾方面：一、在基礎工程施工中，及時核對土質，如發現土質與地質資料有差異，及時聯系設計、地勘、業主、監理進行現場勘察、解決，確保達到設計要求的持力層。二、在基槽挖泥完成后立即進行水深測量和插泥等驗收。基槽挖泥結束后，及時進行基床拋石以防回淤。三、沉箱安裝采用趁低潮進行安裝工藝，同時在沉箱安裝時利用沉箱進行基床的預壓，減弱基礎的后期沉降，避免不均勻沉降，安裝時根據基床不同的厚度預留不同的沉降量，確保基床沉降均勻，安裝合格后在沉箱四角留置沉降、位移觀測點并進行初始值記錄，并按規定進行連續觀測，如發現異常需及時采取相應措施調整。待沉箱安裝沉降穩定后，再進行上部結構施工。

2 港口工程施工中重力式沉箱基礎墩加透空式梁板結構碼頭的應用實踐

以某30萬噸級碼頭為例，該碼頭為重力式沉箱基礎墩加透空式梁板結構，該工程所在地具有港池水域開闊與水深條件優良的特點，工程區底層主要包含淤泥層、粉細砂層、卵石層、風化巖層等，設計要求開挖至風化巖層用于基礎持力層。

2.1 重力式沉箱基礎墩加透空式梁板結構碼頭的主要施工工序

該港口工程具有建筑物結構種類復雜、工程量大等方面的特點，再加之港口工程位于開敞海域，面臨流急、風大以及浪大等環境，地質條件復雜，使得港口工程的施工難度極大，重力式墩碼頭屬于復合型結構，對預制場地、沉箱安裝等方面具有較高要求，使其對施工工藝設備以及工序等具有同等高要求，由此，在落實重力式墩碼頭時，應當強化對施工流程的把控，以提升施工的有序性與質量。整體而言，該碼頭的施工工藝流程為：基槽挖泥、基礎換填及基床拋石、基礎爆夯、基床整平、沉箱預制及安裝、箱內填石、現澆圈梁、梁板構件預制及安裝、現澆廊道、現澆面層、附屬設施施工，關鍵性工序主要表現為：

（1）基槽開挖，主要流程包含抓斗船進場、調試船舶、施工交底、船舶定位、開挖施工、泥駁裝載、拋泥處理以及基槽測量驗收等流程。抓斗挖泥采用“橫移挖寬，縱移挖長”的方法進行。根據設計圖紙對深基槽、泥層厚部分需分層挖泥。按挖泥深度分層進行，本工程用大型抓斗，以一斗的挖深為一層，為控制好基槽底標高和基槽平整度，最后一層挖泥需控制抓斗下落深度和巖層的硬度，確保槽底標高及開挖土質滿足設計要求。基礎挖泥采取雙控，即必須保證挖至設計的底高程，并應達到設計地質層。驗槽時，必須具備測量和插探取樣資料和樣品。

（2）基礎拋石和基床拋石，本工程基礎拋石包括基礎換填和3 m厚基床拋石兩部分，基在拋石前，潛水員進行基槽插泥驗槽工作，當回淤沉積物含水率W＜150%或重度大于12.6 kN/m3，厚度大于0.3 m時加以清除，如未有上述情況發生，可進行拋石工作。拋石方式：采用開體駁進行基礎換填粗拋，自航方駁配反鏟挖掘機進行換填補拋，3 m基床拋石采用自航方駁配反鏟挖掘機分2層拋填，分層厚度為1.5 m。基礎換填拋石按照厚度預留10%沉降量。正式施工前選擇典型部位進行試拋作業（典型施工），確定不同水深、不同區域的水流對塊石作用產生的偏移量數據。在施工過程經常分析石體落位偏差情況，及時調正。

（3）基床爆夯，依據《水運工程爆破技術規范》（JTS204-2008）并結合施工單位多年施工經驗，及典型段施工確定爆夯參數設計。爆夯施工采用800 t方駁作為布藥船，布藥船八字開錨垂直基床駐位。使用GPS給每排首尾藥包定位，同時根據藥包布設間距，在方駁左舷邊緣用皮尺或鋼尺畫出其他藥包的位置并將孔位號標記清楚，藥包使用乳化炸藥制作，要求藥量與設計偏差不大于5%。作業人員按照在方駁左舷邊緣標記的點位將加工好的藥包向下依次溜放。

（4）基床平整，本工程基床整平材料為二片石，整平范圍為沉箱底面輪廓線四周加寬0.5 m，單個沉箱組沿垂直碼頭前沿方向鋪設2排整平導軌，引橋沉箱沿碼頭前沿方向鋪設2排整平導軌，整平基床頂面預留15 cm沉降量。本工程基床整平寬度12.4 m，避免擾度大影響整平精度，選用桁架梁做刮道，刮道長度13.4 m。

（5）沉箱預制及安裝，本工程需預制4種型號沉箱共計36個，沉箱均為方沉箱，混凝土強度等級為C40F300。沉箱在預制場地進行預制，沉箱采用分層澆注方式預制成型，模板采用大片鋼模板，上層模板采用提升式方法施工；鋼筋工程為吊裝鋼筋片與現場人工穿綁相結合；混凝土工程采用泵送混凝土，人工振搗成型。沉箱預制完成后經過橫縱移，將沉箱運至半潛駁上再運至工程安裝現場。工程沉箱間隔布置為大小兩個沉箱一組（沉箱間拼縫50 mm）共計17組，每組沉箱沿碼頭縱向布置間距為22 m，兩組沉箱間的凈距為11.1 m，2個系纜墩各由單個沉箱組成，間距15.35 m。本工程系纜墩沉箱使用定位方駁傍靠精確安裝，其余各組先使用定位方駁粗安放小沉箱，傍靠小沉箱安裝大沉箱，大沉箱精確安裝完成后，抽水方駁抽起小沉箱，傍靠大沉箱進行精確安裝。

（6）梁板構件預制，本工程預制構件主要包括縱梁、軌道梁、預應力縱梁和軌道梁、廊道、面板和預應力空心板，共計821個預制構件。預應力縱梁及軌道梁采用先張法，均分兩次澆筑，第一次澆筑C50預應力芯棒部分，芯棒混凝土澆筑完成后，芯棒頂面采用木板壓出設計要求的凹凸面，第二次澆筑C40梁體上部。帶有預應力的軌道梁和縱梁需做硅烷噴涂防腐處理。所有預制構件底模采用混凝土底胎，預埋塑料管穿對拉螺栓將側模夾緊，側模采用定型鋼模并用型鋼架固定。梁體側壁采用粘貼塑料薄膜，梁體和預制板頂面采用覆蓋土工布澆水養護，養護用水條件與拌合用水條件相同。

（7）梁板構件安裝放，預制廊道、梁、空心板采用350 t全回轉起重船裝船安裝，通過鎖具進行吊裝。鎖具結構為：上部為鋼絲繩，中間為吊架、下部為吊帶。吊架上設置吊點，吊點為整塊鋼板，分上、下兩部分，吊點上部通過卡環與鋼絲繩連接，鋼絲繩頂部與起重船主鉤連接，吊點下部通過卡環與吊帶連接，吊帶成“U”型兜住構件底部兩端進行吊裝。面板采用起重船直接用鋼絲繩進行吊裝。構件安裝順序為：平行碼頭方向安裝順序從岸側向海側依次安裝，使構件安裝結合上部結構現澆混凝土施工形成流水作業，垂直碼頭方向安裝順序從中間向兩側安裝。

（8）碼頭混凝土澆筑，本工程現澆混凝土包括圈梁、廊道、面層、引橋系纜墩。圈梁坐落在沉箱上，預制梁板安放在圈梁上，根據設計要求，箱內填石并澆筑完素混凝土封頂后，需進行3個月的沉降監測，待沉降趨于穩定后進行現澆圈梁施工。重力式碼頭在施工過程中隨著各種荷載的增加，碼頭將產生不同程度的頂面沉降和前沿線前傾現象。此種現象在碼頭建成后并使用一段時間才能穩定，因此在碼頭上部施工中必須充分考慮這一因素，根據施工期沉降位移觀測資料分析確定預留沉降量，本工程預留沉降量5 cm。混凝土防裂措施降低水化熱溫升，通過摻加粉煤灰來實現降低水泥用量。加強養護：廊道頂板、外墻采取灑淡水、覆蓋土工布塑料布的方法養護，廊道內墻立面和頂面涂刷養護液養護，底板蓄水養護。

2.2 結構施工建設要點

2.2.1 碼頭上部結構采用塔吊配合施工

考慮方駁吊機海上支拆模板、攪拌船澆筑混凝土受風浪影響大，碼頭上部結構施工時配置2臺塔吊，分別支立在沉箱墩上，施工時使用方駁裝運鋼筋、模板，塔吊卸鋼筋、支拆模板，浪涌較大方駁無法駐位時，可使用塔吊傳遞倒運鋼筋；同時在沉箱上部設置棧道平臺，鋪設地泵管線，采用地泵供應混凝土。如此施工避免了海上風浪對施工的影響，增加了有效作業時間，為工期提供了保障。

2.2.2 防止現澆混凝土出現有害性裂縫預防措施

本工程的混凝土施工包括預制沉箱、預制構件（縱梁、軌道梁、預應力縱梁和軌道梁、廊道、面板和預應力空心板）、現澆圈梁、廊道、面層、磨耗層、引橋系纜墩等。混凝土施工要求高，涵蓋了高性能混凝土、預應力混凝土，強度標號高且有抗凍要求。由施工單位中心試驗室認真進行混凝土配合比設計，選用自動化程度高，配料精度高的拌合系統進行混凝土拌合。嚴格控制混凝土中外加劑的摻量，特別是引氣劑的摻量。每次混凝土開盤后都及時進行含氣量等指標的測定。在材料選用方面，不合格的砂、碎石、水泥堅決不能用于本工程，嚴把材料進場關。

3 結語

綜上所述，相較于其他港口工程施工而言，重力式沉箱基礎墩加透空式梁板結構碼頭具有與當前港口施工環境具有良好的適應力，但是，在實際施工過程中，應當強化對應用要點的把控，并在此基礎上結合重力式墩碼頭施工場地的實際情況，對碼頭沉降、混凝土質量控制、系纜墩、工作平臺等方面的建設進行把控，并通過嚴格控制承臺施工、預制構件出運、基床拋石以及基槽開挖等施工工序流程的方式，促進重力式墩碼頭施工質量的提升，促進港口工程的穩定運行。