地錨結構在浮碼頭固定中的應用

孫曉鴻

（廣州港工程設計院有限公司，廣東 廣州 510700）

隨著我國社會發展水平的逐步提升，海上交通體系的發展已經逐步成熟，而一部分地區的碼頭在設計的過程中，考慮周邊環境因素以及前期投入因素，利用浮碼頭打造浮碼頭成了較為常見的現象，而浮碼頭的設計必然要考慮安全性和穩定性，其中地錨結構是進行浮碼頭固定的常規結構，結合不同的應用場景以及需求進行地錨結構的分析，有助于提升浮碼頭結構的施工質量，也可以為我國水運交通體系的高質量發展提供參考。

1 基礎理論分析

1.1 浮碼頭工程的基本概況

浮碼頭工藝相對新穎，在我國西南地區較為常見，正是由于應用場景較少，相關工藝體系正處于升級和發展的階段。從浮碼頭的結構上來看，主要包含了浮橋、活動引橋、主/支浮橋以及錨定結構，其中錨定結構能夠為浮碼頭的正常運行提供穩定的支撐，但是在實際施工過程中需要了解其重點的固定方法以及施工細節，才可以提升整體結構的穩定性[1-2]。

1.2 浮碼頭的常見形式

結合目前較為常見的應用結構來看，綜合錨固的方法，可以將浮碼頭劃分為拉抱樁式和拉簧式兩種。前者的連接結構是抱樁器和鋼管樁，能夠維持浮碼頭的穩定性，而后者則是利用浮箱、拉簧、錨塊保持浮碼頭的穩定性[3]。不同結構的浮碼頭主要服務于不同的地質狀況以及水文環境，部分地區的淤泥狀態以及水底基層質量也會影響浮碼頭結構的細節。

1.3 地錨結構

從我國基礎設施建設的角度來講，地錨結構是較為常見的固定結構，其可以分為錨點、錨樁、錨錠、拖拉坑等結構。通過地錨結構來固定拖拉繩，實現穩固基礎的作用。大部分的地錨結構都會利用鋼絲繩、鋼筋混凝土預制件或者原木等材料組成，將其埋入地下。結合目前的基礎設施現狀來看，地錨結構主要分為樁基式、平衡重法以及坑式地錨，而在浮碼頭施工領域，由于是水下施工，大部分的地錨結構都會選擇坑式結構，這對于地錨結構自身的質量以及施工期間的細節控制有較高要求[4]。

2 浮碼頭工程概況以及地錨結構的應用背景

2.1 工程概述

某項目結合后續的經營和發展需求，需要針對當前的碼頭進行結構改造，為了提升船舶停靠的面積，提高碼頭的客流輸送效率，重新劃定水域設置浮碼頭。在浮碼頭的后方設置了地錨、錨鏈、鋼引橋以及鋼撐桿等系留設施，原有的碼頭墩臺負責作為船舶撞擊力的承受結構。碼頭的縱向長度約為55 米，詳細的設計參數如下。

2.1.1 設計水位

結合該區域的年降水情況以及潮汐情況確定設計高水位控制在4.2 米，設計低水位為0.9 米，極端高水位達到了5.86 米，極端低水位為0.205 米。

2.1.2 水流速度

該碼頭位于潮流明顯的區域，漲潮流持續時間為4 個小時，落潮流持續時間為8 個小時，常規流速約為2～3 千米，最大的漲潮流速可以提升至3.5 千米。

2.1.3 設計荷載

浮碼頭結構中的鋼平臺、鋼引橋、浮碼頭均布荷載達到了3KPa，船舶荷載需要結合該區域日常行船的實際型號以及規格進行調整。該碼頭負責作為疏散游客的節點，結合日常停船的類型劃分為游船碼頭和游覽碼頭。游船碼頭的停泊船只長度為55 米，船寬9 米左右，型深為1.8 米，滿載吃水能夠達到0.9 米，而游覽船只的船長為57 米，船寬達到了17 米，型深為4.1米，現在時的吃水深度為3.2 米。

2.1.4 浮碼頭的平面設置

為了提升船舶停靠的安全性和穩定性，碼頭前沿線需要和上游的其他碼頭前沿線齊平，并且結合當前的墩臺位置確定浮碼頭的設置位置，浮碼頭全長55 米。

針對碼頭前沿線進行挖泥疏浚，確保最低水位時浮碼頭以及停泊船只不會擱淺。

2.2 工程整體構思

本工程的核心特點在于工程量較小，但是工程項目較多，動用的施工設備較多，因此進行施工現場的精細化管理至關重要，需要結合實際的施工需求，打造完善的施工總體方案。

本工程的核心目標在于實現浮碼頭的安裝和固定，因此需要盡早完成地牛、錨塊等基礎設施的施工。等待混凝土結構，強度滿足標準之后才可以進行安裝。其中浮碼頭安裝之前必須安裝好地錨等相關結構，通過錨鏈與浮碼頭連接之后才可以安裝搭板以及引橋。在上述工程施工期間，還需要同步完成干砌護岸的作業，能夠為浮碼頭的施工提供基礎保障[5]。

在工程開始之前，還需要結合具體的施工方案進行施工，放樣便于施工測量以及細節控制。綜合前期原油碼頭的結構和特點，在獲取既有施工文件和相關信息的基礎上，設置可視化模型，通過工程測量微網、平面控制網等信息化手段，明確施工重點，確定地錨設置的點位、確保穩定性較強，且不容易產生位移和沉降，便于后續的日常保護和運維。

2.3 水工結構的設計

由于本工程作為碼頭改造工程，需要將一艘55 米長的浮碼頭遷移至此，在設置的過程中，需要堅持按照以下原則展開結構設計分析。首先，建立在因地制宜原則的基礎上進行浮碼頭細節上的改造。著重針對鋼撐桿以及鋼引橋位置進行優化，在浮碼頭的后援位置設置了擱斗；浮碼頭后方以及側面設置了多個錨環，與擱斗相互利用。浮碼頭內壁增加了肋板，進行內地加強。全部替換周邊欄桿，以提升穩定性和質量。

2.3.1 地錨結構的設計

地錨結構是本工程中的重點結構，為了提升浮碼頭的安全性和穩定性，通過地錨結構進行固定，綜合整體工程的設計需求，錨定結構分為混凝土地毛以及地牛兩種，結合不同的區域進行施工。

2.3.2 地牛的施工

本次工程設置了兩個地牛，分別位于浮碼頭中軸線兩側的岸上，形成軸對稱結構，每個地牛設置了兩個錨環，其一與浮碼頭中軸線相距5 米，材質為φ37圓鋼，另一個距離浮碼頭中軸線8.48 米，材質為φ72圓鋼，在地牛的下方設置了地瓜石墊層，來提升結構的穩定性。地牛的整體高度為2 米，所選擇的混凝土強度為C20，在其中參加了20%的粗石塊，快時的強度需要控制在50MPA 以上，單個重量在10～50 千克左右，在滿足工程強度和剛度需求的同時，也可以合理控制成本。

地牛施工選擇現澆混凝土施工技術。施工之前需要由測量人員結合整體工程的區域規劃出施工位置，通過反鏟開發的方式進行基坑開挖，基坑開挖結束之后在底部鋪設地瓜石，厚度控制在30 毫米左右。

接下來進行模板施工。本次錨塊模板采用定型組合鋼模板，坡面區域的模板則選擇木模板，以便在其中安裝錨環。模板圍檁采用10＃槽鋼，相鄰兩片銘板之間需要利用緊張器進行固定，避免出現松動和縫隙，模板交接位置利用膠條進行堵漏。

在混凝土攪拌時，需要按照既定的配合比施工，落實全過程精細化管理，所有的計量偏差要符合既定的施工規范。混凝土澆筑之前需要檢查模板和支架的穩定性以及強度，避免模板內部出現雜物；混凝土澆筑之后，利用插入式振搗棒進行振搗，遵循先外后內的順序，移動間距需要控制在25 厘米左右，避免碰撞周邊模板。混凝土澆筑采取分層澆筑的方法，每一層振搗合格之后才可以進行下一層的施工。混凝土中所加入的塊石要求沒有水銹、裂縫和雜物，沖洗干凈，并且保持表層濕潤，放置在新疆混凝土層之上，直到被充分包裹。

混凝土澆筑結束之后進行覆蓋和養護，確保強度滿足標準強度的95%以上時，才可以撤去模板；模板拆卸時避免對混凝土表層造成影響和破壞。

2.3.3 地錨結構的施工

本工程在浮碼頭后方設置了兩個地錨，均為混凝土錨塊，平面尺寸為3.6×3 米，高度為2 米，混凝土強度為C25。總方量達到了34 立方米，單個重量約為41 噸。在錨塊上設置φ25 吊環一個，前腳內預埋∠"形護腳，材質為δ8 鋼板，斷面尺寸結合整體錨塊的尺寸進行規劃，為4×4×2.5 米，分布于浮碼頭后方兩側。

利用錨鏈將錨塊連接之后，通過起重船將其放置在錨坑內部。搭配兩個邊長均為1.1 米的混凝土懸垂，懸掛在靠近浮碼頭的一側，和錨和鏈之間保持6.32 米的距離。

所有的混凝土結構養護標準，均以14 天為主，養護結束之后需要按規程進行強度的檢測。

錨塊預制工藝流程按照底胎清理放線、鋪油氈原紙、支立模板、預埋件固定、模板及預埋件驗收、混凝土澆筑、振搗、拆模、養護這一流程為主。其中值得注意的是底胎膜主要選擇混凝土地坪，其他的模板結構和地牛澆筑所用模板一致。由于模板自重較大，在拆卸的過程中利用吊機輔助完成拆卸。錨塊的預埋件包含了錨環，材質為φ72 圓鋼，吊環，材質為φ25吊環，以及∠"形護腳。

吊環利用烘焙加工的工藝制作而成，固定方法則選擇在專用支架上固定；護腳鋼板后需要焊接螺紋鋼筋最大化錨固效果。所有的鋼材選擇以及施工方法都需要符合工程規范。

混凝土施工以及各項細節的落實與地牛施工方案相符，但其中的混凝土澆筑環節采取了階梯式分層澆筑方式，在頂部利用二次振搗以及抹面的方法進行施工，最后還需要利用木抹子打造粗糙面，能夠進一步提升錨塊的密實度。錨塊的養護方法為“圍堰”蓄水法，和后續使用期間周邊環境條件一致，能夠提升使用壽命。

施工好的錨塊需要運送到施工場地進行安裝，本工程采用200 噸起重船執行安裝任務。安裝之前需要利用挖泥船開挖錨坑，尺寸為4×4×2.5 米，分別位于浮碼頭中軸線兩側后方。錨塊、懸錘的強度達到要求之后，將錨鏈的一端連接于錨塊上，運送到錨坑，在潛水員和專業人員的指揮下安裝就位，錨鏈的另一端需要和浮碼頭連接。施工需要選擇風浪較小且天氣晴朗的時間，避免周邊環境對施工造成影響。

2.3.4 錨鏈結構的設計

本工程共設計了8 根錨鏈，其中斜鏈兩根、倒鏈兩根、橫鏈四根，直徑均為φ60，投入使用之前，需要利用水泊油實現防腐防銹處理。

2.3.5 鋼撐桿、鋼引橋設計

為了提升浮碼頭結構的安全性和穩定性，本工程設計了一座鋼撐桿以及兩座鋼引橋。

鋼撐桿的長度為22.5 米，斷面尺寸為0.6×0.6 米，結構為箱型結構；鋼引橋1 的長度為20 米，寬度為2 米，采取下沉式結構，主梁的高度達到了1 米，鋼引橋2的長度為21.5 米，寬度為3.5 米，同樣采取下沉式結構，主梁高度為1.1 米。這兩座鋼引橋的目的在于提供日常人員通行，同時也可以發揮一部分撐桿作用。

2.4 墩臺結構的改造

由于本工程涉及原有碼頭結構的改造，為了確保碼頭結構符合當前浮碼頭的應用需求，考慮原有防汛墻的穩定性，將原有一部分墩臺和防汛墻之間的磚塊清除掉，通過填充混凝土的方式使其形成一個整體，來提升結構的穩定性，也可以避免新的浮碼頭結構對原有地下設施造成影響。

本工程中共涉及三座墩臺的改造和優化，由于在墩臺之間搭設了引橋，分別和浮碼頭進行連接，在水面下降時，浮碼頭也會一同下降；當另一座獨立的墩臺所在的區域為水域時，也會利用撐桿和浮碼頭連接。在這個過程中需要注意的是，假如其中的獨立墩臺所處的區域為陸地，為了提升結構的穩定性，合理利用剩余的空間，在墩臺的上方以及兩側搭建了平臺，兩側的陸地區域，通過平臺連接，這樣可以結合該碼頭的實際情況開發出更多的區域，比如觀光區、娛樂區、休息區、等候區，能夠最大化空間利用價值。

與此同時，由于本碼頭的水下結構較為復雜，為了避免地面平臺建設對地下結構以及水下結構造成影響，利用新型的混凝土錨塊作為地錨來提升浮碼頭的穩定性。兩個地錨結構分別位于浮碼頭中軸線兩側后方、碼頭落地前方的水域之下，并且和浮碼頭平行，在這個過程中需要合理調整浮碼頭和引橋之間的距離。結合實際情況進行測算，兩個地錨所形成的垂直線與浮碼頭平行，其距離和引橋的長度比例為115:215，可以滿足日常的固定需求，也可以提升結構的穩定性；另外在夾角設計方面也需要進行優化。引橋和地錨之間的錨鏈夾角度數為62 度，可以起到傳遞沖擊力的作用。而新型的混凝土地錨也有著較強的抓地力，能夠解決浮碼頭使用以及防汛墻結構維護等方面的矛盾，同時避免打樁帶來的大量不確定因素，也可以實現成本和施工質量的控制。

3 結語

本文建立在理論以及案例分析的基礎上，利用地錨、錨鏈相結合的方式進行浮碼頭固定，配合鋼撐桿、引橋，能夠提升穩定性和強度，適合現有水域資源以及老碼頭結構的改造，改造成本較低，靈活性較強，值得進行推廣，也具備創新空間。