天津港防波堤試驗(yàn)工程箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工簡介

王輝劉銳

（天津臨港工業(yè)區(qū)建設(shè)開發(fā)有限責(zé)任公司 中國 天津 300456）

0 前言

天津港發(fā)展規(guī)劃中還需要建造大量的永久性或臨時(shí)性的防波堤及圍埝工程，天津港的海底表層及淺層土為淤泥和淤泥質(zhì)粘土，土體的物理力學(xué)指標(biāo)較差，對于工程結(jié)構(gòu)的建造極為不利，當(dāng)防波堤和圍埝向深水區(qū)發(fā)展時(shí)，現(xiàn)采用的拋石堤和半圓體混合堤對水深和軟土地基的適應(yīng)能力有限，有必要針對天津港的海床地質(zhì)和建材供應(yīng)情況研發(fā)新型防波堤結(jié)構(gòu)，經(jīng)有關(guān)設(shè)計(jì)院、大專院校、建設(shè)施工單位等進(jìn)行理論分析、模型試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，提出箱筒型基礎(chǔ)防波堤結(jié)構(gòu)，于2003年四季度開始進(jìn)行本試驗(yàn)工程。

1 工程概況

天津港箱筒型基礎(chǔ)防波堤試驗(yàn)工程為一種新型結(jié)構(gòu)，位于天津港北大防波堤東外堤南端延長線上，試驗(yàn)工程軸線長68m，現(xiàn)場泥面標(biāo)高-2.2~-2.6m，設(shè)計(jì)堤頂標(biāo)高+5.3m。

該工程由三組獨(dú)立的結(jié)構(gòu)組成，每組結(jié)構(gòu)體由上、下兩部分組成，下部為箱筒形基礎(chǔ)，采用負(fù)壓法插入地基土中，上部分為鋼筋砼直立圓筒結(jié)構(gòu)。

2 關(guān)鍵工序工藝優(yōu)化的研究

2.1 圓筒預(yù)制

由于考慮施工的具體需要，預(yù)制施工在半潛方駁上進(jìn)行。首先在半潛駁上測量放線，然后按照測量放線鋪底，待鋪完底后，采用腳手架搭設(shè)鋼筋綁扎骨架，搭設(shè)完畢后開始綁扎鋼筋。

2.2 十字梁預(yù)制

十字梁采用蹲底預(yù)制，由于十字梁形狀較復(fù)雜，故模板采用木模拼制，表面釘一層鋅鐵皮。鋪好底后，進(jìn)行鋼筋綁扎、吊點(diǎn)安裝、支立模板和混凝土澆注。最后對梁頂鋼筋外伸處進(jìn)行鑿毛。

2.3 連接墻和現(xiàn)澆砼蓋板施工

連接墻高8米、寬1.5米、厚度0.6米，四個(gè)連接墻將圓筒連成整體，施工時(shí)，先焊接兩個(gè)圓筒預(yù)留的鋼筋須子，然后支立模板，模板采用8米一次性支立，砼一次性澆注，采用加長振搗棒充分振搗。在連接墻處留一缺口，下降腳手管頂部的頂絲，模板向外倒運(yùn)。

兩側(cè)和中間現(xiàn)澆蓋板采用腳手架作為支撐，頂部立桿上放置頂絲以便調(diào)平和拆除，然后采用橫縱方木和木板鋪底。

2.4 現(xiàn)澆杯口和設(shè)備安裝

上下圓筒通過杯口連接，杯口內(nèi)徑10.8米，高1.2米，厚0.6米。在綁扎蓋板鋼筋過程中，綁扎杯口鋼筋。杯口模板采用鋼模板，杯口高度控制在1.0m。

筒頂設(shè)備安裝，每個(gè)圓筒安裝抽真空泵2臺(tái)，測壓控制閥門兩個(gè)，充氣管2個(gè)。中間現(xiàn)澆蓋板上安放1個(gè)充氣管和一個(gè)測壓孔。安裝過程中必須確保接口的氣密性。

3 圓筒基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)試沉

第一組大圓筒經(jīng)過三次試沉，前兩次試沉由于圓筒結(jié)構(gòu)氣密性較差，理論計(jì)算圓筒入水4.8米可自行浮起，根據(jù)這一數(shù)值，半潛駁下沉到吃水4.8米，筒內(nèi)氣壓低于設(shè)計(jì)的0.03MPa，未能起浮，于是對其進(jìn)行修補(bǔ)。經(jīng)過討論及試驗(yàn)，確定修補(bǔ)采用環(huán)氧+玻璃絲布三油兩氈的方法粘貼，并在圓筒內(nèi)側(cè)4米連接處與蓋板連接處采用OR-JS彈性水泥聚合物防水涂料進(jìn)行涂刷兩遍，修補(bǔ)完畢后，經(jīng)再次試沉，筒內(nèi)氣壓達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)，圓筒順利氣浮。

4 大圓筒現(xiàn)場沉放

4.1 氣浮拖運(yùn)過程的技術(shù)參數(shù)

為確保氣浮拖運(yùn)過程的安全，選定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)吃水4m，內(nèi)外水頭差3m，腔內(nèi)氣壓0.03MPa；拖帶力計(jì)算公式參考規(guī)范JTJ290—98規(guī)定的公式航速不大于2節(jié)，拖纜為Φ60-80mm尼綸纜，拖點(diǎn)位置設(shè)在筒體間豎向連接墻上，兩側(cè)各1個(gè)，Φ36圓鋼拉環(huán)，距底部3m處。

4.2 沉放過程

a.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的出運(yùn)是指將半潛駁裝載的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)從靠泊碼頭拖運(yùn)至基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)氣浮下水水域。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)氣浮下水地點(diǎn)選擇的原則是：該區(qū)域水深滿足半潛駁下潛深度，能使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)氣浮穩(wěn)定離開半潛駁甲板，且該地點(diǎn)距基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下沉位置最近，避開主航道。

本試驗(yàn)工程三組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)均從南疆工作船碼頭出運(yùn)至選定水域，航程7~3.5km。

b.現(xiàn)場定位控制

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在水中為漂浮體，為使其能在設(shè)計(jì)位置下沉，本試驗(yàn)工程采用的定位方法是：

先設(shè)定位方駁（2000t），其右舷為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)西邊線，在甲板上標(biāo)定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)南北邊線及中心線，在附近的北大防波堤堤頂設(shè)置全站儀，根據(jù)計(jì)算所得的方位角、坐標(biāo)、距離，準(zhǔn)確駐船定位。

當(dāng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)拖運(yùn)接近定位方駁時(shí)，主拖輪交工50#解纜，由交錨3#向西頂推基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)向定位方駁靠攏，同時(shí)通兩根Φ60mm尼綸纜，連接基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與定位船的錨機(jī)，可用該纜繩收放，控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)南北向位置，全站儀觀測基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)頂板上的中心標(biāo)桿，根據(jù)其偏差值予以調(diào)整。

c.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下沉控制

當(dāng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)定位確認(rèn)無誤后，由人工打開頂板上設(shè)置的排氣閥門進(jìn)行筒內(nèi)排氣下沉，由懸浮狀態(tài)下沉至泥面上30cm后，測量再次精確定位，筒位滿足設(shè)計(jì)要求后，最終入土下沉。

由于原泥面的高差及土質(zhì)不均，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)入土下沉?xí)a(chǎn)生傾斜位移，通過水準(zhǔn)儀觀測筒頂板上設(shè)置的3根標(biāo)桿讀數(shù)差值可得到反映，如高差超過10cm，可關(guān)閉相應(yīng)部位的閥門進(jìn)行調(diào)整，完成第一階段下沉。

筒內(nèi)氣體排凈，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)自沉結(jié)束，然后測量頂板高程，供第二階段負(fù)壓下沉調(diào)整作參考。

完成上述工作后，啟動(dòng)真空泵，進(jìn)行抽水負(fù)壓下沉，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下沉大的一側(cè)后開相應(yīng)的真空泵，下沉小的一側(cè)先啟動(dòng)真空泵，不間斷的測量筒頂板高程，隨時(shí)反饋，通過泵系控制柜隨時(shí)調(diào)整各臺(tái)泵開關(guān)，確保結(jié)構(gòu)的平衡下沉，直至接近設(shè)計(jì)標(biāo)高。

當(dāng)真空泵出口處無水排出并有泥漿出現(xiàn)，即可關(guān)閉各真空泵。當(dāng)潮位達(dá)到日最高潮時(shí)，再次開啟泵系，通過大氣壓力和日最大水深壓力組合作用檢驗(yàn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是否繼續(xù)下沉，維持30~60分鐘，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不再下沉，則沉放結(jié)束。

5 上部結(jié)構(gòu)安裝

防波堤上部結(jié)構(gòu)為鋼筋砼預(yù)制圓筒，采用200t起重船吊運(yùn)安裝。通過基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)定位尺桿和經(jīng)緯儀進(jìn)行定位。安放好圓筒后，在杯口與筒之間每間隔一米位置安放鋼楔子加固，然后分別灌入水下不離散砼。

防波堤圓筒內(nèi)拋1m厚10~100kg塊石，外側(cè)拋?zhàn)o(hù)坦石。

6 結(jié)束語

6.1 技術(shù)創(chuàng)新

通過試驗(yàn)工程的實(shí)踐，解決了箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的氣浮下水，拖運(yùn)、下沉等關(guān)鍵工序的施工工藝，對今后防波堤向深水發(fā)展采用類似結(jié)構(gòu)積累了經(jīng)驗(yàn)。

利用壓縮空氣平衡自重（1300t~800t）及大氣壓力，在近海水域安全氣浮拖運(yùn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，最大航程達(dá)5.6km，在國內(nèi)外尚屬首次。氣浮拖航技術(shù)是一種新技術(shù)，大型工程結(jié)構(gòu)的氣浮拖航在國內(nèi)外尚屬首次。

采用排氣及負(fù)壓法下沉，使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下沉入土 7.5~ 8.1m。利用不同部位的排氣閥門及真空泵，控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不同方位的下沉速率，從而達(dá)到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)正位與平整度，操作簡單、速度快、消耗能源少。

6.2 幾點(diǎn)建議

因?yàn)榍皟山M基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為砼結(jié)構(gòu)，第三組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，二者對比：砼結(jié)構(gòu)預(yù)制較為繁瑣，且氣密性是個(gè)難題；鋼結(jié)構(gòu)圓筒施工較快，而且鋼圓筒自重較砼圓筒輕，吃水淺，利于在天津港地區(qū)施工過程控制?；A(chǔ)鋼圓筒在托運(yùn)過程中密閉性較高，不用充氣保持平衡，而是通過放氣調(diào)節(jié)圓筒平衡。鋼結(jié)構(gòu)底部端阻力小，利于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下沉。

通過三組的沉放經(jīng)驗(yàn)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)浮運(yùn)穩(wěn)定是個(gè)關(guān)鍵課題，根據(jù)安裝現(xiàn)場的泥面標(biāo)高、水深情況，確定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的吃水、筒內(nèi)安全水頭、拖帶點(diǎn)等重要參數(shù)。

6.3 工程結(jié)論及意義

經(jīng)過竣工后近5個(gè)多月的風(fēng)浪、潮流作用（其中兩次風(fēng)暴潮達(dá)到了8~10級），測量觀測沉降、位移均在5cm以內(nèi)，說明結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較好。

箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)防波堤試驗(yàn)工程在國內(nèi)尚屬首次，此次工程實(shí)踐即積累了許多可貴經(jīng)驗(yàn)，為將來正式工程的應(yīng)用做了一次成功的嘗試，同時(shí)為港口水工結(jié)構(gòu)的革新開辟了新的思路。