大圓筒重力式碼頭防漏砂結(jié)構(gòu)探討

王成福，李敬達(dá)，毛海峰

（1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，海工結(jié)構(gòu)新材料及維護(hù)加固技術(shù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040；2.中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524009）

0 引言

近年來防城港碼頭泊位主要選用大直徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)形式的重力式碼頭。薄壁圓筒結(jié)構(gòu)受力良好，同時(shí)圓筒底部帶有前趾和后趾，圓筒直徑大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，可以采用回填中粗砂代替拋石棱體，大大減少了減壓棱體的工程量[1-2]。而在選用中粗砂作為回填材料時(shí)，碼頭的防漏砂問題顯得尤為重要。一旦漏砂得不到有效控制，將影響整個(gè)碼頭的質(zhì)量，給碼頭的使用和安全穩(wěn)定帶來隱患[3]。

1 防漏砂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 防漏砂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

JTS 167-2—2009《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中規(guī)定重力式碼頭必須采取有效措施防止回填材料的流失，而回填級配反濾料（如級配砂卵石或級配碎石）形成倒濾結(jié)構(gòu)是目前最常用的防漏砂結(jié)構(gòu)之一[4]。倒濾措施有下列形式：

1）在墻后拋填棱體面上設(shè)置倒濾層

圓筒后方反濾結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在圓筒底部后趾以及圓筒耳朵后方，能有效防止后方回填砂經(jīng)過以上部位滲漏。一般做法為：在安裝好的圓筒后方拋填減壓棱體，后拋理二片石，面上覆蓋級配反濾料，如級配砂卵石或級配碎石。

2）在墻身接縫處設(shè)置倒濾井或倒濾空腔

圓筒安裝后耳朵前、后沿空腔分別拋填大小級配反濾料，接縫處形成前后雙倒濾層空腔結(jié)構(gòu)，能有效的控制漏沙。

圓筒耳朵正上方卸荷板接縫處設(shè)置倒濾井，對防止碼頭面漏砂起至關(guān)重要作用。

1.2 防城港現(xiàn)有泊位漏砂現(xiàn)狀調(diào)查

防城港8—17號泊位漏砂情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

表1 防城港8—17號泊位漏砂情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)表Table1 Statistics for sand leakage on No.8-No.17 berths on Fangcheng Port

對出現(xiàn)漏砂問題的17段卸荷板面層進(jìn)一步調(diào)查其漏砂部位，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 漏砂部位調(diào)查統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statisticsfor locationsof sand leakage

2 原因分析

針對存在的漏沙現(xiàn)象，從原材料及工藝方面分析其原因。

1）倒濾料含泥量大、級配不好都會(huì)使反濾料慢慢沉降，頂上反濾料厚度不夠，造成漏砂。

2）圓筒接縫過大，處理不當(dāng)使得圓筒耳朵橡膠皮容易掉落，倒濾料漏出后引起漏砂。

3）圓筒耳朵底部回淤嚴(yán)重，泥、砂在底部漏出后倒濾料下降最終引起卸荷板上碼頭面下沉。

3) 0—2狀態(tài)轉(zhuǎn)換。能造成該轉(zhuǎn)換的情況有一種：2個(gè)通道中任意1個(gè)通道發(fā)生非共因失效下的FDU，其概率為

4）橡膠皮打開后未及時(shí)回填，膠皮被浪打掉、偏位，倒濾料從偏位較大的地方漏出后引起漏砂。

5）排水涵安裝接縫過大，砂從排水涵之間及排水涵與圓筒之間接縫漏出。

6）因施工原因，圓筒耳朵頂部易爛裂，耳朵頂與卸荷板連接處接縫過大，處理不當(dāng)，砂從縫隙中漏出。

7）在后方倒濾層拋填區(qū)出現(xiàn)拋填不均勻或欠缺的區(qū)域引起漏砂。

3 主要控制措施

3.1 控制材料的質(zhì)量

1）砂：要求分包隊(duì)伍尋找合格砂源，實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常抽樣檢驗(yàn)砂源地砂質(zhì)量情況，每次吹填前要經(jīng)過現(xiàn)場管理人員驗(yàn)收后方可進(jìn)行，含泥量大，粒徑小的砂嚴(yán)禁吹填。

2）倒濾料：在施工現(xiàn)場布置專門的倒濾料堆場，進(jìn)場后經(jīng)檢驗(yàn)合格的倒濾料做好標(biāo)識(shí)，注明種類、級配、產(chǎn)地及檢驗(yàn)狀態(tài)，以便施工備用，凡檢驗(yàn)不合格的馬上清理出場。

3）土工布：購買的土工布必須滿足設(shè)計(jì)要求的技術(shù)指標(biāo)，嚴(yán)禁使用達(dá)不到設(shè)計(jì)要求及無出廠合格證書的土工布。

3.2 耳朵接縫處理

1）一般耳朵接縫：對于縫寬小于5 cm的耳朵接縫，可直接把膠皮打開，然后沿前沿耳朵頂部往下安裝4 m混凝土插塊擋板既可。膠皮用膨脹螺絲按間距0.5 m釘在圓筒耳朵壁上，每個(gè)螺絲在安釘時(shí)加5 cm伊5 cm鋼板墊片，以避免膠皮在打開前被浪打掉，在膠皮上每隔1 m鉆1個(gè)小孔，潛水員把膠皮打開后，用鐵線穿過預(yù)留孔，在耳朵壁兩側(cè)各綁1條鋼筋拉緊卡住，膠皮打開后及時(shí)進(jìn)行回填，當(dāng)?shù)篂V料拋填至距頂部4 m時(shí)用吊機(jī)安裝混凝土插塊擋板，擋板可通過鐵絲綁扎在圓筒頂部預(yù)留的鋼筋上進(jìn)行固定。

2）特殊接縫處理：對于縫寬大于5 cm的接縫（總縫寬不超過JTS 257—2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[5]的要求）用混凝土插板從底部安裝到頂部處理。首先潛水員通過水下攝像了解整個(gè)接縫情況，根據(jù)縫寬預(yù)制長2 m的混凝土插塊擋板，預(yù)制時(shí)在混凝土塊中線預(yù)留5個(gè)孔，其中1個(gè)大孔為吊孔，其它4個(gè)孔與膠皮預(yù)留孔相對應(yīng)的布置。安裝時(shí)先在內(nèi)壁自底至頂貼1塊土工布，然后用吊機(jī)安裝混凝土插塊，潛水員用一組鐵線穿過預(yù)留孔后在兩端各系1條鋼筋固定在耳朵壁兩側(cè)，插塊從底一直安裝到頂，在安裝過程中控制2塊插板之間空隙小于2 cm，安裝好后及時(shí)回填倒濾料。圓筒接縫處理示意圖[6]見圖1。

圖1 圓筒接縫處理示意圖Fig.1 Treatment schematic diagram of jointsbetween cylinders

圖2 圓筒耳朵頂部補(bǔ)澆混凝土處理Fig.2 Back pouring concrete on the top of cylinder ears

3.3 耳朵內(nèi)回淤處理

圓筒耳朵內(nèi)倒濾層施工滯后、圓筒后方拋填超前施工以及施工工序不當(dāng)?shù)染鶗?huì)引起耳朵內(nèi)回淤。進(jìn)行耳朵內(nèi)反濾料拋填前先安排測量員、潛水員檢查腔內(nèi)回淤情況，確保回淤抽凈后再進(jìn)行回填。

3.4 排水涵接縫處理

1）箱涵基礎(chǔ)拋石時(shí)，為保證碎石密實(shí)，減少沉降量，嚴(yán)格選用級配較好的碎石，如果時(shí)間允許，可考慮自然沉降一段時(shí)間后再安裝排水涵。

2）箱涵底基礎(chǔ)整平后，平整度要符合規(guī)范要求，以使箱體安裝平整順直，不錯(cuò)位，不產(chǎn)生錯(cuò)縫。

3）每節(jié)間的輸送機(jī)帶要緊貼箱涵邊緣，并一端用螺釘固定壓平，另一端壓平而不壓緊，并且預(yù)留拉伸空位5 cm。為做到防止卷邊和墊空，保證反濾效果，在輸送機(jī)帶外再加一層土工布進(jìn)行包裹。

4）安好輸送機(jī)帶后要立即進(jìn)行反濾料拋填，防止風(fēng)浪沖刷邊坡，破壞反濾結(jié)構(gòu)。

5）箱涵與圓筒間接縫待沉降穩(wěn)定一段時(shí)間后應(yīng)及時(shí)封堵密實(shí)，并做好后方倒濾層。

3.5 圓筒耳朵頂處理

卸荷板鋼筋綁扎前，檢查圓筒接縫頂部橡膠皮有無爛裂，混凝土擋板是否下沉，如果有則視情況掏空一部分倒濾料，澆筑混凝土補(bǔ)好。具體做法見圖2。

3.6 卸荷板接縫處理

原設(shè)計(jì)為在卸荷板接縫上現(xiàn)澆鋼筋混凝土小蓋板，再在上面鋪設(shè)1層反濾土工布，最后在土工布上堆放級配碎石反濾料。在實(shí)際施工中經(jīng)過監(jiān)理、業(yè)主同意，施工工藝為在接縫處用輸送帶緊貼接縫處，一端用螺釘固定壓平，另一端壓平而不壓緊，再在上面鋪設(shè)土工布，最后堆放級配碎石反濾料。由于級配碎石厚度比較厚，施工中應(yīng)該采取分層夯實(shí)以保證反濾料的密實(shí)度，同時(shí)在吹填砂過程中嚴(yán)禁將砂管頭對著反濾料，以防止沖刷倒濾層造成其厚度不夠而漏砂。對于圓筒耳朵正上方卸荷板接縫處的倒濾井應(yīng)作雙層反濾處理，其中底部采用二片石回填，上面再采用加厚的級配碎石反濾料，同樣要注意保證反濾料的密實(shí)度。

3.7 控制后方棱體拋填施工質(zhì)量

拋填前測量員用測深儀檢查后方有無回淤，若回淤嚴(yán)重，則抽干凈淤泥后再進(jìn)行拋填，若有少量回淤，則視情況加拋倒濾料，拋填完成后要嚴(yán)格驗(yàn)收，先用測深水砣初檢，初檢達(dá)標(biāo)后再用測深儀進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢合格后才能吹填砂。

3.8 注意施工順序

施工中應(yīng)按照正確的施工工藝進(jìn)行拋填，嚴(yán)格控制各部位倒濾層的拋填順序。施工順序應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

圓筒安裝完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行圓筒接縫間倒濾料的拋填，防止回淤；

圓筒接縫間倒濾層完成后才能進(jìn)行圓筒后方倒濾層的施工，避免后方拋填使耳朵內(nèi)橡膠皮脫落，造成回淤甚至漏砂；

倒濾層必須驗(yàn)收合格后方能進(jìn)行碼頭后方及面層等部位回填砂，回填砂施工中應(yīng)避免對倒濾層的沖刷破壞。

4 結(jié)語

采用大圓筒重力式結(jié)構(gòu)作為碼頭結(jié)構(gòu)形式，在進(jìn)行中粗砂回填時(shí)，圓筒間的防漏砂問題尤為重要。采取上述控制措施后，對防城港已建成泊位使用情況調(diào)查可知，倒濾層防漏結(jié)構(gòu)對碼頭防漏效果明顯，且有施工方便、造價(jià)低廉等優(yōu)勢。

由于設(shè)計(jì)及施工工藝的不完善，碼頭局部漏砂現(xiàn)象依然存在。應(yīng)堅(jiān)持預(yù)防第一、補(bǔ)救第二的原則，加強(qiáng)倒濾層防漏結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，施工中嚴(yán)格控制倒濾層的施工質(zhì)量，確保碼頭結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。