已建成碼頭增設驗潮站方案探析

朱金民

摘 要：久性驗潮站通常與碼頭或防波堤同時規劃和設計，達到布局合理，便于施工的目的。但濱州港驗潮站在碼頭建成后立項，作為單體建設工程量大，造價高，本文特從滿足永久性驗潮站使用要求和降低施工費用方面進行研究，最終選擇在碼頭護岸胸墻面層和岸壁進行植筋，錨固H型鋼支架，由支架懸挑驗潮井的方案。該方案既保證了驗潮站的穩固性，又避免了海上樁基施工，降低了施工費用，建成后完全達到使用要求。該方案不僅對后增驗潮站有借鑒意義，對碼頭類似新增設施或構筑物也具有一定的參考價值。

關鍵詞：碼頭植筋 錨固 支架 懸挑 驗潮站

1.引言

濱州港地區無歷史水文觀測資料，建港期間參考黃驊港潮汐數據，給工程建設造成了諸多不便，隨著環渤海灣地區的發展和完善濱州地區水文資料的需要，海洋局主持在濱州港附近設立永久驗潮站，在設計單位出具意向方案后，業主向施工方征求合理化建議，本文主要從降低造價和減少對碼頭水域的占用方面進行了新的方案探索。

2.研究概況

2.1工程概況

濱州驗潮站擬建于濱州港附近區域，本工程主要結構為一個驗潮井、一個溫鹽井和一間工作用房。驗潮井和溫鹽井采用鋼護筒外包混凝土防凍結構，在兩井筒上方建設工作用房。

2.2 技術參數

濱州港設計極端高水位5.14m，極端低水位-1.3m，碼頭面層高程6.0m。9月至翌年4月6級風以上天數20天，年極端最低氣溫 -15.6℃。業主技術規格書中要求井口應高于當地理論最高潮位1.5m（即高程6.64m），井底應低于當地理論最低潮位1m（即-2.3m）。結構具有抗臺風能力，須保持水平且不沉降。

3.課題研究內容

3.1國內技術調研

驗潮站常規建設方案為與碼頭或防波堤結構相結合，無碼頭等構筑物時采用由岸向海搭設引橋，在合適水深處建設樁基承臺，以樁基承臺為基礎建設驗潮站。

濱州海岸線平緩，水深較淺，近岸無法滿足驗潮站工作要求。碼頭深入海中17公里，自然水深-4m，考慮到施工和后期觀測的便利性，選擇依托碼頭護岸建設驗潮站。

3.2方案比選和確定

3.2.1方案比選

因驗潮用房方案相同，因此僅選擇下部結構進行比選。

（1）設計方案一：灌注樁承臺基礎。

首先搭設水上灌注樁施工平臺，由履帶吊在碼頭胸墻上吊振動錘依次沉設小鋼管樁，樁頂吊裝焊接工字鋼聯系梁，連系梁上架設貝雷架作為主梁，貝雷架上安放小工字鋼做次梁，次梁上鋪設預留樁孔的鋼板。平臺搭設完成后，沉設灌注樁鋼護筒穿過拋石層，安放沖擊鉆機鉆孔，成孔后現澆灌注樁。完成6根灌注樁后，現澆樁基承臺，承臺設置驗潮井孔位和預埋件，預制驗潮井、溫鹽井穿過孔位并通過預埋件固定在承臺上。

（2）設計方案二：引橋+PHC樁承臺基礎。

打樁船在距護岸25m外沉設PHC樁（避開拋石基床和護坦），承臺施工工藝同方案一。驗潮站與碼頭的連接通道采用鋼引橋方式，引橋施工工藝參照方案一，因該引橋為永久結構，小鋼管樁和上部鋼結構采取防銹措施。

（3）設計方案三：碼頭錨固支架懸挑法

在碼頭岸壁和胸墻面層植筋，鋼墊板，鋼板上焊接H型鋼支架，由支架懸挑驗潮井、溫鹽井。將胸墻上方的H型鋼澆筑在牛腿結構內，在牛腿上建設驗潮用房。

3.2.2方案確定

方案二的引橋+PHC樁方案因PHC樁由護岸深入海中25m以上，影響了港區整體規劃，方案不可行。方案一中小鋼管樁沉設和灌注樁成孔要穿透7m厚的拋石基床層，施工難度大，樁長超過30m，材料和機械設備種類多、用量大，施工周期長，進入冬季將大大增加施工難度，成本高、風險大。而方案三主材僅為H型鋼 ，且植筋、型鋼支架焊接施工速度快，所用機械設備少，安全環保有保障，且成本大幅降低，驗潮站結構及碼頭抗傾、抗滑以及整體穩定性等委托中交一航院進行了細節設計和驗算，符合要求，因此選用方案三。

3.3方案工藝原理

通過在碼頭鋼筋混凝土胸墻上植筋，錨固定位鋼板，將H型鋼組合布置成上下兩層支架，H型鋼與定位鋼板焊接連接，驗潮井通過預埋在井壁上的上下兩層支撐，分別懸掛在上下兩層H型鋼支架上，懸掛點通過與支架焊接進行穩固連接。錨固在胸墻面層上H型鋼橫梁和水平斜撐埋入驗潮用房的牛腿基礎，形成富余固定端作用，最后在牛腿上建設驗潮用房。

3.4工藝流程及操作要點

3.4.1驗潮井預制

簡易驗潮井一般為鋼筒結構，但濱州港水域每年有3個月左右的結冰期，因此將鋼筒包覆一層20cm厚巖棉，形成保溫層，在驗潮井兩側壁及底部分別埋設帶錨筋的10塊預埋鋼板（上層6塊，下層4塊），澆筑壁厚為50cm的混凝土，養護完成后在混凝土面層浸漬硅烷防腐。

驗潮井通過兩側壁的10個支撐掛在型鋼支架上，支撐為焊接在預埋鋼板上的H型鋼，焊接時確保同層支撐在同一高度上，上下層支撐的間距精確，以確保吊裝后各支撐受力均衡。

3.4.2 胸墻植筋

碼頭面層以及高水位以上的胸墻立面鉆孔使用風鉆，水面以下使用水鉆。雙組分植筋膠注入孔內后，緊接插入精軋螺紋鋼，使螺紋鋼豎直位于孔中間。

3.4.3.H型鋼加工制作

首先通過鋼墊板位置測量數據繪制鋼墊板三維空間分布圖，根據三維圖形進行H型鋼的空間交叉模擬，確定每根H型鋼的位置、長度（翼緣、腹板）和端頭切割傾角，確保安裝時能準確連接，下料后涂刷三層防銹漆。

3.4.4.支架焊接組裝

焊接時采用埋弧焊，焊劑選用焊劑HJ431，并且在250℃溫度下烘干2h；焊絲選用H08A，φ4mm，用鋼絲刷清除焊縫附近至少20mm范圍內的鐵銹、油污等雜物，為保證引弧端及收弧斷焊接質量，在工件兩斷焊接引弧板及引出板，引弧板和引出板的長度大于或等于150mm，寬度大于或等于100mm，焊縫引出長度應大于或等于80mm，保證引弧及收弧處質量，防止產生弧坑裂紋，焊縫高度14mm，焊接完成后在焊口及周邊補刷防銹漆。

3.4.5吊裝驗潮井、溫鹽井

（1）吊索具及吊耳計算

驗潮井混凝土重量為13.17m3×2.5t/m3=32.93t， 溫鹽井鋼結構為（含進水管、堵頭鋼板）0.81m3×7.8t/ m3=6.32t， HW250b型鋼支撐重量為：10個×0.365m×82.2kg/ m÷1000=0.3t，填充保溫巖棉重量為4.71 m3×0.18t/m3=0.85t，溫鹽井（驗潮井進水管少于溫鹽井，其余相同）重量為40.4t。

驗潮井立起過程中使用兩臺吊車抬吊，主吊機吊裝過程中最大跨距10m，租用符合要求的150t汽車吊作為主吊機，副吊機使用安裝型鋼支架的50t輪胎吊。選擇6×37+1鋼絲繩，吊繩穿過吊耳上的卡環，單股吊繩容許拉力10.1t，取6倍安全系數，破斷拉力60.6t，查鋼絲繩拉力表知37mm鋼絲繩即滿足要求，因此使用碼頭施工時的40mm鋼絲繩進行吊裝。

選用板式吊耳焊接在混凝土井筒上端堵頭鋼板上，上下端各使用兩個吊耳，使用與鋼板和鋼筒相同材質的Q235B鋼板。以上端吊耳為例，上端單個吊耳最大受力為20.2t，查閱起重吊裝手冊25t卡環的銷軸直徑D為69mm，為保證銷軸插入吊耳孔后能自由轉動，銷耳孔直徑d取75mm，

根據拉曼公式：

最終取δ=40mm，a=70mm， B=190mm，R=112.5mm。

（2）吊裝

用兩臺吊車抬吊驗潮井和溫鹽井，待驗潮井直立后，摘掉下部吊點，主吊機將驗潮井從支架外口緩緩下降，待驗潮井支撐下降至接近支架橫梁20cm處，通過左右調整，驗潮井對準支架入口中間位置后，通過吊車變幅將驗潮井緩緩進入支架。

支撐到達標識位置后下降吊鉤，將支撐落在橫梁上（上層橫梁井口外加了一層鋼板以改善受力狀態），檢查位置無誤后，將支撐與上層鋼板和下層橫梁焊接連接。3.4.6驗潮用房施工

驗潮用房分基礎和上部結構施工，基礎將胸墻上部的支架橫梁和水平斜撐澆筑在一起，上部結構為框剪結構，有一門一窗，完成現澆柱后，進行砌體和過梁施工，完成后進行剪力墻和屋面施工，最后進行裝飾裝修施工。

3.4.7工藝關鍵技術研究

本工藝主要通過胸墻植筋，固定鋼墊板，將型鋼焊接在鋼墊板上，形成支架體系，用來懸挑附加設施，本工藝最大程度減少了對碼頭水域的占用，并全部采用陸上施工，降低了施工風險，節省了工程造價。

4.工藝實施效果

通過施工過程中的嚴格控制，驗潮井和溫鹽井均準確地安裝到了預定位置，驗潮站如期投入使用，完全滿足了水文站的使用要求。

本工藝將驗潮井的預制、植筋、H型鋼下料和初步組合拼裝同步進行，僅用1個月即完成下部結構施工，且對碼頭水域的占用最少，施工過程安全環保，質量控制良好。經過估算，方案一和方案二造價均超過300萬，而本文選用的方案造價僅130余萬，節省了大量時間和造價，得到了業主的高度贊揚。

5.結論

通過胸墻植筋，錨固支架懸挑驗潮井，避免了在水上建設驗潮井樁基承臺的復雜工藝，既節省了工期，又大大降低了工程造價，且完全滿足使用要求，該工藝是一次成功的嘗試，對今后類似碼頭附加設施或構筑物的建設具有較大的參考價值。

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