升漿及錨固法加固改造重力式方塊碼頭施工技術

劉春彥 王來新 高平原

摘 要：本文以營口港仙人島港區工作船碼頭基床加固搶修工程為例，介紹采用巖土工程升漿加固技術、錨固技術、高壓氣水聯動技術等形成的一整套工藝新方法，較好地解決了重力式方塊碼頭這種典型結構的拋石基床及墻身加固改造施工中遇到的問題，可為今后類似工程施工提供借鑒。

關鍵詞：升漿;錨固;高壓氣水聯動;基床加固

中圖分類號：U655.4? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）01-0145-04

1背景

沿海重力式碼頭，前沿水深往往受淤泥、雜物淤積等影響逐年變淺;碼頭基床受海水沖蝕及波浪作用，尤其是風暴潮、船舶螺旋槳等對基床坡肩的掏空破壞，導致碼頭結構下沉、傾斜，危及碼頭安全和運營。因此，重力式碼頭基礎及墻身的加固改造隨之而來成了行業內備受關注的突出問題。

2工程概述

本文以營口港仙人島港區工作船碼頭基床加固搶修工程為例，介紹有關重力式方塊碼頭基床破損、碼頭結構下沉傾斜產生的原因和升漿及錨固法加固改造重力式方塊碼頭施工技術與成效。

3 原因分析

3.1自然條件的影響

重力式碼頭拋石基床長年受海水沖蝕及波浪作用，尤其是風暴潮等惡劣自然條件對基床坡肩的破壞較大。

3.2船舶作業的影響

低水位時，某些吃水較深的船舶螺旋槳作業極易對基床坡肩造成破壞。局部位置頻繁遭到破壞，加之自然條件的影響，導致碼頭結構下沉、傾斜。

3.3碼頭結構可能存在的問題

碼頭轉角處、基床厚度改變等變截面部位，極易受到風暴潮、船舶螺旋槳等對基床坡肩的掏空破壞，相較于暗基床，明基床受到的破壞尤為嚴重。此外，碼頭在使用過程中的不均勻沉降也會造成碼頭結構傾斜等現象。

4 應對措施

根據營口港仙人島港區工作船碼頭基床破損、碼頭結構傾斜的實際情況及上述原因分析，通過廣泛調研、理論研究以及試驗論證，總結提煉出了基床表面清淤、補拋塊石及理坡、土工布與袋裝砂鋪砌、基床內清淤、基床升漿、方塊塊體錨固一整套升漿及錨固法加固改造方塊重力式碼頭施工技術新方法。

4.1基床表面清淤

基床表面清淤采用真空負壓法，由四組潛水員24小時輪番作業，相關設備固定在方駁上，方駁側向貼碼頭前沿進行施工。為保證施工期間不出現明顯回淤，自方塊前趾至碼頭前沿11m范圍進行淤泥清除，清除的淤泥用泥駁運至業主指定的拋泥區拋卸。

4.2補拋塊石及理坡

嚴格控制塊石質量，采用新開采的未風化、無裂縫且不成片狀的符合規范要求的堅硬花崗巖，飽和單軸極限抗壓強度不小于30Mpa，最大邊長與最小邊長度之比不應大于1.5～2 [1-2]。

對清淤后的拋石基床補拋塊石前，應充分了解并掌握水流、風、波浪和水位等氣象海況條件?；惭a拋塊石過程中，要勤測坡肩及邊坡標高，防止欠拋、超拋?；惭a拋塊石完畢后，按照每5～10m一個斷面、每個斷面1～2m一個測點檢查驗收[2]。

補拋塊石合格后，潛水員使用刮杠、坡比尺按照設計規定的坡肩、坡比對碼頭前沿進行理坡。

4.3土工布與袋裝砂鋪砌

土工布及袋裝砂鋪砌主要是將基床與海水分隔開，以便進行后續的基床內清淤和基床升漿施工。考慮到升漿施工漿液壓力可達0.3Mpa，采取鋪設兩層單位重量600g/m2的土工布，這樣可以更好地控制土工布搭接位置，以防止升漿壓力大時土工布搭接位置隆起漏漿，影響升漿質量。嚴格控制土工布的質量，要求抗裂強度不低于17.5KN/m，織物延伸率不超過30%，濾孔徑（O95）應小于0.20mm，土工布的濾孔徑在應力作用下不得有明顯變化，最小CBR抗刺穿阻力為3.0KN。

土工布沿碼頭前沿線方向逐條鋪設，施工中對已經裁好的土工布，用鋼管作軸卷成卷材，由吊機在碼頭前沿位置吊土工布卷軸至水下，潛水員水下展鋪土工布，要求相鄰兩條土工布搭接寬度1m，允許偏差±0.2m [2]，兩層土工布搭接位置應錯開半個土工布幅寬。土工布鋪設應留有一定的富余寬度和長度，寬度不小于1m，長度10～15m，這樣形成密封空間，起到保漿作用。

土工布鋪設完成后進行袋裝砂鋪設，袋裝砂厚度為0.4m，在距方塊前趾位置1.5m范圍內厚度不小于0.75m，采用自主研制的砂石泵送系統水下灌注砂袋、潛水員配合鋪設的方式進行施工。

4.4基床內清淤

重力式碼頭使用年限較長，基床內回淤一般較為嚴重且清淤難度較大，因此，基床內清淤是影響升漿質量的一大關鍵因素。

基床內清淤采用高壓氣水聯動技術，清淤時通過兩個鉆孔，一個鉆孔輸送 “高壓氣水”，另一個鉆孔作為泄壓而達到吸淤排渣的目的。具體工藝為：當碼頭具備施工條件時（基床土工布及袋裝砂鋪設完成后），吊車將上部固定好沖擊回轉鉆機的臨時平臺吊運就位，采用新型KW10型地熱多功能鉆機進行基床鉆孔施工，采用180KW、20m3風量的空氣壓縮機作為高壓供氣系統輸送“高壓氣水”。隨著鉆孔深度的增加，高壓氣水源源不斷地將拋石基床內石渣及淤泥由泄壓孔向外排出。待鉆孔深度滿足設計要求后，反復提起下放鉆具進行清淤，直至孔口出水清澈。

4.5基床升漿

基床升漿所采用的砂漿設計強度為M20，砂漿的工作性能要求：流動度為16～25s，初凝時間為12～14h。

嚴格控制砂漿原材料質量，制漿用水泥使用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，且不可受潮結塊，從出廠到用完應少于3個月;制漿用砂為中細砂，含泥量不大于3%，粒徑不大于2.5mm，細度模數在1.8～2.2間。

根據原材料試驗數據及以往砂漿配合比經驗進行了一系列試驗室試拌及試塊制作，最終選定砂漿配合比為水：水泥：砂=0.5：1：1。此外，為改善砂漿性能，漿液中摻入8%的膨脹劑及1%的高效減水緩凝劑。

砂漿在施工現場采用自主研發的全自動智能灌漿裝置拌制，該裝置可將所用固態材料稱量誤差控制在3%以下，水的稱量誤差控制在2%以下。砂漿的純攪拌時長不少于90s，現場使用YT-40D混凝土輸送泵泵送漿液。砂漿溫度控制在5～40℃。

基床升漿孔與基床內清淤鉆孔共用，孔徑127mm，孔深因基床厚度不同而不同。基床升漿采用“端進法”，由一端向另一端推進，每個升漿部位持續不間斷升漿直至基床塊石層內漿液飽和。升漿壓力為0～0.3MPa。

升漿前先用配合比為0.5：1的水泥漿充分潤濕管道后，再進行升漿施工。隨著漿液在拋石基床內不斷擴散，升漿漸漸受阻，升漿壓力不斷增大，甚至超過設計壓力。此時應逐漸提升升漿管，但應確保升漿管埋深始終大于0.5m。當漿液面擴散至拋石基床頂標高時，升漿管必須維持正常的埋深，間歇性升漿但不泵入砂漿，出現以上憋壓情況后，說明該孔位升漿結束，可以拔出升漿管，進行下一孔位的升漿施工。

基床升漿注意事項為：

（1）隨著漿液在拋石基床內不斷擴散，漿液面上漲速度逐漸減慢，此時升漿管應做間歇性短間距的上下往復運動。

（2）在漿液面到達方塊底部后，漿液會繼續向四周擴散且時間較長，在此期間內，升漿管應做間歇性短間距的上下往復運動，直到升漿完成。

（3）在升漿過程中，可能會發生升漿管提升困難的情況。此時，可借助鉆機的卷揚機或液壓式拔管機，液壓式拔管機可起拔較大阻力的升漿管且提升速度均勻。

以上注意事項，主要是預防基床升漿過程中升漿管被掩埋致使升漿無法正常進行所采取的有效措施以及升漿管較難提升情況下的解決方法。

4.6方塊塊體錨固

在錯位塊體結構段的碼頭面上鉆Φ280mm孔，鉆孔深度為自碼頭頂面至拋石基床內2m，孔內插入P38鋼軌，鋼軌下放至孔底，串連各個獨立的塊體，使碼頭上、下結構形成整體，以增強結構自身穩定性。

5施工效果

基床升漿施工砂漿達到齡期后，交通運輸部天津水運工程科學研究所鉆芯取樣進行了強度檢測，芯樣塊石和水泥砂漿兩者結合相對緊密，沒有明顯孔洞夾層，粘結相對完整，不存在縫隙、夾層和空腔等修補缺陷，已達到設計升漿深度。砂漿設計強度為M20，芯樣抗壓試驗強度代表值平均值為24.6MPa，最小值為23.8MPa，結果表明砂漿抗壓強度滿足設計要求。

6結語

升漿及錨固法加固改造重力式方塊碼頭施工技術是結合巖土工程升漿加固技術、錨固技術、高壓氣水聯動技術等形成的一整套工藝新方法。該技術是在不破壞原有碼頭結構上進行加固改造，經營口港仙人島港區工作船碼頭基床加固搶修工程實踐，應用效果十分顯著，推廣應用前景廣闊。

參考文獻：

[1]? JTS 215-2018，碼頭結構施工規范[S].

[2]? JTS 257-2008，水運工程質量檢驗標準[S].