關于防波堤施工技術的探討

曾晰 李思琦 中交一航局第三工程有限公司

運輸類船舶逐漸向大型和重型發展，港口吞吐量也不斷增長，海港建設項目發生很大變化，從最初的近岸建設轉變為半掩護或者無掩護的深水區建設，使傳統模式下的港口計劃與施工等方面面臨更多問題和挑戰?；诖耍疚膶σ环N新型的結構在防波堤中的應用及施工技術問題進行探討。

1.桶式結構在防波堤中的研究應用情況

法國是最先應用大直徑薄壁圓筒結構的國家，隨后，其他西方國家也逐漸開始加大在港口建設工程中應用這種結構。我國對于大圓柱殼結構的應用大概在八十年代初期左右，在天津港集團企業的組織和帶領下，高校和科研結構針對插入式箱筒型基礎防波堤結構展開深入全面的探究，并對箱型基礎防波堤結構的原理、理論和模型等進行分析，結合分析結果完成工程建設。2003年天津港研究項目中應用的箱筒型結構是圓筒構件4個按照矩形對稱構成的，4個圓筒通過豎向連接墻和頂板進行連接進而成為一體，向施工現場運輸選擇浮運方式，然后再加壓使其進入土中。

和天津港所應用的箱筒型結構相比，本文所研究的新型桶式結構的差異性非常明顯。本文所研究的新型桶式結構防波堤采用單桶結構，利用隔板將內部分成9個隔艙，這種結構并不具有對稱性特征，對于沉放和托運等環節難度自然提升，因此需要在現有技術基礎上進行創新和完善，使施工技術、控制水平都能得到提升。

2.新型桶式結構防波堤的主要優點

本文所研究的新型桶式結構防波堤的主要優點體現在以下幾個方面：

第一，由于這種結構直接插進軟土即可，因此原本的軟土不需要清理，也不需要對原來軟土進行改良。

第二，這種結構開工之前不需要過多準備工作，所以無需耗費過多時間進行準備，可實現多點施工，一般來說每月平均可完成20幾件，進尺超過400米，在施工效率上更具有優勢。

第三，施工過程結合液體和氣體實際情況選擇對應工藝和技術，對環境和水源的污染破壞程度很小，因此施工方法具有環保、節能和綠色的優勢。

第四，針對同一項目來說，這種結構對應的投資成本和斜坡式砂石堤相比可減少至少十個百分點，因此具有投資更少的優勢，而且砂石資源緊缺程度不斷加劇。

第五，吹填段對于插入砂層的要求為最低1.5米，根據檢測數據研究以及模型分析結果可以證實，這種結構穩定性更好，而且整體上更加美觀。

3.新型桶式結構防波堤主要施工技術

3.1 浮游穩定性與安全性

本文所研究的新型桶式結構具有無底特點，因此在可行性分析中，氣浮狀態桶體浮游的安全性和穩定性保證成為重點分析內容，利用小傾角理論完成浮游穩定的計算，安全傾角不超過6°。在實際測試過程中物理模型實驗的比尺為1:15.6，通過風速、航速、水流和波浪等狀況下結構浮游穩定性的測試，測試結果證實浮游穩定性達到預期標準。

3.2 無底模板工藝

無底模板設計難度最大，需要對出運工藝和結構特征綜合考慮和分析。反復進行數模演算和論證，為了更好的處理桶體在出運和前移時力系更好的轉化，確定兩端直線段底部選擇固定底模，側墻和中間隔墻底部選擇活動底模板。底模板由固定和活動兩種底模組成，固定底模應用在延桶體長度方向的兩邊，活動底模應用在中間部分。固定底模和活動底模的鋼底模分別由鋼筋混凝土預制塊和千斤頂予以支撐。

3.3 桶體場內搬運工藝

對氣囊和電動小車搬運方式比較分析后發現：后者優勢更為顯著，具有成本小、效率高、可靠性強、靈活便捷和安全性高等優勢，所以搬運工藝選擇電動小車方式。電動小車搬運工藝考慮到搬運和桶體預制特征提出以下要求：

首先，電動小車搬運在防落和頂升上都可以自動完成且保證同步，托盤氣囊上駁工藝會影響電動小車高度，托盤氣囊可調范圍在950mm到1100mm之間。所以臺車高度范圍也在950mm到11mm之間，滿載情況下為3200噸。縱隔墻底部為兩臺車頂升著力點，隔墻之間距離為6.5m，且都選擇雙軌道方式，軌道之間距離為0.7m。

其次，桶體搬運移動要及時，提高場地周轉率，流水施工得到有效保證，使桶體預制進度進一步加快。

最后，中間底模在桶體下層混凝土強度達標后進行拆除，臺車進入桶體底部，開啟泵站同步頂升桶體5cm到10cm，桶體脫離后桶體通過臺車前移到相應位置，臺車使桶體移到第一個臺座位置，使用氣囊方式將桶體運送到船上。

3.4 氣浮負壓下沉工藝和自動化控制

3.4.1 桶體氣浮和負壓安裝的基本原理

本文所采用的新型桶式結構的桶體氣浮原理為:封底水位于桶底下，與下桶頂板間產生氣腔，氣腔產生相應氣壓，桶體氣浮作業的前提是土體重力等于氣浮力和封底水形成浮力的和，而且滿足浮游穩定指標，其中，氣浮力是由壓縮氣腔使其中的水排出而產生的。

本文所采用的新型桶式結構桶體負壓下沉安裝原理為:氣閥打開，在重力作用下桶體開始下沉，水閥打開后繼續下沉，當土體摩阻力等于桶體重力時將水閥和氣閥關掉，通過抽水產生空腔并產生負壓，負壓會使桶體再次下沉，完成抽水后利用真壓泵將其成為真空狀態，桶體繼續下沉直到滿足設計提出的相應要求。

中間底模在桶體下層的混凝土強度符合標準后進行拆除，臺車進入桶體底部，開啟泵站同步頂升桶體5cm到10cm，桶體脫離后桶體通過臺車前移到相應位置，臺車使桶體移到第一個臺座位置，使用氣囊方式將桶體運送到船上。

3.4.2 氣浮負壓下沉自動控制

以桶體負壓下沉和氣浮特征為前提完成自動控制系統的設計和研發，可以將各個倉格對應氣壓、垂直度和桶體位置等數據進行展示，水閥和氣閥的閉合和斷開通過控制系統來負責，使下沉平衡性得到保障。

3.4.3 自動控制關鍵點

首先，操作平臺安裝完成，安裝架等調整完成，桶體和GPS系統的影響也很重要。

其次，對海洋天氣預報和氣象信息實時收聽和追蹤，半潛駁下潛的同時在保證海洋實況較為優良時氣浮作業開始執行，當風力等級為六級甚至更高級時，或者波高可能會比1m高時，這種狀態下潛氣浮作業是不能進行的。

最后連接水管和高壓氣管工作結束之后，對連接情況進行檢測，主要對可靠性和牢固性進行檢測，注意要將進氣閥門關掉。

4.結語

與傳統的結構相比單桶多隔艙鋼筋混凝土桶體屬于新結構的一種，對于海洋環境造成的污染情況控制在最低水平，在砂石料緊缺、軟土地基符合相應水深條件時，可在地質環境中使用并對盡心推廣。在風力發電、海上油氣平臺和圍堤護岸等領域中該結構的應用都非常普遍。