江九九 江西省港口集團(tuán)有限公司

某庫區(qū)的水文環(huán)境十分特殊，因?yàn)榉篮楹退{(diào)節(jié)作業(yè)，致使庫區(qū)相關(guān)河段經(jīng)常出現(xiàn)超過3m的極高水位差，并且水位深，持續(xù)時(shí)間長。此外，庫區(qū)河段河谷坡度陡峭、巖石裸露，使碼頭工程設(shè)計(jì)與施工建設(shè)面臨考驗(yàn)，傳統(tǒng)常規(guī)內(nèi)河碼頭樁基結(jié)構(gòu)與施建方法已經(jīng)不再適用?；谔厥獾膱?chǎng)地條件需求，案例碼頭工程采取了沉箱基礎(chǔ)與鋼管桁構(gòu)組裝型樁基設(shè)計(jì)技術(shù)。介紹該組裝型內(nèi)河碼頭樁基的設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)，分析其工程施工特點(diǎn)和操作可操作性，對(duì)增強(qiáng)內(nèi)河碼頭建設(shè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)施建水平，具有實(shí)用和技術(shù)參考意義。

1.兩種樁基架構(gòu)類型述要

1.1 傳統(tǒng)立式排架碼頭樁基

傳統(tǒng)立式排架碼頭樁基通常選用基樁梁板組合結(jié)構(gòu)，通常設(shè)計(jì)五個(gè)排架，每個(gè)排架由4根嵌巖注灌樁為基礎(chǔ)，底部樁基進(jìn)至中等風(fēng)化巖面以下，其深度不少于樁徑的5倍標(biāo)準(zhǔn)。橫梁與樁基的連接，采取現(xiàn)場(chǎng)澆筑鋼筋混凝土柱，在立柱之間按一定距離配置橫縱聯(lián)系撐桿。施工平臺(tái)上部分由軌道梁、縱橫梁、面板、前梁和后梁組成。樁基施工是在水上架設(shè)固定鋼平臺(tái)來設(shè)埋鋼護(hù)筒，在護(hù)筒內(nèi)鉆孔后澆筑成樁。

典型的立式排架碼頭樁基的結(jié)構(gòu)類型如某港口碼頭。該工程為提高施工速率，樁基外面鋼護(hù)筒不予拆除，并且設(shè)置鋼靠船構(gòu)件在175.00m水位以下位置，用縱橫撐鋼管接連鋼護(hù)筒和鋼靠船結(jié)構(gòu)部件。碼頭上部分梁系都應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其橫梁斷面為倒T形，高3.2m，在橫梁上配置1根前邊梁、1根后邊梁、2根軌道梁及3根縱梁。梁縱橫交錯(cuò)構(gòu)成格狀結(jié)構(gòu)，然后在格狀結(jié)構(gòu)上現(xiàn)場(chǎng)澆筑厚0.45m的面層，其耐磨層厚5～8cm，是C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主要結(jié)構(gòu)部件規(guī)格具體見表1所示。

表1 主要結(jié)構(gòu)部件規(guī)格表

通過對(duì)普通立式排架碼頭樁基結(jié)構(gòu)及某港口碼頭各結(jié)構(gòu)部件斷面樣式的分析可知，直立式排架碼頭中結(jié)構(gòu)部件較多，規(guī)格比較大，且水上現(xiàn)澆混凝土施工量巨大，使整個(gè)碼頭自身重量比較大，對(duì)碼頭受力不利。所以，很很有必要選用新技術(shù)、新型式、新材料的設(shè)計(jì)理念，對(duì)立式排架碼頭的結(jié)構(gòu)開展改造和創(chuàng)新，使新型碼頭在特殊的某庫區(qū)環(huán)境下，更具經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性。

1.2 沉箱基礎(chǔ)與鋼管桁構(gòu)組裝型碼頭樁基結(jié)構(gòu)

沉箱基礎(chǔ)與鋼管桁構(gòu)組裝型碼頭樁基結(jié)構(gòu)，一般由兩個(gè)結(jié)構(gòu)部分組合構(gòu)成，下部基礎(chǔ)為重力沉箱，上部分是鋼管桁構(gòu)。鋼管桁構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)滿足對(duì)稱、規(guī)則、簡(jiǎn)單的配置原則，如此則鋼管桁構(gòu)才會(huì)形成均勻分布剛度，自振周期長，延塑性大的性能特點(diǎn)，當(dāng)遭遇地震時(shí)，不會(huì)因?yàn)閾p傷單個(gè)結(jié)構(gòu)部件而使整個(gè)結(jié)構(gòu)受到破壞。碼頭選用預(yù)制裝配的模塊結(jié)構(gòu)，碼頭整體高度可通過調(diào)節(jié)裝配數(shù)量和各模塊高度來控制，可用于各種地形。

碼頭結(jié)構(gòu)布局：前方施工平臺(tái)為30m寬，前軌距碼頭前緣3m，平臺(tái)后方通過引橋同堆場(chǎng)相連。各碼頭分段長40m。鋼桁構(gòu)體系分A～E5個(gè)模塊，每個(gè)模塊由斜桿、橫桿2、橫桿1、立桿2、立桿1和弦桿組成。每個(gè)桿件規(guī)格如表2所示。當(dāng)模塊在地表上預(yù)制完后，被運(yùn)送到碼頭，然后由起重機(jī)船依次吊裝、焊接和組裝。各分段桁構(gòu)系統(tǒng)以4個(gè)沉箱為基礎(chǔ)。沉箱內(nèi)設(shè)計(jì)植埋式柱腳，B模塊底部的豎桿與柱腳頂部加固，以確保鋼桁結(jié)構(gòu)與重力沉箱基礎(chǔ)有效接連。沉箱基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)關(guān)系到整個(gè)碼頭的正常使用和安全。所以，必須嚴(yán)格控制該工程的施工過程，以保證整個(gè)碼頭的工程安全和施工質(zhì)量。

表2 鋼管桁構(gòu)結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)部件規(guī)格表

由于案例水庫水位差通常在30m以上，所以在本研究的設(shè)計(jì)方案中，碼頭設(shè)計(jì)配置6層泊系平臺(tái)，分由鋼管桁構(gòu)模塊組成，計(jì)有6個(gè)該功能模塊。碼頭每分段的沉箱基礎(chǔ)上，分別依次是A模塊（4個(gè)）、B模塊（1個(gè)）及C模塊（1個(gè)），后方沉箱基礎(chǔ)上面是B模塊1個(gè)、A模塊2個(gè)及C模塊1個(gè)，由模塊E連接2個(gè)C模塊。頂部一共有7個(gè)D模塊，各個(gè)D模塊間焊接軌道梁和上弦桿。由于船只是直接泊在靠水側(cè)鋼管桁構(gòu)上，故不配置附加靠泊結(jié)構(gòu)部件。在具體工程中，可于圓形鋼管內(nèi)安裝Y形加強(qiáng)筋，增強(qiáng)軌道梁構(gòu)剛度。碼頭面層是0.45m厚的C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中耐磨層厚度是5～8cm。橫桿件和上弦桿上焊接型鋼牛腿，以加強(qiáng)碼頭面層與桿件間接連，增強(qiáng)上部整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

為降低工程投資和施工難度，沉箱的規(guī)格必須控制。所以，鋼桁構(gòu)中間四跨取7m，兩側(cè)邊跨跨度取5m，鋼桁構(gòu)總跨度為38m。由于上部分結(jié)構(gòu)只是B模塊下方的立桿1支承，故4個(gè)沉箱正上方的立桿1比中間的立桿2規(guī)格大。因?yàn)榇a頭平臺(tái)主要承受水平方向的船只系纜力和船舶沖擊力，所以，在鋼管桁構(gòu)的橫截面上配置斜桿，以降低船只沖擊力（船只系纜力）對(duì)碼頭整體結(jié)構(gòu)的影響，并提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.沉箱鋼構(gòu)碼頭樁基的施工可操作性分析

2.1 施工操作特點(diǎn)

預(yù)制沉箱基礎(chǔ)與鋼管桁構(gòu)組裝型的碼頭樁基，其上部選用焊拼接裝鋼管桁構(gòu)，下部分選用預(yù)制重力沉箱基礎(chǔ)，都是大規(guī)格的預(yù)制結(jié)構(gòu)部件，不但需要大規(guī)模場(chǎng)地實(shí)現(xiàn)這些部件的預(yù)制，還要求有可靠成熟的施工操作技術(shù)和大型浮式起重機(jī)來實(shí)現(xiàn)沉箱和各種鋼管桁構(gòu)的模塊建造，這對(duì)施工過程中人員、船機(jī)和協(xié)調(diào)組織等提出了較高的需求。

2.2 施工可操作性分析

與普通的立式排架碼頭樁基相比，雖然碼頭的建設(shè)內(nèi)容較少，但是精準(zhǔn)度更高。所以，應(yīng)采取措施，制定完善的施工組織方案，選取合理的施工方法，完成安全高效的工程施工。

預(yù)制沉箱是拼裝式碼頭樁基的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)工程整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和完整性影響均很大。所以，預(yù)制沉箱施工操作技術(shù)一定要可靠成熟，以保證碼頭施工質(zhì)量。因本方案沉箱數(shù)目較多，故準(zhǔn)備租用項(xiàng)目所在地附近船廠的船塢，來預(yù)制重力沉箱。預(yù)制后用氣囊運(yùn)出，當(dāng)沉箱下水后，由拖船結(jié)合漂浮氣囊拖至碼頭所預(yù)定位置。沉箱選用氣囊運(yùn)輸，既可減少沉箱預(yù)制場(chǎng)地對(duì)基礎(chǔ)載承力的需求，又能縮短工期，節(jié)約施工成本，并且符合環(huán)境保護(hù)施工原則?，F(xiàn)在，在重力沉箱碼頭的多個(gè)工程項(xiàng)目中，沉箱氣囊運(yùn)輸技術(shù)已成功應(yīng)用，均可達(dá)到沉箱基礎(chǔ)與鋼管桁構(gòu)組裝型的碼頭樁基的施工要求。

上部分鋼管桁構(gòu)體系由各種模塊焊接組裝而成（水下不便焊接可用螺栓給予接連）。為加快施工速率，并且確保施工安全和工程質(zhì)量，采取把鋼管桁構(gòu)模塊整體吊裝的施工方式，將高空操作量盡量轉(zhuǎn)移到地表。針對(duì)模塊規(guī)格和重量都比較大的問題，選用額定200t級(jí)起重能力的大型吊裝設(shè)備開展鋼構(gòu)的吊裝。在鋼管桁構(gòu)各模塊的組裝焊接中，模塊之間有很多接口，在操作中受天氣影響比較大，故對(duì)施工船舶機(jī)械和人員的技術(shù)需求很高。由于內(nèi)陸地區(qū)風(fēng)力比較小，在吊裝時(shí)可采取防風(fēng)纜等保障措施，盡最大可能降低天氣條件的影響。為減小對(duì)接口偏差，可采取多名技術(shù)人員同時(shí)焊接，以確保上部分鋼管桁構(gòu)系統(tǒng)的工程質(zhì)量。

3.結(jié)語

沉箱基礎(chǔ)與鋼管桁構(gòu)組裝型樁基，具有施工簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)剛度高、整體穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)形式憑借重力沉箱與鋼管桁構(gòu)的整體預(yù)制安裝功效，可降低碼頭施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土用量，進(jìn)而增強(qiáng)碼頭施工速率?，F(xiàn)有沉箱氣囊運(yùn)輸和鋼管桁構(gòu)整體吊裝接拼施工操作技術(shù)，可以滿足該結(jié)構(gòu)的施工要求，植埋式柱腳處理方法可以確保上下結(jié)構(gòu)接連點(diǎn)強(qiáng)度的需求。