外海码头建设技术应用实践

刘锐+杨宝山

摘要：东营港历经几年的建设，一期扩建工程已通过竣工验收，评定质量等级为优良。 建设过程中应用了预应力大直径混凝土管桩、承台一体化安装等多项新技术，达到了国内领先水平。

关键词：港口   技术   应用

东营港位于渤海湾湾底西南处，黄河入海口以北大约50km的渤海湾和莱州湾交界处。扩建工程包括7020m引桥和30000DWT多用途泊位二个。为避开泥沙回淤，完全利用自然水深，引桥自现有2100m引堤的顶端向海内延伸，宽20m，桥面系为50m跨预应力T型梁体系，基础为高桩承台桥墩。码头在距岸9120m处，前沿水深-13m，布置2个3600平方米临时堆场，两个泊位宽分别为76.3m、51.55m。为高桩梁板结构，基桩采用B1型Φ1200×145后张预应力混凝土大直径管桩，少量Φ1200钢管桩。

气象条件及地质状况

东营港地处北温带半湿润大陆性季风气侯区，冬季寒冷，夏季炎热，历年极端最高、低、平均气温分别为39.6℃、-18.0℃、11.7℃，年均降水量549mm。灾害性天气主要有寒潮、台风和气旋。年均相对湿度67%。潮汐为典型的正轨日潮类型，最大、平均潮差2.42m、0.76m，海浪主要为渤海海面的风成浪，实测最大波高5.8m，一般年份冰厚5～45cm，最大60cm，固定冰堆积高度最大为5m。该地区地震烈度为7度。

东营港港区地基土层为第四系黄河冲积层、滨海或海陆相沉积交互层，分布较稳定，上部土层松软，为中等高压缩土层，下部较好，可作桩基持力层。

大直径管桩在北方首次成功应用

1、基桩设计要求

引桥：按《港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程》（JTJ261-97），管桩为打入式挤土桩，桩土作用按M法考虑。总入土深度30.0m左右，桩尖进入细粉砂层，每个桥墩布置12根桩，均为斜桩，斜度4.5：1。单桩轴向承载力标准值大于11000KN。为防止管桩直接承受冰荷载，在高桩承台底部设置了预制钢筋混凝土结构的挡冰裙，其底表高为-0.5m使冰的撞击荷载直接作用于梭形承台。

码头：基桩分承受垂直荷载的直桩和承受水平荷载的叉桩，混凝土管桩斜度4.5：1，净入土深度在30m左右，桩尖进入粉细沙土层，单桩承载力设计值压桩7230KN，拉桩4540KN。为形成掩护水域和挡冰，码头后方承台采用预制钢筋混凝土挡浪板遮帘，挡浪板锚固于承台上，下端高程-8.5m，遮帘底端距海底4.5m。

其他要求：管桩混凝土C60，抗冻等级F300，抗氯离子渗透性小于1000C。桩头设置1.0m长钢纤维混凝土管节，不另设钢板套箍。沉桩期间对桩进行高应变承载力动测和低应变桩身质量检测，高应变检测数量不低于总桩数量的5%，低应变检测数量不低于总桩数量的10%，对打桩纪录有异常的桩做低应变检测。

2、桩身混凝土的抗冻试验

试验方法：快冻法特别适用于抗冻要求高的混凝土。大管桩桩身混凝土是低水胶比高强度混凝土，其实际水胶比小于0.30，预期抗冻性较高，因此本次试验采用快冻法。

试验结果：用新拌管节混凝土采用振动台振动成型制作的混凝土冻融试验试件，历经近350个冻融循环，其动弹性模量仍达未经冻融的92.3%，失重率仅为1.15% ，表明大管桩桩身混凝土完全达到F300的要求。由此可见大管桩的离心、振动和辊压3种复合工艺成型是大管桩抗冻性能的保证手段。

3、沉桩控制标准

通过试桩并考虑桩的安全，结合试桩报告，制定了停锤标准。采用锤击沉桩，用125柴油锤、二档（能量300kj）击打。停锤按设计高程和最后一阵10击平均贯入度控制，以高程控制为主，且控制总锤击数在2000击之内。

组合桩的大管桩桩端土层为密实粉细砂，打入深度不小于1.5倍桩径即1.8m，达到设计高程时最终贯入度应<5mm。在设计高程以上2.0m以内时最终贯入度<3mm，桩端高于设计高程以上2.0m时如果贯入度<2mm，可改用三档施打，尽量将桩端控制在距设计高程2.0m以内;当不满足上述停锤条件，尤其是桩尖达到设计高程而贯入度仍偏大时，会同设计人员研究解决。

实际沉桩过程中组合桩的大管桩桩端进入密实砂层的操控，按以下原则执行：结合地质报告，二档锤击能量、贯入度<7mm，可认为进入密实砂层。尽量采用仰打。

外海桥梁承台一体化施工

1、设计要求

引桥为一外海特大桥梁。桥面按双向四车道及预留区设计，桥宽20.0m;为50m跨预应力简支T梁体系。桥墩为现浇钢筋砼高桩承台结构，为避免基桩直接承受冰荷载，承台下设钢筋砼挡冰桩裙。

钢套箱的设计：由于施工区域海况复杂，海上施工难度大，可作业天数少，故采用了一体化钢套箱工艺进行施工，目的是将大部分水上施工变为陆上施工，尽可能避免风浪造成的破坏，从而保证施工安全，提高施工效率。钢套箱在设计时不仅考虑浇筑时砼侧压力、风浪及施工荷载对挡冰裙与模板的影响，并且考虑了模板拆卸方便，以加快施工进度。采用刚性好的钢套箱结构。钢套箱的设计整体高度4m，由面板（δ=8mm钢板）、 横肋（28槽钢）、竖肋（12工字钢）组成，全周圈分6片加工。底模由底模钢板（δ=5mm钢板）、主梁（ 18工字钢）、次梁主梁（10工字钢）、吊杆（d=45mm）组成。模板所选材料满足使用要求。

一体化施工方案：即先在陆上将钢模板安装到已预制好的桩裙上并固定（桩裙与模板间利用桩裙上预埋的圆台螺母进行连接），同时在桩裙上铺设部分底模（桩位处的底模预留出孔洞），并绑扎部分承台钢筋，然后安装吊架（吊架通过桩裙上的预埋吊杆和花兰螺栓进行连接）形成一个组合套箱，然后用起重船进行整体吊装。吊架安放在预先经过处理的桩顶上，并予以固定，吊装到位后对组合套箱固定并补铺余下底模，再绑扎剩余钢筋，浇承台砼，承台砼分二层浇注。endprint

为了验证组合钢套箱在起重船吊装和安装就位后在各种水位、波高组合下的稳定性，特采用大型通用有限元商业程序ANSYS对钢套箱进行结构稳定性分析。结果表明：在起重船吊装组合钢套箱时，竖向最大变形值仅为1.429mm;钢套箱安装就位后，在各种水位和施工波浪（定为2m波高）作用下，底模竖向变形值均不超过限值L/400=6mm，同时底模的应力值均在100Mpa以内，不超过限值235Mpa。

2、实施效果

组合钢套箱一体化的应用，将海上的大部分工作变为陆上施工，有效地提高了承台施工效率，为承台及下部构造按计划施工提供了技术支持，圆满完成了承台施工进度计划，为整个工程的顺利完工打下了良好的基础。组合钢套箱一体化的应用有效减少了海上作业工序及海上无掩护作业时间，并为施工安全提供了保障。根据统计资料比较在外海正常施工条件下，组合钢套箱一体化施工与分层常规施工相比，作业效率大为提高，数次创出了一天24小时内，利用两个低潮位，一艘起重船安装三个组合套箱并浇注完成底层承台砼的最高纪录。在应用过程中，组合钢套箱整体稳定性好，使用安全、可靠，且安装、拆卸方便。在经受几次大风浪袭击及小型船舶碰撞后模板未发生明显变形，保证了砼的顺利浇筑。同时水上施工安全、质量的保证程度均有很大提高，由于模板周转次数的增加，使成本也得到有效控制。

外海无掩护码头中挡浪板制安

东营港扩建码头工程为形成掩护水域和挡浪，后方承台采用预制钢筋混凝土挡浪板遮帘。需安装挡浪板的单块高10.6m，重124t。

1、挡浪板的预制

挡浪板在后方临时预制场预制成型，为确保挡浪板安装位置准确，在每块挡浪板顶面预埋4块限位钢板;为便于安装后焊接，在每挡浪板顶面预埋8块锚固钢板。挡浪板顶部预埋4个吊点，吊点设置成吊耳板的形式;下部翼板预埋2个吊鼻吊筋。为安装和加固挡浪板，在承台第一层混凝土内预埋8块锚固钢板，其中承台凹口内预埋4块，承台前沿面预埋4块;承台第二层混凝土内预埋2根40c槽钢扁担。挡浪板装运采用350t起重船装在2000t自航驳上，运至施工区域，进行安装。

2、挡浪板的安装

承台一、二层混凝土（+2.10m～+4.00m）达到80%强度后安装挡浪板。挡浪板安装受波浪水流的影响较大，安装应控制连续3个好天气，且风力5级以下平潮时进行。安装前复核挡浪板和承台预埋件的相对位置。安装挡浪板时，起重船就位时吊机正对挡浪板安装位置。使挡浪板平稳进入预留凹口内，准确就位，通过调整起重船扒杆来微调挡浪板位置，测量人员及时测量挡浪板顶面的平整度、标高，竖向垂直度。

挡浪板凹口两侧预留钢筋，在挡浪板定位后两侧钢筋采用搭接焊。挡浪板安装后，为保证挡浪板及承台结构的安全，拌和船就位及时浇筑承台凹口及前沿80cm处的混凝土，并在混凝土内添加膨胀剂UEA，掺量43kg/m3。

3、结论

挡浪板在本工程中的应用，是国内目前在施工环境恶劣，且构件高度、体积、重量最大的挡浪板安装成功实践。为今后在外海无掩护区域建设码头提供了行之有效的设计方案。

参考文献：

[1]港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程

[2]东营港扩建工程初步设计（海军北海工程设计院）

[3]东营港扩建工程试桩检测报告（天津港湾工程质量检测中心）

[4]《东营港自然资料汇编》，  1994年4月

[5]《港口工程钢结构设计规范》， JTJ 283-99

[6] 《简明施工设计手册》，第二版，江正荣等编

（作者单位：东营港经济开发区管委会）endprint