天津港30萬噸級原油碼頭工程外海大型墩臺施工工藝

劉勝，陳云

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

1 工程概況

隨著我國經(jīng)濟的快速增長，對原油的需求不斷增加，中國已成為僅次于美國的世界第二大石油進口國和消費國。為滿足國家原油儲備及使用需要，大型高樁墩臺結(jié)構(gòu)的原油碼頭建設(shè)的質(zhì)量和速度尤為重要，碼頭的基樁多選用直徑及長度較大的鋼管樁，墩臺尺度大，地處外海無掩護區(qū)域，受風浪、潮汐、海流影響較大，如何在保證質(zhì)量和進度的情況下進行墩臺的施工便成為需要研究的課題。

天津港30萬噸級原油碼頭工程是天津市重點工程暨天津港標志性工程，是天津市政府加快推進濱海新區(qū)開發(fā)開放、建設(shè)北方國際航運中心的重大決策，對于加快天津港的建設(shè)，促進天津市乃至環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟與社會繁榮發(fā)展具有重大意義。

1.1 碼頭工程結(jié)構(gòu)

天津港30萬噸級原油碼頭工程位于航道里程14 km+220 m處，碼頭為高樁墩臺結(jié)構(gòu)，總長468 m，共有9個墩臺，呈蝶形布置，施工工期為2006年8月8日至2008年5月12日，碼頭工程效果圖見圖1。

圖1 碼頭工程效果圖

墩臺（平臺）均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，各墩間采用人行鋼橋連接。碼頭前沿水深設(shè)計標高-22.50 m，預(yù)留-25.0 m。棧橋全長98 m，寬12 m，由橋墩和上部結(jié)構(gòu)組成。各墩臺外形尺寸見表1。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制安裝混凝土T型梁。

表1 墩臺外形尺寸

輔建區(qū)平臺總長130 m，寬33 m，同為高樁墩臺結(jié)構(gòu)。輔建平臺由3個墩臺組成，最大墩臺長55 m，寬33 m。下部基樁均為650 mm×650 mm預(yù)應(yīng)力混凝土方樁，其上為3 800 m2辦公用房。

1.2 工程特點

1）外海條件惡劣，風浪大，潮位高，有效作業(yè)時間短。為滿足業(yè)主設(shè)備安裝的需求，大型墩臺施工時間僅為4個月，工期緊，工程量大；

2）外海施工需投入足夠的大型施工機械及船舶，如起重船、方駁吊機組、混凝土拌和船、交通船、發(fā)電機等設(shè)備，成本和安全風險比陸上施工大；

3）墩臺樁型多，斜度及間距較大，且墩臺懸臂較大，給施工操作帶來一定難度；

4）墩臺體積大，且底標高較低，單個墩臺施工時間長。

2 碼頭工程墩臺施工工藝

碼頭區(qū)工作平臺、靠船墩、系纜墩樁基均為鋼管樁，除靠船墩為直徑1 400 mm鋼管樁外，其余墩臺為直徑1 200 mm鋼管樁，鋼管樁伸入墩臺一倍樁徑，墩臺主筋通過圓弧型鋼板與鋼管樁進行連接。因墩臺均處于外海無掩護區(qū)域，惡劣環(huán)境對施工影響很大，為確保工期要求，墩臺的施工工藝及工序極為關(guān)鍵，需進行嚴格設(shè)計以確保在第一步混凝土澆注前施工人員安全和底模板支立質(zhì)量。

2.1 墩臺吊底

墩臺吊底采取常規(guī)樁頂焊接扁擔，懸掛主梁工藝。因墩臺底已進行挖泥，其底標高為-19.5 m，單樁自由長度為24 m左右，樁頂?shù)幕蝿恿繛?0～50 cm。在焊接扁擔反挑主梁前，先利用掛鉤螺栓在垂直于主梁方向懸掛托梁。該螺栓開口在35 cm左右，利于在風浪大的情況下將托梁懸掛于樁頂，懸掛托梁如圖2所示。

圖2 懸掛托

懸掛托梁后，直接擺放墩臺吊底主梁，然后在主梁上臨時搭設(shè)木板作為焊接樁頂扁擔及懸掛吊底螺栓操作平臺。大型墩臺可在主梁兩端進行預(yù)先懸掛托梁。如托梁能承受吊底主梁、次梁、木方及木板重量，可用于拆底，這樣可以減少墩臺拆底預(yù)留孔數(shù)量，方便吊底主、次梁抽出，并大大縮短施工時間。

大型墩臺吊底鋼梁的接頭均設(shè)計在樁位處，接頭處采用雙扁擔進行反挑主梁。在樁間距差異較大時，如圖3所示，為節(jié)約成本，可以將1號、2號樁位間鋼梁進行局部加強，加強的方式為：1）局部加高鋼梁；2）焊接簡易的三角形加頂撐；3） 在1號、2號樁頂架設(shè)雙拼鋼梁，對主梁下部利用螺栓及扁擔進行反吊。

2.2 次梁及底板鋪設(shè)

次梁均為 [16，根據(jù)跨距的大小調(diào)整次梁間距以節(jié)省鋼材，在其頂面利用鉛絲綁扎5 cm×7 cm木方，3 cm厚木板作為底板，木板3面進行刨光，現(xiàn)場拼縫。

施工工序為：

因樁頂晃動量為30～50 cm，首先利用方駁吊機組將次梁倒運至主梁上，利用鋼筋在樁頂連接減小單樁晃動，然后進行次梁的鋪設(shè)，將部分次梁與主梁之間進行點焊連接，然后鋪設(shè)木板。根據(jù)引橋補償器施工經(jīng)驗，典型施工期木板鋪設(shè)凈距為30 cm，然后鋪設(shè)竹膠板，因風浪較大，且單個墩臺需要經(jīng)受10多個潮水的影響，依靠釘子連接木板與次梁無法抵抗風浪的影響，需要大量人工進行多次修復(fù)，整個墩臺鋼梁、鋼筋及模板受到被風浪卷入海中的威脅。經(jīng)過工藝的優(yōu)化，對于外海施工墩臺，底板改為全木板進行拼縫，利用鉛絲將木板兩端編織于次梁上，釘子予以輔助拼縫，需編織木板的次梁與主梁之間預(yù)先進行焊接。為防止底模系統(tǒng)整體上浮及減小風浪影響，一是底板每2 m預(yù)留25 cm寬通長卸浪縫，在混凝土澆注前移動預(yù)留木板進行堵縫。二是在底層鋼筋與樁之間通過月牙板焊接后，利用帶鋼筋墊塊焊接在主筋上下壓底板。三是利用型鋼進行未綁扎鋼筋區(qū)域壓底。經(jīng)過底板的卸浪及加固，保證了施工用料的安全及施工質(zhì)量，減少了勞動力，避免了返工現(xiàn)象從而加快了施工進程。

2.3 鋼筋加工及綁扎

大型墩臺鋼筋為螺紋25 mm、28 mm兩種[1]，針對鋼筋的連接方式，經(jīng)成本核算比較，如表2、表3所示。

表2 手工焊接成本

表3 直螺紋連接成本

所有墩臺均采用直螺紋連接，鋼筋基本無損耗，減少了現(xiàn)場大型發(fā)電機、電焊機數(shù)量及電焊工的投入。鋼筋直螺紋連接的工效是焊接的8倍左右，不但為項目部節(jié)約成本，加快現(xiàn)場鋼筋安裝速度，還有效降低了施工成本和安全風險。

2.4 模板的設(shè)計及安裝

根據(jù)墩臺的外形尺寸，所有墩臺分為兩步或者三步進行混凝土澆筑。外海施工需要大型的施工設(shè)備，主要包括3 000 t方駁配合100 t吊車、混凝土攪拌船、砂石料及水泥供應(yīng)船、鋼筋及模板運輸船、大型發(fā)電機、電焊機、交通船等船機設(shè)備，第一步混凝土澆筑高度均為1.05 m，雖然加大了吊底鋼梁的投入，但大型船機有效利用率得到大幅度提高，經(jīng)核算降低了施工投入，提高了施工進度。模板高度為1.05 m及2.4 m，1.05 m高模板采取普通的橫豎圍囹方式，2.4 m高模板采用桁架模板，其重量為125 kg/m2，整體性好，強度高，僅需要上下兩道拉桿螺栓即可進行混凝土澆筑，模板自身可以平穩(wěn)立于底模板上，便于支立及拆除，模板施工如圖3所示[2]。

圖3 模板施工圖

2.5 墩臺拆底

墩臺拆底首先利用托梁兩端預(yù)留孔安裝手拉葫蘆，從墩臺上部拆除吊底螺栓螺母，下放吊底螺栓，吊底螺栓懸掛在主梁上，然后下放吊底主梁80 cm左右，人工進行木板、吊底螺栓、次梁的拆除，并利用方駁吊機組予以輔助及起吊。該施工方法避免在墩臺底板下放前施工人員在底板下工作的危險，保障了施工人員的安全。

在施工過程中，考慮到預(yù)埋件施工圖紙及廠家提供的預(yù)埋件均有不能按時提供的可能性，且其吊底鋼梁還得用于其他墩臺的施工中。所以部分墩臺拆底須要在兩種情況下都能順利進行拆除，一是：如按時提供施工圖紙及預(yù)埋件，墩臺可以在拆除側(cè)模板后，進行墩臺底模板的拆除；二是：如不能按時提供施工圖紙及預(yù)埋件，必須先對底模板拆除。如側(cè)模板未拆除前須要對底模板拆除，拆除過程中，不得磕碰側(cè)模板，也不得從側(cè)模板上懸掛主梁。所采取的措施為：在靠近模板處對應(yīng)主梁位置設(shè)置預(yù)留孔以利于墩臺底模板的下放及拆除。

對于拆底過程中，如遇預(yù)留孔堵塞或偏位較大，可以利用相鄰兩根主梁反吊一根雙拼型鋼，托住主梁后拆除墩臺底模板。

2.6 特殊墩臺的施工工藝

靠船墩墩臺底標高為+3.0 m，但護舷安裝處牛腿標高為+1.5 m，牛腿前沿離樁中心間距為3.0 m，牛腿長15 m，高1.5 m，頂寬2 m，底寬1.2 m，根據(jù)天津港的潮位，每天施工時間不足2 h，且地處外海無掩護區(qū)域，風浪影響較大。如采用現(xiàn)澆方式，墩臺第一步需要澆筑到+4.05 m才能錨固牛腿，對模板及支撐系統(tǒng)的設(shè)計難度極大，且需要投入大量的型鋼及模板。因此，經(jīng)與設(shè)計反復(fù)溝通協(xié)調(diào)，在不改變配筋的前提下，將牛腿部分由現(xiàn)澆改為預(yù)制，并在預(yù)制構(gòu)件上埋設(shè)門字架[3]。在樁頂上焊接大型工字鋼，然后利用起重船懸掛牛腿并進行加固，因樁頂伸入墩臺1.4 m，第一步澆注高度為1.05 m，其大型工字鋼均可回收再次利用，并取得了良好的效果。

3 結(jié)語

1）外海墩臺施工使用托梁進行吊底的施工工藝，加快了吊底及拆底的施工速度，吊底及拆底工作各需兩天即可完成，同時也節(jié)約了施工成本。

2） 節(jié)約了施工用料，且吊底螺栓可重復(fù)利用；墩臺桁架模板的重量輕，強度、剛度、穩(wěn)定性滿足施工要求；墩臺底板、木方均可重復(fù)利用，將損耗降到了最低水平。

3）鋼筋直螺紋連接，經(jīng)過鋼筋下料的對比優(yōu)化，損耗低；現(xiàn)場發(fā)電設(shè)備、電焊機及施工人員相對減少，鋼筋綁扎速度提高3倍以上。

4）施工工藝的優(yōu)化提高了施工質(zhì)量，保證了工程進度，避免了海損安全事故的發(fā)生，為后續(xù)工程施工贏得了時間，并提供了寶貴的施工經(jīng)驗。

[1]JTJ221—98，港口工程質(zhì)量檢驗評定標準[S].

[2]JTJ291—98，高樁碼頭設(shè)計及施工規(guī)范[S].

[3] 劉雅清，李永全，王長興.大型高樁墩臺施工新工藝[J].中國港灣建設(shè)，1998（4）：1-6.