重力式方块码头施工技术

房延懋2009.1.5重力式码头概述•重力式码头，顾名思义是靠自身重量来承受上部荷载及后方土压力等荷载，以保持码头结构稳定的建筑。•重力式码头适用于软弱土层较薄，持力层顶面较高的地质条件。•按结构形式分，重力式码头分为：方块重力式码头、空心方块重力式码头、扶壁重力式码头、沉箱重力式码头及其他圬工重力式码头等。目录•1基床施工•2.方块预制•3方块出运装船•4方块安装•5减压棱体与倒滤层施工•6上部结构施工1.基床施工•基床施工包括基槽挖泥、基床抛石、基床夯实、基床整平等；•基床夯实分锤夯和爆夯两种，根据基床面积、厚度及周边环境条件选用；•基床整平有人工整平和机械整平两种方式，视基床面积、工期及施工条件决定。1.1基槽挖泥1.1.1挖泥设备重力式码头基槽挖泥最常用的挖泥设备是抓扬式挖泥船(即抓斗船)，也有少数工程使用链斗式挖泥船开挖基槽。1.1.2挖泥方法基槽开挖深度较大时，要分层开挖，分层开挖的高度根据土质情况、设备大小与开挖方法确定。基槽较长时，要分段开挖，分段长度根据施工工期、挖泥设备及海况确定。以能形成施工流水作业、避免或减少回淤经及避免开挖与抛石相互干扰为原则。1.1.3挖泥测量定位远离海岸的挖泥可用RTK-GPS全球卫星定位系统定位；近岸挖泥可用常规测量加对标的方法定位。应优先使用RTK-GPS。1.1.4基槽挖泥注意事项1)基槽开挖尺寸不应小于设计规定；2)基槽开挖至设计标高后，要对土质进行核对，若地质情况与设计不符，应及时反映并研究解决；3)爆破炸礁开挖的岩石基槽最浅点的基床厚度不能小于0.5m；4)每段基槽开挖后应及时抛填基床，以免回淤。1.1.5水下基槽开挖质量控制标准水下基槽开挖质量控制标准按本工程执行的标准和设计要求确定。国内挖泥设备为4~8m3抓斗，土质为Ⅲ、Ⅳ类土，岩石地基基槽为爆破炸礁开挖，施工条件为无掩护海况施工时质量控制标准如下表。项目非岩石地基岩石地基平均超深(m)0．50．5每边平均超宽(m)2．01．08m3抓斗挖泥船挖泥1.2基床抛石1.2.1抛石船舶选择根据本工程海况，定位船可使用400t方驳，抛石船舶宜用小型(40m3)开体驳抛填，用方驳配反铲或横鸡趸补抛。1.2.2抛石方法对于较厚基床，宜用定位船定位，开体(底)驳靠定位船抛填，方驳反铲或横鸡趸补抛；对于太薄的基床，只能用方驳配反铲或横鸡趸抛填。1.2.3抛石测量定位由于基槽验收、基床抛填过程中要进行大量的水下断面测量，为提高工作效率，抛石测量及定位用均RTK-GPS。基床抛石用的定位船定位方法同海堤抛石定位船定位。1.2.4基床抛石注意事项1)基床抛石前要检查基槽尺寸有无变化，如有变化要处理后才可抛石；2)对有回淤的港区应有防淤措施。当基槽底有含水率大于150%、厚度大于0.3m的回淤沉积物时，需进行清淤；3)抛石基床的顶宽不能小于设计宽度，顶高不能超过既定的高程(如预留夯实量的高程)，也不宜低于既定高程0.5m；4)厚度大于2m锤夯的基床要分层抛填，分层抛填的基床上下层间不应有回淤物；5)需夯实的基床要预留夯实量，预留夯实量由试夯确定，一般在10%-20%之间；6)大规模抛石前要作典型试验施工，以确定水流、风浪、水位等对抛石位置的影响。1.2.5水下抛石质量控制标准基床抛石质量控制标准按本工程执行的标准和设计要求确定，国内标准如下表：序号项目允许偏差（mm）1顶面标高（相当于施工预留夯沉量的标高）+0-5002边线+400-0开体驳+定位船抛基床石横鸡囤+定位船抛基床石方驳反铲+定位船抛基床石1.3基床夯实1.3.1基床锤夯1)锤夯设备根据海况，可用400t方驳上面配履带吊夯实基床。按规范规定的锤底压强为40kpa-60kpa，计算锤底面直径和夯锤重量，夯锤落距可取2m-3m，每夯的冲击能不小于120kj/m2，夯锤竖向设泄水通道。2)基床锤夯方法基床夯实采用纵横方向相邻夯点均接压半夯的方式夯实。分初、复夯各一遍，每遍4夯次，共8夯次，以防基床局部隆起或漏夯。3)基床锤夯定位基床夯实采用GPS定位，分定船位或定锤位。定船位是用GPS定打夯方驳的位置，再量出夯锤(吊钩)与方驳的相对位置关系，从而定出夯点位置；定锤位是将GPS天线直接安装在吊机扒杆顶上，天线与吊钩(即夯锤)要在同一锤线上，即天线的平面坐标就是夯锤的平面坐标。天线的平面坐标通过传输线传到吊车驾驶室的电脑屏幕上，直接显示出夯锤的位置，吊车司机根据电脑屏幕上的显示，转动扒杆进行夯实。4)基床锤夯注意事项(1)夯前要对抛石面层粗平，使其局部高差不大于300mm；(2)大于2m厚的基床应分层分段夯实，分层厚度应大致相等，夯实后的厚度不宜大于2m(夯击能量较大时，分层厚度可适当加大)；分段夯实的搭接长度应不小于2m；(3)夯实范围按方块底面各边加宽1m，分层夯实时要根据分层处的应力扩散线各边加宽1m；(4)夯实应预留夯沉量，一般为该层抛石厚度的10%-20%；(5)夯实后补抛面积大于三分之一方块底面积，或连续面积大于30m3，且厚度普遍大于0.5m时，需进行补夯；(6)正式夯实前应按规范要求进行试夯，以确定夯击遍数及预留夯沉量。5)夯实质量控制标准国内夯实质量控制标准为：在已夯实的基床沉箱底面范围内任选不小于5m的一段复打一夯次，夯锤相接排列，不压半夯，其平均沉降量不大于30mm为合格。打夯船10t夯锤40t吊机打夯后面层标高基床面1.3.2基床爆夯1)爆夯密实块石基床的机理药包爆炸时将产生高温、高压、气体膨胀，在水中产生冲击波和气泡脉动，这些强烈压力作用在抛石体时，造成抛石体棱角变形断裂、破碎，随之石块之间发生位移，相对位置发生变化，孔隙体积减少，基床抛石体被压实。与此同时，药包爆炸的一部分能量转化为地震波，地震波使抛石基床出现颠簸和摇晃，抛石基床在这种垂直和水平方向震动的作用下，使原有的松散稳定结构遭到破坏，石块产生滑动、转动、错位，小石块充填到大石块的缝隙中，抛石体重新排列组合、密度增大，达到抛填体在更高载荷下的稳定平衡。同时，由于膨胀气体产生的高压作用将使抛填体受到“锤击”效应，从而使抛填体达到进一步密实。水下爆破夯实抛石体实际上是爆炸引起的冲击波、高压气体脉动、地震波及流体运动与抛石体相互作用的结果。2)爆夯施工操作步骤a)船上制作药包，放置起爆头，引出导爆索或塑料导爆管；备好配重体；按爆夯设计数量的药包放于船舷上备用；b)将药包与配重体相连，并接好漂浮物，放置好控制绳索；c)施工船抛八字锚在爆夯区定位，锚长大于100m；d)用GPS确定垂直于基床轴线的布药位置，按照指挥员的口令将爆夯单元同步放于水面；e)按照指挥员的口令，同步放药包至基床的表面，并保护好引出的导爆索；f)移船至下一个布药位置，按d）～e）步循环施工，直至完成整个布药范围；g)将布设完成的导爆索或导爆管引线做成起爆头并放于浮漂待用；h)施工船撤离爆区至安全位置，经安全检查确认安全后起爆夯实。3)爆夯施工要求及注意事项a)过厚的基床要分层爆夯，最大分层厚度不应超过9m；b)每层爆夯遍数要经计算确定，一般要爆夯3遍；c)每次爆夯单个药包重量及总重量，药包的排距和间距要经计算确定；d)每次爆夯前后均要对基床进行测量，爆后要计算夯沉量；e)水深超过20m，乳化炸药会因水压力过大产生“压死”现象而拒爆，故超过20m水深的爆夯要用通过改良的耐压型乳化炸药或胶质炸药，小于20米水深时采用国内常用的乳化炸药。f)先爆夯基床的震动会对后爆夯基床产生密实作用，因此后爆夯基床的夯实率会相对减小。g)大规模爆夯前要先作试验性施工，并及时总结，以指导后续施工。基床面导爆索药包八字锚爆夯作业船100m爆夯布药方向爆夯施工平面布置药包制作药包沉放起爆1.4基床整平•1.4.1整平设备整平船：用基床夯实用的方驳，并兼作潜水船；潜水设备及相应的测量仪器：GPS、全站仪及水准仪等。•1.4.2整平准备工作1)预制长30cm×宽30cm×厚20cm和长25cm×宽25cm×厚10cm两种规格的混凝土小方块，以备潜水员找点时使用；2)切割厚度5mm--20mm的厚度不同的小钢板，以备调整轨道高程时使用；3)测量标杆制作：特制的测量标杆制作要求：A)标杆要密封焊接，钢管内不得进水；B)在海水中标杆的总重量要与所受的浮力大致相等，以便潜水员操作使用；4)制作整平导轨和刮道；5)材料准备：备足充分的蛇皮袋、尼龙绳等水下整平的常规材料，用于给潜水员供应整平材料、下放钢轨、刮道等；天线锤球吊杆锤球调节拉杆基床测量标杆示意图浮筒20m2m6mΦ50mm无缝钢管3m板尺封底钢板14mΦ80mm无缝钢管1.4.3整平测量由于RTK-GPS测量，不能满足整平导轨±10mm高差的精度要求，故基床整平施工高程控制测量以全站仪或水准仪为主，辅以GPS测量，平面控制测量可用GPS。1)基床整平平面位置测量a)基床整平施工平面控制测量的主要内容基床整平范围：为方块底面四周各加宽1m；垫块位置；导轨安装位置；局部补抛位置；其他需要平面控制的位置。b)基床整平施工平面控制测量方法在特制的测量标杆顶部安装GPS接收天线，标杆在GPS显示的坐标引导下，找到所需要的平面控制点。具体施工方法为(以垫块安放为例)：整平船平行于基床轴线，移位到所测的控制点附近；竖立测量标杆，通过标杆顶端GPS天线和手簿，将标杆初步定位在已输入的坐标位置附近；潜水员顺标杆下水，到达基床顶面，潜水员和整平船上的操作人员共同扶正标杆，通过观察标杆上悬挂的测锤，使标杆尽量垂直；在GPS的引导下，缓慢移动定位标杆，直至GPS显示出所要测的控制点坐标置；潜水员在水下将垫块安放在标杆正下方，完成对该位置的定位测量。2基床整平高程控制测量高程的测量，是整个基床整平施工的重点。a)基床整平高程控制测量的主要内容垫块顶标高测量；导轨顶标高测量；补抛顶标高控制测量；基床顶标高控制与验收。b)基床整平高程控制控制测量方法基床整平高程控制控制测量方法有二：方法一：由GPS定点定位、全站仪标高测量，具体方法为：在距待测点较近、通视良好的位置设置测站，坐标、高程已知；标杆定位在待测点上并扶正（通过顶端悬挂测锤判定）；全站仪读出标杆顶塔尺读数，计算该处高程。方法二：由GPS定点定位、RTKN手簿直接读高程，具体方法为：标杆定位在待测点上并扶正；转换标杆顶端GPS测量的手簿工作状态，置于高程测量功能，读出标杆顶的GPS天线高程；根据标杆上的天线标高和标杆长度，计算出水底待测点标高。两种测量高程方法优缺点对比方法一方法二备注优点1.光学测量，测量精度可以分析，测量误差人为控制；2.卫星信号的影响小；3.测量数据可靠。1.全GPS卫星测量，不受距离、通视、能见度的限制；2.测量误差因素单一；3.测量速度快，操作简便。缺点1.测量操作复杂，需要较多的人和测量设备；2.受距离、通视、能见度影响大；3.影响测量误差的因素多，存在误差的叠加。1.单次测量的精度不高，高程误差在10—25mm范围；2.受卫星信号限制，个别时段无法测量或精度较差；3.测量成果不易检查。为更好地发挥两种测量方法的优点，减少其缺点对施工的影响，在实际施工过程中应针对不同的测量内容，采用不同的测量方法。如用方法一测量导轨顶标高，用方法二测量补抛高程。使高程测量既能满足施工精度要求，又能提高测量速度，满足进度要求。1.4.4基床整平施工1)整平船就位先将整平船顺堤轴线定位，可方便垫块、导轨的安装施工；在导轨安装好后，再将整平船垂直堤轴线定位，刮道挂在一侧的船舷上，则对整平施工更加有利。整平船的抛锚、定位方法与一般定位船相同，不再赘述。2)垫块安装导轨间距及单条整平宽度为6m左右。导轨下布设的垫块间距为5m—6m，两根导轨的接头处加设垫块，使导轨的接头处均有支垫；确定出要安放垫块的平面坐标；并用测量标杆和GPS在基床上找到该点；潜水员根据标杆所指示的垫块位置，在水下初步整平出一约50cm×50cm的范围，使垫块能够平整地安放在该位置；用标杆测量垫块顶面标高，通过垫填调整使垫块顶面达到要求高程；复测垫块标高，完成该垫块的安