（水利工程专业论文）天津港南疆北围埝箱筒型基础防波堤施工技术研究.pdf

摘要 随着防波堤工程建设向深水段的延伸，针对海底表层及浅层土体的物理 力学指标较差的软土地基基础，以往国内外建设的箱筒型防波堤，结构本身 不是一次浇筑而成，密封性不易达到，安装时需要大型的施工设备，施工效 率较低，圆筒利用自重与外加荷载下沉至设计高程，出现圆筒偏位较大，且 很难纠偏。本文介绍一种插入式箱筒型基础防波堤结构的施工工艺，在预制 厂进行单个圆筒预制，混凝士一次浇注到位，不设施工缝，然后再进行拼接 组装。将基础结构充气浮起，用拖轮拖至施工现场，利用自身结构通过启闭 设置在基础结构顶板不同部位的排水泵调整其下沉速率，可以有效地调平和 纠偏，达到有控制( 标高、倾斜、偏位) 下沉，操作简便易行。再用起重船 起吊箱筒型构件上部高圆筒，和基础结构相连接。箱筒型基础防波堤结构充 分利用软土的粘聚力和摩擦阻力来保证结构的抗滑和抗倾稳定性，利用插入 埋深来提高基底的承载力和整体稳定性。在观测期得到的大量数据显示，通 过这种技术施工，结构是稳定的。 在我国沿海，有大量的软土海底地基，如天津港附近海域，长江口海域， 珠江口海域等，这些河口海域均是我国大型枢纽港所在地，随着国民经济的 进一步发展，在这些港区还会有大量的深水防波堤将要建造，采用插入式箱 筒型基础结构建造深水防波堤经济效益明显，施工工艺简便，具有强大的市 场竞争力，具有广泛的推广应用前景。 关键词：箱筒型防波堤围埝施工工艺安全观测天津港 a b s t i 认c t w i t ht h ee x t e n s i o no fb r e a k w a t e rc o n s t r u c t i o ni n t od e e pw a t e ra r e a ， c a i s s o n c y l i n d r i c a lf o u n d a t i o ns t r u c t u r ei sb u i l tw o r l d w i d es p e c i f i ct ot h es o f ts o i l b a s e w i t hp o o rp h y s i c sd y n a m i ci n d e xo fs e a b e ds u r f a c ea n ds h a l l o wl a y e r s h o w e v e r ，i ti so fb a dw a t e rt i g h tc o n d i t i o n ，b e c a u s et h es t r u c t u r ei sn o tp o u r e d i n t os h a p ea to n et i m e a n dt h ee f f i c i e n c yo fc o n s t r u c t i o ni sl o wa sl a r g es c a l e e q u i p m e n ti sn e e d e d w h a t sm o r e ， s i n c et h ec y l i n d e ri sd r i v e ni n t od e s i g n e d e l e v a t i o nb yi t so w l lw e i g h ta n di m p o s e dl o a d s ，t h ep o s i t i o n a ld e v i a t i o ni sw i d e a n dd i f f i c u l tt ob e c o r r e c t e d t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y o fi n s e r t e d c a i s s o n c y l i n d r i c a l f o u n d a t i o nb r e a k w a t e ri si n t r o d u c e di nt h ee s s a y s i n g l e c y l i n d e r sa r ep r e f a b r i c a t e di nt h ef a c t o r y ， i nw h i c ht h ec e m e n ti sp o u r e da to n e t i m ew i t h o u tc o n s t r u c t i o ns e a m ，a n dt h e nt h es i n g l ec y l i n d e r sa r ej o i n e dt o g e t h e r t h eb a s es t r u c t u r ew i l lb ep u m p e dw i t ha i ra n di tw i l lf l o a to f f , a f t e rt h a t ，i ti s t u g g e dt o t h ec o n s t r u c t i o ns i t e t h r o u g ht h eo p e r a t i o no ft h e w a t e rp u m p i n t e g r a t e di n t ot h et o pp l a t eo ft h eb a s es t r u c t u r e ，t h es i n k i n gs p e e di s u n d e r c o n t r o la n dt h el e v e l i n ga n de r r o ra d j u s t i n gc a nb ee a s i l ya c h i e v e d t h es i n k i n g l e v e l ，i n c l i n a t i o n ，a n dp o s i t i o n a ld e v i a t i o nc a l lb ee a s i l yc o n t r o l l e d t h e na f l o a t i n gc r a n ew i l lb eu s e dt oi n s e r tt h eh i g hc y l i n d e rp a r ti n t ot h et o po f t h eb a s e s t r u c t u r e c a i s s o n c y l i n d r i c a lf o u n d a t i o nb r e a k w a t e rf u l l yu t i l i z e st h ec o h e s i v e s t r e n g t ha n df r i c t i o n a lr e s i s t a n c eo fs o f ts o i lt oe n s u r et h es t a b i l i t ya g a i n s ts l i d i n g a n do v e r t u r n i n go ft h es t r u c t u r e ， a n du t i l i z e st h ei n s e r t i n gd e p t ht oi m p r o v et h e b e a r i n go ft h eb a s ea n do v e r a l ls t a b i l i t y t h r o u g hl a r g ea m o u n to fd a t ao b t a i n e d d u r i n gi n s p e c t i o np e r i o d ，t h es t r u c t u r ea p p e a r s t ob es t a b l ew i t ht h i sc o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e a l o n go u rs e ac o a s t ，t h e r ee x i s t sl a r g ea r e ao fs o f ts o i ls e a b e d ， e g n e a r t i a n j i np o r ta r e a ， y a n g z ir i v e re s t u a r ya r e a ， z h u j i a n gr i v e re s t u a r ya r e a ， w h i c ha r el o c a t e di nt h es i t eo fl a r g et r a n s p o r t a t i o nh u bo fo u rc o u n t r y w i t h f u r t h e rd e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y ，l a r g ea m o u n to fd e e p w a t e rb r e a k w a t e r w i l lb eb u i l ti nt h e s ea r e a s u s i n gt h ei n s e r t e dc a i s s o n - c y l i n d r i c a lf o u n d a t i o n b r e a k w a t e r ，t h ee c o n o m i cb e n e f i t sa r ea p p a r e n ta n dt h ei n s t a l l a t i o np r o c e d u r ei s s i m p l e a c c o r d i n gt oa l lt h e s ea d v a n t a g e s ，t h i sc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yi sr a t h e r c o m p e t i t i v ea n di t sa p p l i c a t i o n k e yw o r d s ：c a i s s o n - c y l i n d r i c a lb r e a k w a t e r ，r e c l a m a t i o nd a m ，c o n s t r u c t i o n p r o c e s s ， s a f e t ym o n i t o r i n g ，t i a n j i np o r t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼太堂 或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：知1 彬签字r 期：汐露年宁月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼太堂 有关保留、使用学位论文的规定。特 授权丞洼态堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作：m 彬新豁参( 钰 签字r 期：为明年( 月f 开签字r 期：捌年l 【月i r 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 全球经济一体化促使世界经济贸易额迅速增长，各个国家大力发展水上 交通运输，船舶大型化是必然的发展趋势，港口设施也伴随着向深水化方向 发展，必然在水深、浪大、地质条件复杂的海域建设深水型防波堤。防波堤 是港口工程的重要组成部分，是保护港内设施的水工建筑物，可以防御外海 波浪对所掩护海域的侵袭，为船舶停泊、作业提供平稳、安全水域。对于深 水防波堤，由于外海域环境复杂、造价高、施工难度大，为此寻求合理、可 靠的结构型式和切实可行的施工方法以保证其使用功能和降低造价为世界各 国港口工程界所重视i 。 天津港作为中国排名第三、世界排名第五的大港口，天津港在未来发展 规划中还要建造大量的永久性或临时性的防波堤及围埝工程，天津港的海底 表层及浅层土为淤泥和淤泥质粘土，土体的物理力学指标较差，对于工程结 构的建造极为不利，当防波堤和围埝向深水区发展时，现采用的传统抛石堤 或抛石基床和半圆体混合堤对水深和软土地基的适应能力有限，随着防波堤 向深水段的延伸，原结构形式防波堤的稳定性、可行性、经济性都越来越不 满足发展的要求，有必要针对天津港的海床地质和建材供应情况研发新型防 波堤结构。针对天津港海域的软土地基，天津港的建设单位和有关设计院、 高等院校及施工单位提出了一种新的防波堤结构形式即插入式箱筒型基础防 波堤结构。 这种箱筒型基础防波堤结构是建立在全新的结构稳定性概念和机理之 上。以往的防波堤结构主要从降低作用于结构上的波浪力方面考虑，结构的 稳定性依靠结构自重来满足，而插入式箱筒型基础防波堤结构，一方面其上 部的挡浪结构可以选择具有最小波浪力作用的结构，另一方面其基础结构可 以充分利用周边软土的粘聚力和摩擦阻力来保证自身结构的抗滑和抗倾的稳 定性，利用插入埋深来提高基底的承载力和整体稳定性。结构底部软粘土的 第一章绪论 吸附力可以降低波浪作用下结构底部的地基应力，增强结构的稳定性瞄引。 插入式箱筒型基础防波堤结构特点在于稳定性易于满足、重量轻、可整 体预制、不需做地基处理、在水上可以气浮运输和现场安装方便等。而其箱 筒型基础结构自身具有的充气漂浮特性、抽负压下沉功能和下沉纠偏功能， 使得其施工简单、辅助船机设备少、能耗小、施工费用低。因此，插入式箱 筒型基础防波堤施工有别于传统的斜坡堤和混合堤等结构型式，故对其施工 技术进行专门研究有相当重要的工程实际意义。 1 2 国内外研究现状 国外于六十年代初如英格兰b r i g h t o n 港防波堤和丹麦的h a n s t h o l m 港的防 波堤工程，在开敞海域中，兴建了圆筒直立墙式防波堤，采用陆上推进法 施工1 4 】克服了水上作业的困难，也获得了较好的效果瞄1 。此种直立式防波堤， 分为堤身及胸墙两部份，堤身为外径1 3 米，壁厚0 2 5 米的预制钢筋混凝土无 底圆筒，重达6 0 0 吨。筒内以水下混凝土封底，再根据要求回填砂。当为裸 露基床时，为适应基床的凹凸不平或倾斜状，筒底端有围裙状钢模板。吊 装时，在放下后再作水下混凝土封底，其不平整量，允许在l 米以内。除 钢筋混凝土圆筒在预制场采用滑模制造外，主要的施工设备有轨道起重机、 轨道载运车、混凝土搅拌机。陆上推进法施工流程主要分三步：第一步起重 机架就位，圆筒由载运车从预制场运来待安放，第二步门式起重机吊装圆筒， 此时( 或在此之前作检查、清理) 潜水工视基床的平整情况，插好围裙模板 或将圆筒刃脚与基床之空隙堵填后，灌注水下混凝土封底。第三步待封底混 凝土待强度达7 0 公斤平方厘米时，方可松脱吊钩，并回填砂第步待封底混 凝土强度达1 2 0 公斤平方厘米时，起重机架前进一跨就位当强度达2 0 0 公斤 平方厘米时，方可吊装下一圆筒，如同第一步，如此循序推进。这种施工 方法在现场需要安装大型的施工设备，施工效率较低，而其当吊装大结构尺 寸的圆筒时受起重机能力、净空限制。堤身封底混凝土不是一次浇筑而成，是 当圆筒被门式起重机悬吊的状态下完成的，当混凝土具有一定强度时，起重 机方可松吊，密封性不易达到，且浪费工时。 日本的柴山港双层圆筒混合堤1 6 】。柴山港位于日本本州兵库县的北部， 面临日本海，历史上为一渔港。混合式防波堤的上部主体采用由双层圆筒组 2 第一章绪论 成的开孔消浪沉箱结构。白海底面至1 8 o m 为抛石基床，其上为总高2 6 5 m 的 钢筋混凝土双层圆筒，圆筒顶高程8 5 m 。双层圆筒外筒的外径为2 9 4 m ，内筒 的外径为1 4 7 m ，内、外筒的壁厚均为0 5 m 。其内外层圆筒是分别预制，然后 在海上进行拼装的。内筒在陆上预制场预制，外筒在浮坞中预制。将外筒沉 箱浮运至预定位置后，灌水沉放。内筒用2 0 0 0 t 起重船吊运，在现场采用4 台 水下摄象机定位，将内筒放入外筒中，然后浇筑水下混凝土以固定内外筒的 位置，再填充填料。最后是浇筑封顶混凝土。设计要求相邻两双层圆筒间的 距离为0 2 m ，实际达0 4 m 。1 9 9 4 年沉放的1 号双层圆筒，至2 0 0 1 年初的沉降量 为9 0 0 - 1 0 0 0 m m ；1 9 9 5 年沉放的2 号圆筒，沉降量为8 0 0 m m ；1 9 9 7 年和1 9 9 8 年沉放的3 号和4 号圆筒，沉降量均为5 0 0 m m 。柴山港计划自第5 个双层圆筒开 始，改变施工工艺，内外筒不再分开预制。先在陆上预制场分2 次浇筑6 7 m 高的双层圆筒，利用4 8 0 0 t 的起重船将其移至水中接高场，再分6 次浇筑到顶， 仍用4 8 0 0 t 起重船借助水的浮力将总重约7 0 0 0 t 的双层圆筒吊起、浮运、安放。 在国内例如南沙港1 7 j 建设防波堤工程中，圆筒外径1 5 米，壁厚0 2 8 米，无 底，圆筒高约2 6 米。圆筒预制后运至现场，圆筒下沉是利用圆筒的自重与外 加荷载将圆筒压至设计高程。外加荷载是在直径1 5 米内的圆筒上加一个同直 径、同面积的钢筋混凝土水箱，重4 5 0 吨，箱筒内灌水8 0 0 吨，筒内抽真空， 共重约2 8 0 0 吨，其中真空负压约1 10 0 吨。这种施工工艺，首先在施工过程中， 出现圆筒偏位较大，圆筒下沉接近设计高程时纠偏困难，若要纠正，必须在 筒外挖泥，不仅挖泥量大，而且难以达到纠偏的效果：其次由于水箱底与圆 筒顶是平面相接，两面问的施工平整度误差和圆筒圈长短轴的误差造成漏气， 使得筒内的抽真空度难以达到预期效果：由于压载的水箱较重，需要大型起 重设备，辅助船舶均要待命候用，直至圆筒下沉到位，作业时间太长，船舶 租赁费增加，大大增加了工程费用i8 1 。 又如山东省岚山港石化码头工程中的防波堤采用在抛石基床上安装薄壁 大圆筒直立堤结构型式圆筒直径1 5 m 、总高1 3 m 、壁厚3 5 c m ，分三节预制安 装。该工程的安装工艺时用3 0 0t 起重船吊安。底节筒采用水下投点放线和陆 上经纬仪控制出水导标相结合的办法进行安装。中、顶节圆筒直接用经纬仪 控制安装。这种安装的施工工艺，圆筒下落的速度要尽可能缓慢，以减少圆 筒间的撞击力，避免相互间因碰撞而破损；首先保证三节圆筒的整体稳定性， 以保证上、下层错位偏差满足规范要求；安装底节圆筒时采用经纬仪控制出 第一章绪论 水导标的方法，但水下投点放线的误差较大，且难于控制安装：安装后及时 进行筒内抛石，没有填石的中顶，节圆筒抗波能力较差，施工中易造成圆筒 移位【9 】 1 0 】。 先前的施工案例的推行及应用的情况也并不太理想。主要的制约冈素有 两点：( 1 ) 地基土体与简体之间的作用机理复杂，暂时没有简单、易操作的 稳定计算方法应用于工程实践；( 2 ) 没有成熟的施工工艺可以借鉴，如圆筒 的预制、运输，以及在不同的地基土层条件下圆筒的顺利下沉、下沉完毕后 应有的垂直度等等。 在收集和分析了国内外相关成果资料的基础上，天津港提出了插入式箱 筒型基础防波堤结构l ，并进行了相应的理论分析和室内模型试验，在天津 港天津港南疆东部港区北围埝等工程中得以应用。 1 3 本文研究内容 本文结合天津港南疆东部港区北围埝三期工程从箱筒型基础结构预制、 拼接组装、浮运至施工现场下沉安装以及后期施工监测等方面，详细阐述了 插入式箱筒型基础防波堤结构特有的施工技术。本文主要内容包括： ( 1 ) 在分析工程自然条件和建设条件的基础上，结合插入式箱筒型基础 防波堤结构的特点，分析了工程的施工工艺流程。 ( 2 ) 详细分析单个圆筒和盖板预制、出运等施工方法。 ( 3 ) 详细分析箱筒型构件的安装施工方法。 ( 4 ) 为了保证结构的稳定，及时准确地掌握地基的沉降、水平位移情况， 对箱筒型基础结构的水平运动和摇摆位移以及土体参数变化情况进行观测与 分析。 第二章工稃建设条件与施工工岂流样分析 第二章工程建设条件与施工工艺流程分析 2 1 工程地理位置 天津港南疆东部港区北围埝一期工程位于天津港南疆东部港区，起始憧 置于n c 5 + 7 3 2 ( x = 2 5 5 5 9 97 0 2 y = 3 7 3 6 62 3 5 ) 向东终到c 7 + 1 8 25 ( x = 2 5 9 1 97 13 y = 3 8 9 6 7 i7 7 ) ，现场泥面标高- 40 - 45 m 左有，设训围埝堤顶高程为+ 52 m 。 工程地理位置如图2 1 所示。 二戡g 诣目 图2 1 北国埝三期工程地理位置示意图 第二章工程建设条件与施工工艺流程分析 2 2 工程建设条件 2 2 1 气象 用塘沽站1 9 5 1 - 2 0 0 7 年资料统计： ( 1 ) 气温 年平均气温 1 2 3 年平均最高气温 1 6 2 年平均最低气温 9 1 极端最高气温3 9 9 。c ( 1 9 5 5 年7 月2 4 日) 极端最低气温1 8 3 ( 1 9 5 3 年1 月1 7 日) ( 2 ) 降水 年平均降水量 5 8 6 o m m 年最大降水量1 0 8 3 5 m m ( 1 9 6 4 年) 年最小降水量 2 7 8 4 m m ( 1 9 6 8 年) 一日最大降水量1 9 1 5 m m ( 1 9 7 5 年7 月3 0 日) ( 3 ) 风 根据塘沽海洋站东突堤测站1 9 9 7 - - 一1 9 9 9 年资料统计，常风向e ，出现频 率为1 1 7 1 1 次常风向为s 向，频率为1 0 3 4 1 强风向e 向，该向频率( 芝6 级风) 为1 9 5 ，各向6 级风所出现的频率为3 6 5 。 造成本区的大风天气过程主要是冬、春季的寒潮和夏、秋季的台风( 气 旋) ，根据塘沽气象站1 9 5 1 1 9 8 0 年资料统计，寒潮大风较为频繁，台风( 气 旋) 大风出现频率较少。本区历年平均风速4 5 m s ，最大风速2 6 5 m s ，风向e ， 出现于1 9 7 1 年6 月2 6 日。夏季在温度高、湿度大、对流旺盛、大气层结不稳定 的天气里，有时在强大的积雨云底部产生风力极大的龙卷风，中心风力可达 1 2 级以上，由于它剧烈旋转上升，破坏力极大。龙卷风持续时间一般很短， 只几分钟n - 、三十分钟，影响范围通常只有十几米至百米宽，几公里长。 根据1 9 7 3 1 9 7 5 年大沽灯塔三年施工总结，尚未遇到这种天气过程。这种小 尺度的天气过程出现频率虽低但预报困难，仍应引起足够重视。 ( 4 ) 雷暴 年平均雷暴日数为2 7 5 天，多发生在6 7 月份。 6 第二章工程建设条件与施工工艺流程分析 ( 5 ) 雾 能见度 _ 1 6 m 的波高频率为5 0 6 ，h 4 0 p _ 2 0 m 的波高 频率为2 2 4 。详见表2 1 设计波浪要素。 表2 1设计波浪要素 方泥面 重 水位 现 极端高水位设计高水位 向高程 期 h 1 h 1 3 th 1 h 1 3 t 一2 o4 7 宰4 28 13 8 幸3 68 1 e n 1 5 4 4 木 4 28 13 5 木3 5 木8 1 5 0 年 e 1 04 1 幸4 1 幸8 13 2 幸3 2 8 1 0 53 8 宰3 8 幸8 12 9 幸2 9 宰8 1 2 04 7 幸3 。97 63 8 幸3 47 6 1 54 4 幸3 97 63 5 奉3 5 幸7 6 e5 0 年 1 o4 1 幸3 77 63 2 奉3 2 木7 6 0 53 83 67 62 92 97 6 注：表示破碎波高 2 2 4 地震 根据国家建筑抗震设计规范( g b 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 ) 我国主要城镇抗震设 防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组，本工程所处位置其抗震设防 烈度为7 度，设计基本地震加速度值为o 1 5 9 。 8 第二章工程建设条件与施工工艺流程分析 2 2 5 工程地形地貌与地质 1 、地形地貌 本海区海岸带的施工及浅海地处渤海湾南岸西北部，海河和蓟运河的尾 阊，受海浪和河流交汇作用，以及受沿岸各种地质构造、地貌构造和气候等 多种因素的控制影响，此地域是个由多种成因的地貌类型组合的地带。根 据海岸带调查，本海区海岸带属于华北拗陷中的渤海拗陷中心，基地构造复 杂，主要受n n e 向断裂构造控制，而呈现一系列的隆起拗陷。 本地区以堆积地貌为基本特征，物质成份以粘土质粉砂、粉砂质粘土、 粉砂等细颗粒物质为主，地貌形成年代新，其中大部分在距今6 0 0 0 - - 5 0 0 0 年 ( 全新世中、晚期) 以来形成、发育、演化、定型的，其主要地貌类型具有 明显的弧形带分布的特点。 本区海岸表现出的另一地貌特征是：岸滩坡度平缓( i = 1 1 0 0 0 - - - 1 2 0 0 0 ) ， 潮间带宽度大，泥沙运移的主要形态是悬移质。1 9 5 8 年以前，海河口未修建 防潮闸，天津新港所在的海区为河口滨海区，河流动力与海洋动力同时起作 用：1 9 5 8 年修建防潮闸后，天津新港海区实质上已变成海岸区，海洋动力起 主导作用，波浪掀沙，潮流输沙足塑造水下地形的主要动力。 2 、地质 根据地质勘察报告，土层分布与特征如下： 勘察区域土层根据时代、成因类型及土层的物理力学性质在钻深范围内 分为五大层，自上而下分层描述如下【1 2 】： 淤泥层 海相沉积土层，层底标高9 8 8 1 3 5 8 m ，层厚5 9 9 8 m ，灰色、灰黄 色，饱和，无层理，见粉点及砂团，局部见淤泥质粘土，均匀，含有机质。 为流塑状态，高压缩性，分布均匀。 淤泥质粘土 海相沉积土层，层底标高1 2 2 5 1 5 0 2 m ，层厚5 9 - - 3 9 m ，浅灰色及灰 黑色，饱和，均匀淤泥质粘土，局部见淤泥质粘土，软塑流塑状态，高压 缩性，分布均匀。 粉质粘土 湖沼相沉积土层，层底标高1 4 7 6 2 5 2 9 m ，层厚2 1 1 1 6 m ，灰色， 9 第二章工程建设条件与施工工艺流程分析 灰黑色及灰绿色，饱和，含少量钙核，夹有粉土薄层，局部见粉土及泥炭土。 可塑状态，中压缩性。层顶部含贝壳多。 粉土 湖沼相沉积土层，层底标高1 8 7 2 8 3 9 m ，层厚1 2 6 1 m ，灰色，均 匀粉土，局部夹粉质粘土，标贯击数2 6 - 5 7 击，平均4 0 0 4 击。含少量碎贝壳， 为密实状态土层，密实度自上而下增大。 粉砂 揭露标高3 4 8 7 m ，灰色，均匀粉砂，见粘脉，局部见细砂，标贯击数2 2 - , 1 0 7 击，平均7 0 2 l 击，为极密实状态土层。 2 2 6 工程施工条件 由于天津港南疆东部港区北围埝三期工程位于天津港现有防波堤以外， 施工现场处于无掩护状态，外海风浪对工程施工影响较大。根据天津新港地 区的水文、气象条件分析，按照风6 级，雨 中雨，雾：能见度l k m ，浪： 波高0 5 m 、冬季冰期不作业进行统计，施工区域水上施工作业天数约为1 8 8 天年，考虑冬季施工时，施工作业天数约2 6 8 天年。 从地质勘察报告可知，本工程所处的地层从上至下可分为淤泥、淤泥质 粘土、粉质粘土混贝壳、粉土、粉砂。其中上部l o m 厚海相沉积的淤泥、淤 泥质粘土具有含水率高、孔隙比大、压缩性高、强度低的特点，土质差，属 于软弱土层。其下2 m 厚海陆交互沉积的粉质粘土混贝壳，土质不均匀、工 程性质较差。粉土承载力较高，工程地质性质较好。粉砂分布连续，土质 均匀，呈密实状，为良好持力层。 天津港为建设多年的老港，多年建港形成的海上工程施工基础设施较完 备，港区的铁路、公路和水路运输条件良好，电力、供水、有线及无线通信 等设施均十分完善，完全可以满足本工程施工的需要。另外新港地区驻有大 批专业化海上工程施工队伍，在新港地区具有数十年的施工经验和较完善的 施工设备，对本工程的施工环境、条件等比较熟悉，为工程的施工提供了可 靠的保证。 1 0 2 3 箱筒型防波埋结构 天津港南疆东部港区北罔埝三期工程所处地理位置泥面高程为- 4 0 _ 45 m 段，设计采用钢筋混凝十箱筒型基础结构断面，箱筒型基础结构方案 后方基础处理采用排水砂垫层加塑料排水板的方法，前乃基础处理采用排水 砂挚层加挤密砂桩的方法，下部四个钢筋混凝土箱筒型基础的直径均为 1 05 m ，网简高度为i o5 m ，上部h 型空心鞯体的宽度为8o m ，壁厚为o5 m 本上程的箱筒型防波堤结构拈分为两层结构。箱筒型防波堤结构下部是 旧个互相联接的钢筋混凝土圆筒钢筋混凝土圃筒r 部为钢筋混凝土盖板， 圆筒和盖板组成了结构的基础部分，盖板上部是与基础部分刚性连接的h 型空 心箱体，整个基础部分和上部结构构成箱筒型防波堤的整体，分别进行预制、 拼接、浮运至施_ l 现场下沉安装。 上部圆筒结构由2 个单圆筒组成下部基础型圆筒共由4 个形状相同的圆 筒组成，上部圆筒与下部基础圆筒间设有圈粱结构相连，箱筒犁防波堤结构 模型如图2 3 所示。 图2 3 箱筒结构模型图 第二章工程建设条件与施工工艺流程分析 2 4 施工工艺流程 箱筒型防波堤预制施工及现场施工安装流程如图2 - 4 所示。 图2 4 箱筒防波堤预制施工及现场施工安装流程图 1 2 第三章箱筒型防波堤构件预制 第三章箱筒型防波堤构件预制 3 1 单个圆筒预制 3 1 1 单个圆筒预制工艺流程 单个圆筒预制使用按配比拌合好的混凝土直接浇筑至已搭好的单个圆筒 模板中14 1 。具体制作流程如图3 1 所示。 i 施工准备 1l 2 ”“ i 铜“县曲蚀 1 支立圆筒内模板 1 i ”“”“ l 础臼d l 之士旨 绑扎圆筒钢筋 上 l 安放吊点盒预埋件 上 1 支立圆筒外模板 上 浇筑砼 图3 - i单个圆筒预制工艺流程图 3 1 2 单个圆筒模板制作 ( 1 ) 模板套数的确定 第三章箱筒型防波堤构件预制 按照充分满足工程水上安装施工进度的需要，结合各种构件预制场地施 工设施及尽量减少临时工程投入的原则，圆筒预制场地设置2 0 个台座，平均 生产能力为每天预制成型4 个单圆筒。为了满足要求并保证模板充分周转， 确定圆筒需用模板数量如表3 1 。 表3 1 预制圆筒模板数量 题目 部位内模板外模板 下部筒 84 上部筒 42 ( 2 ) 模板结构设计 由于圆筒结构构件体积比较大，圆筒结构钢模板采用整体配置，内模板 和外模板之间用螺栓进行连接加固。对于圆筒气密性要求的考虑，在垂直方 向总共设了三层对穿螺栓，底部为第一层，中间为第二层，模板顶部为第三 层。由于第一层螺栓孔与下部距离小，经分析对气密性没有影响，第三层在 模板顶上，不穿过砼，因此对气密性也没有影响，只有第二层对圆筒气密性 有影响，减少了孔的个数，加强了气密性。圆筒内、外模板用m 2 4 对拉螺栓紧 固，桁架内、外均有横向槽钢增强模板刚度，对拉螺栓拉在横向槽钢上。这 样的结构设计可处理好接缝、节点、预留孔洞等，确保达到圆筒气密性的要 求 圆筒内模板的结构 a 、圆筒内模板由内模5 片，拆模块1 片组成。 b 、模板板面用6 m m 厚钢板，【8 拌槽钢为竖肋，1 2 6 工字钢为横肋形成 竖向桁架和水平桁架。 c 、模板连接部位采用钢板，用m 2 4 螺栓进行连接。 圆筒外模板的结构 a 、圆筒外模板由外模4 片组成。 b 、模板板面用6 m m 厚钢板， 8 槽钢为竖肋，1 2 6 工字钢为横肋形成 竖向桁架和水平桁架。 第三章箱筒型防波堤构件预制 c 、模板连接部位采用角钢l 1 6 0 x1 4 0 x1 0 ，用m 2 4 螺栓进行连接。 模板采用专业厂家加工半成品，到预制厂现场安装，确保模板质量。 模板示意图见图3 2 。 图3 2 圆筒模板俯视图 ( 3 ) 模板支拆 单个圆筒结构重量重、体积大，模板采用大型履带吊进行模板的支立和 拆除。 内模板支立：首先清理地坪，放线测量圆筒位置，埋设底脚螺栓。在圆 筒底胎铺钢底模，侧面用三角橡胶条防止混凝土漏浆。内模板及钢底模支立 第二章箝筒型防渡堤构州豫制 完后，绑扎钢筋。最后进行横板清灰均匀涂刷脱模剂，模板安放采用帮史 底的模板支立工艺，模板底部崩钢楔子进行加固，稳定 外模板支立：钢筋绑扎完后，支立外模。先将清理干净、刷好脱模剂的 外模，用吊机进行就位。内、外模通过对拉螺栓进行加固，底部栽锚筋限位。 连接墙端部用木模板进行支立。模板整体调整、加固，然后浇筑混凝二l = 模板拆除：当混凝土结构强度达到设计要求时拆除模板。首先拆除模板 与混凝士结构之间的对拉螺栓及其他连接件，然后模板由履带吊移动，拆除 后的对拉螺栓及其他连接件妥善保管和放置对拆除后的模板清理干净、刷 好脱模剂模板工程实例图如图3 - 3 ， 翟量嗣s ； 图3 - 3 模板工程实例图 3 1 3 单个圆筒钢筋混凝土施工 l 、俐筋绑扎 第三章箱筒型防波堤构件预制 箱筒结构的内层圆弧模板及底层模板支立好后，进行钢筋绑扎。绑扎钢 筋时，按照由内向外、由纵向到横向的顺序绑扎。施工时应该注意：钢筋绑 扎要一次成型，避免错接、重接，绑扎过程中要错开满焊接缝，保证处于同 一断面的接头小于断面钢筋总数量的一半。在圆筒项部焊接竖向限位钢筋， 每三米一。根且竖向每一米段加一根钢筋焊接，以保证钢筋成型整体稳定性。 为了减小钢筋由于重力下坠扭曲变形，在内层圆弧模板上焊接固定支架，对 限位的钢筋骨架用紧张器进行垂吊。钢筋加工前应进行平直、除锈、除油污 等处理。钢筋布置、绑扎尺寸及规格必须符合设计要求，钢筋成型后有足够 的刚度，扎丝向内侧按倒。 2 、混凝土浇筑1 1 5 j 混凝土按配合比集中拌和后，运输至预制现场，泵车一次性浇筑至已搭 好的模板中。 ( 1 ) 混凝土拌制 砂、石料均堆放在砼地坪上，水泥入筒仓，用装载机上料，用微机控制 计量，共3 台h e s 5 0 e 型搅拌系统。按照试验站提供的砼配合比，按混凝土 施工规范严格控制配料误差，充分搅拌混凝土保证拌和物质量。 ( 2 ) 混凝土浇筑 泵送前泵车管道用适量同标号砂浆润滑管道，混凝土入模时，为了避免 一侧浇筑砼造成模板向一侧挤压，造成模板走形，砼浇筑时沿着模板环形均 匀下灰。 混凝土振捣选用插入式振捣棒，合理分布振点，振捣时间根据坍落度等 情况确定，避免过振、漏振现象发生。振捣棒垂直插入混凝土中，由外向内， 快插慢拔，深度应插入下层混凝土中不小于5 0 m m 。 浇筑混凝土时采用一次浇筑成型，从模板上部直接进行下灰浇筑，分层 下灰，分层厚度不超过4 0 0 m m 。采用泵送混凝土施工，坍落度控制在1 5 0 m m 。 防了控制好每层的砼振捣，在振捣棒软管上，用胶布作好标记，看标记控制 好振捣棒的插入深度。浇筑完砼后，进行顶面的抹面，接茬面抹粗面。 ( 3 ) 混凝土养护 浇筑完的混凝土，当日平均气温高于+ 5 。时，表面涂刷养生液，利用砼 自身的水分进行保湿。 第三章箱筒犁防波堤构件预制 日平均气温低于+ 5 。时，注意保温，覆盖薄膜及保温材料保持混凝土湿 润和温度。 砼养护时在箱筒设定测温试件，设定位置在箱筒内、外的底部和顶部， 并对每个构件测温试件进行编号，按照测温试件编号记录测定结果，同时对 砼养护期间环境温度进行测定，每昼夜测量温度各4 次。 ( 4 ) 混凝土配合比 基础圆筒、圆筒顶板、基础连接墙、拼缝所需混凝土每方材料配比如表3 2 。 表3 2 材料配比表 水泥中砂碎石水v n f 5 a e ( 固) 3 6 1k g 7 5 3 k g 1 0 8 3k g1 6 6k g3 9 7k g o 0 0 7 k g 每上部圆筒、上部连接墙、上部接高圆筒所需混凝土每方材料配比如表3 3 。 表3 3材料配比表 水泥中砂碎石水v n f 5 a e ( 固) 3 8 0 k g 7 1 3k g 1 1 1 5 1 6 3k g 5 3 2 k g 0 0 3 8 3 、预防圆筒裂缝的措施 ( 1 ) 严格控制水灰比 由于混凝土坍落度小，为达到泵送目的，必须严格禁止私自加大用水量。 ( 2 ) 严格控制原材料 水泥选用中热或低热品种，石子应优化级配设计；砂应选用中粗砂，有 关资料表明，采用中粗砂比采用细砂每立方米混凝土可减少用水量2 0 2 5 k g ，水泥用量可相应减少2 8 - - 3 5k g ，并可降低混凝土温升，减少混凝土收 缩，砂石含泥量必须按规范控制。 要使混凝土满足泵送要求，并具有较好的流动性和抗分离性能，应选用 掺外加剂来改善混凝土的和易性，达到减少拌和水和节约水泥的目的。经实 验比选，我们选用p c - 2 型引气减水剂，掺量为1 5 2 ，同时加相当于水 泥用量2 0 的粉煤灰，增加了和易性，效果良好。 ( 3 ) 加强混凝土振捣管理 第三章箱筒犁防波堤构件预制 浇筑后的混凝土，在振捣时间界限以前，应进行二次振捣，以排除混凝 土因泌水粗骨料、水平钢筋下部产生的水分和空隙，提高混凝土与钢筋握裹 力，达到防止筒壁裂缝的目的。 ( 4 ) 加强养护 拆模后的大圆筒应定时洒水保温，水温与混凝土的表面温度之差不应超 过1 5 。夏季预制场建造了养护用蓄水池，防止冈温差而导致筒壁裂缝。 3 1 4 单个圆筒出运 1 、单个圆筒出运工艺流程，如图3 4 图所示。 2 、圆筒结构混凝土浇筑后满足养护时间，达到设计强度后，可出运【l6 | 。 ( 1 ) 单个圆筒出运设备配置 根据预制场的平面布置和出运工艺，圆筒出运设备配置见表3 4 。 ( 2 ) 圆筒场内顶升 圆筒场内项升，就是用4 个顼升气囊同步项起在底胎上达到设计强度的 圆筒，项起高度为3 0 c m 。项升气囊直径1 o m ，有效工作长度2 5 m ，工作压 力0 7 m p a 。工作前检查好整个供气系统，保证整个供气系统满足要求。先清 匝圃一区回 区亟巫圃 j r 区圈 图3 - 4单个圆筒出运工艺流程图 1 9 孕 第三章箱筒璎防波堤构件预制 表3 - 4 圆筒出运设备配置表 序弓 设备名称 规格型号 单位数量备注 长宽高 1 横移车 节4 载运5 0 0 t 以内构件，自制 2 6 1 0 0 4 5 m 长宽高1 1 9 4 2 纵移车 节 2载运5 0 0 t 以内构件，自制 2 0 1 o m 顶升圆筒，有效工作长度 l - - 4 2 3 m 3 气囊条 5 2 5 m ，直径1 o m ，气囊起重高 工作压力o 7 m p a 度为6 0 c m 4 空压机6 3 m 3 m i n 厶 2 排气压力：o 7 m p a口 设计压力o 9 m p a ，最高工作压 5 储气罐容积0 6 m 3个 1 力0 8 m p a 6 装载机 z l 5 0 厶 1 牵引重载横、纵移车t ：l 7 起重机 5 0 0 t 厶 1 构件出运装船几 理其周围、项升槽的杂物以及构件底部的漏浆、有可能损坏气囊的尖锐物体、 修磨底部边缘棱角，确定沟盖板无变形。用装载机及人力将4 个项升气囊分别 放到顶升槽内，顶升气囊就位于槽中间，充气嘴应伸出构件底部边缘1 0 0 - - 一 3 0 0 m m 左右。气囊穿入顶升槽时，应特别注意避免气囊磨损，在气囊头部的 上下用0 5 l m m 的薄钢板保护。检查及安装好项升气囊的气压表，充气嘴部 位安装要牢固。气囊充气时设专人指挥，统一发令，使气囊同步顶升构件。 圆筒顶升过程中4 个气囊部位各有一人测量顶升高度，随时报出，如有顶升速 度不一致情况，马上停止顶升过程，调整顶升高度，四脚顶升高度一致后， 再同时顶升，直至达到圆筒离底胎3 0 c m 高时，停止顶升作业，保证圆筒四脚 顶升高度一致。现场实例如图3 5 和图3 6 。 ( 3 ) 圆筒场内横移 圆筒场内横移就是将底胎上已顶起的圆筒通过场内横移车牵引至纵移槽 内的纵移车上并固定。首先清理横移车行走前方的一切障碍物。圆筒顶升至 离底胎3 0 c m 高后，将横移车轨道上的钢盖板抽出，同时清理干净轨道上的杂 物。根据圆筒构件宽度做好横移车上的起缓冲作用的钢板托。将横移车牵引 第二章筘筒犁防波堤构件预制 图3 5 气囊就位图图3 6 气囊充气同步顶升 至圆筒附近，八t 将横移车推进圆筒底部轨道上，气囊同步放气将圆筒缓缓 落到横移车上，直到气囊放气结束，放气时注意排起朝上放置，通过装载机 顶推圆筒，带动横移车前行，圆筒前行离开原底胎后，操作八捎将顶升气囊 移至下一预备出运构件处进行项升操作。圆筒离开后，施工人员将顶升内槽 杂物清理干净。 ( 4 ) 网筒场内纵移 圆筒场内纵移就是将载着圆筒的横移车上纵移车，通过装载机顶推沿着 纵移道前行至码头后方部位，首先纵移车移至横移车轨道端头纵移车h 轨 道与横移车轨道对齐，然后用鱼尾板连接。纵移午用卡其与轨道连接拧紧， 同时车轮子备楔予防止纵移车移动。装载机项推横移车缓缓r 纵移车，横 移车完伞上纵移车后选到圆筒中心线与纵移车轨道中心线重台为止，将横移 车用木楔塞紧用卡具固定好，防止移动。检查横移车在纵移车上的牢固情 况同定好后准备牵引。指挥人员通知装载机顶推纵移车向码头方向移动 出运使用的横纵车简图见图3 - 7 。现场实例如图3 - 8 。 ( ；) 5 0 0 t 全回转起重机吊运装船 装载机顶推重载纵移车沿纵移道至前端，南起重机吊运圆简上船进行拼 装。先确定5 0 0 t 全回转起重机操作系统处于正常t 作状态。将纵移车牵引至 纵移道北端头车挡前方5