船坞围堰拆除.doc

泉州船厂修船区一期工程1#、2#船坞工程围堰拆除福建陆海建设监理所泉州船厂项目监理部 张晓东一、工程概况泉州船厂1#、2#船坞工程水工构筑物主要包括干船坞两座。尺寸分别为：1坞380m80m14.40m；2坞420m68m14.40m。船坞采用沉箱式围堰包围干施工，围堰于2008年7月合拢，同年11月具备抽水条件，但其渗流量一直未满足9000m3/d的设计要求，其后对渗漏点多次进行了高压旋喷补桩，至2010年1月开始船坞主体施工时，日渗流量仍到达约1.2万方。围堰采用前沿为沉箱（临时利用码头的沉箱）结构，两侧为土石坝结构的组合形式，其中沉箱围堰总长约420m（共21件长度为19.95m的临时沉箱）、土石坝总长约350m，沉箱下的基床和土石坝均采用高压旋喷桩止水。堵口围堰平面布置图 围堰标准断面自下而上依次为基岩、块石（局部碎石）基床、沉箱、临时胸墙。沉箱利用码头永久结构的沉箱，沉箱内回填细砂，沉箱顶部回填山皮土，山皮土两侧利用现浇毛石砼作为胸墙。沉箱安装拼缝宽度一般为5cm，拼缝处空腔内填碎石、灌水下砼并设止水措施，基床的止水采用23排高压旋喷桩形成。沉箱底宽13.5m（包括前后趾各0.75m）、高度14m，长度方向19.95m，其外墙厚度400mm、侧墙厚度350mm、隔墙厚220mm，沉箱内部纵向分为5个隔舱，横向分为2个，共10个隔舱，单个隔舱内部净尺寸为35705490mm，标准型预制总重量在1680t左右。沉箱内侧的压坡抛石棱体在水上抛石至-8.5m以上，其余在围堰抽水后在陆上进行回填至设计标高。实际回填标高比设计标高高出1.0m，为-5.5m，结构断面详见下图。11二、施工内容围堰沉箱内棱体清除、沉箱上部结构拆除、沉箱内回填砂清理、沉箱拆除起浮，起浮后将沉箱调至浮游稳定状态（保证沉箱吃水深度在8至11米之间），沉箱面平稳后2个小时内测定未发现漏水现象，将沉箱拖运至相邻码头安装，然后将沉箱间碎石，接缝砼等残渣进行挖除，清至设计标高。三、施工条件及要点分析1、围堰拆除为不可逆的施工行为，因此围堰内的船坞及前沿顺岸码头的施工内容必须按设计图纸要求全部完成。2、该围堰使用时间已达3年多，经现场实测，前沿回淤严重，配合围堰沉箱拆除施工，应同步进行海床的清淤工作。3、围堰拆除施工正值秋冬季节，东北季风盛行，施工受天气影响严重，正常的施工作业天数较少，往年月施工作业天数最少仅为10天。4、围堰采用高压旋喷桩形成止水芯墙，内棱体拆除过程，在内外水头差的作用下是否会产生剪切破坏，引起围堰渗流量的加大，从而增加棱体拆除的施工难度。5、在沉箱起浮过程高压旋喷体是否能被破坏，消除底部与基床的粘结，使沉箱顺利起浮。6、本工程的围堰沉箱拆除后进行再利用，涉及两家施工单位的交接，如何利用现场的施工资源进行合理协调、组织，确保在保证安全、质量的前提下运作，是施工管理的重中之重。四、主要工作思路1、本工程工作思路根据以往类似工程经验，须先进行围堰沉箱稳定性验算，以确定围堰后方棱体是否可以全部挖除，一般有如下两种情况：（1）如果后方无棱体状态下围堰抗滑、抗倾稳定性验算均能满足稳定要求，围堰后方棱体可以全部挖除；（2）如果后方无棱体状态下围堰抗滑、抗倾稳定性验算不能满足稳定要求，围堰后方必须保留部分稳定棱体，但此类沉箱在围堰内侧（棱体下）无后趾；本工程沉箱在围堰内侧（棱体下）有后趾，为最大化减小沉箱起浮阻力，沉箱后趾上部的棱体需全部挖除，因此须进行后方无棱体状态下沉箱围堰抗滑、抗倾稳定性验算。2、围堰的稳定性验算 、计算条件（根据设计说明书选取）自然条件A、设计水位：以85黄海基准面，取极端高水位5.06m进行计算。B、波浪要素：围堰所处的区域25年一遇N（NNE）向设计波浪计算要素计算表：计算水位（m）设计波要素H1%（m）H4%（m）H5%（m）HS（m）（m）L（m）T（s）50年一遇极端高潮位5.063.292.802.712.271.4554.876.1设计高水位3.373.152.682.602.181.3953.826.1设计低水位-3.012.922.512.442.081.3646.016.150年一遇极端低水位-3.962.832.452.382.031.3444.056.1上表中波高在极端高水位时H1%=3.29m，设计高水位时H1%=3.15m，设计低水位时H1%=2.92m（均超出了设计原先采用的2.02.5m的波高）。C、地质条件：围堰沉箱基床为高压旋喷桩基床。结构安全等级：二级材料重度标准值的选取材料名称重度标准值（kN/m3）钢筋混凝土沉箱C4024沉箱内填料（砂、石渣、水）14沉箱上部结构（浆砌石、土）14、作用分类及计算围堰沉箱后方棱体拆除后，主要作用荷载有：沉箱和填料的自重、静水压力和波浪力作用。选择最不利状况基础标高低、极端高水位情况验算：沉箱与基床水平缝沉箱后趾的抗倾稳定性、沉箱与基床水平缝的抗滑稳定性。 结构自重力（永久作用）以CX1标准沉箱计算： 极端高水位自重作用表 序号项目计算式Gi（kN）Xi（m）GiXi（kNm）1沉箱自重67024160806.751085402沉箱内填料3.575.4913.51014370422500333沉箱上部结构19.95123.51411730791884648524377515每延米自重作用325021942静水压力（以底标高-12.5m沉箱为例）沉箱底标高为-12.5m，极端高水位+5.06m，水头差H=17.56m。海水重度取10.1KN/m3。水头差引起的水平作用和倾覆力矩为：F=1/2H2=0.510.117.562=1561 kN/mMF=F1/3H=1/3156117.56=9147KNm/m波浪力（可变作用）波浪力标准值计算按照海港水文规范（JTJ213-98）的有关条款及规定计算。根据重力式码头设计及施工规范（JTS-2-2009），当波高大于1m时，需考虑波浪作用。H1%=3.29m， =6.1s，d=5.06+12.5=17.56m，L=54.87m波压力强度计算：=6.1=4.68，又d=17.562H=23.29=6.58m因此，墙前产生立波。在波峰作用时为最不利状态，由于前沿回淤，相当于暗基床直立墙式建筑物。波峰作用时：H/L=3.29/54.87=1/16.71/30d/L=17.56/54.87=0.320.5 且0.2，按海港水文规范第8.1.4条计算：静水面以上H=3.29m处波浪压力强度为0；静水面处的波浪压力强度P0=10.13.29=33.23kpa；静水面以上的波浪压力强度按直线发布；围堰前沿顶面处波浪压力强度（波峰作用时存在越浪情况）：PH=3.29-（5.75-5.06）33.23/3.29=26.85 kpa；静水面以下深度z处的波浪压力强度：PZ=H计算墙底处波浪压力强度：Pb=10.13.29=33.231/3.8=8.74kpa墙底面上的波浪浮托力：Pu=bPb/2=13.58.74/2=59.0KN/m波峰压力引起的水平作用和倾覆力矩：P=（33.23+8.74）17.58/2+（33.23+26.85）0.67/2=368.92+20.13=389 KN/mMp=368.9217.58（233.23+8.74）/3/（33.238.74）20.13（18.25-0.67（233.2326.85）/3/（33.23+26.85）=4234 KNm/m浮托力引起的倾覆力矩：Mpu=5913.51/3=266 KNm/m围堰荷载汇总表作用分类荷载情况垂直力（KN/m）水平力（KN/m）稳定力矩（KNm/m）倾覆力矩（KNm/m）永久作用自重力极端高水位325021942静水压力极端高水位15619147可变作用波峰压力极端高水位-593894234266、围堰稳定性验算根据重力式码头设计与施工规范JTS167-2-2009 2.5码头稳定性验算：作用效应组合持久组合：极端高水位（永久作用）+波峰压力（主导可变作用）码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算1.0（1.23891.051561）=2106kN/m（3250-1.259）0.55/1.1=1590 kN/m2106kN/m 1590kN/m，抗滑稳定性不满足要求。码头沿基床顶面的抗倾稳定性验算1.0（1.24234+1.2266+1.059147）=15004 kNm/m（1.021942/1.35）=16253 kNm/m15004kNm/m 16253kNm/m，抗倾稳定性满足要求。结论验算结果表明若围堰拆除前内棱体全部挖除，码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算结果不满足要求，码头沿基床顶面的抗倾稳定性验算结果满足要求。棱体挖除标高应按原设计考虑：开挖至-8.5m（原设计干施工状态前水抛棱体顶宽10m，标高-8.5m）。-8.5m以下棱体的挖除时，需采取相应抗滑稳定及监控措施。五、施工工艺流程及施工顺序1、施工工艺流程施工准备船坞抽水沉箱后棱体挖除及换填砂船坞注水（坞门关闭）沉箱上部结构拆除沉箱内渣挖除沉箱抽砂沉箱起浮沉箱交付挖泥船扫浅验收2、施工顺序棱体开挖：水平向由1#退挖至21#沉箱，竖向分两层，第一层开挖至-8.5m，第二层开挖至-9.5m，整个棱体开挖形成流水化作业，分层分段施工。沉箱拆除：围堰拆除第一个沉箱选择拐角处3#沉箱，然后2#至1#（由北向南）、4#至21#（由西向东）。采用挖掘机油锤配合拆除浆砌块石挡水墙，再采用挖掘机在沉箱顶部挖除沉箱内部分回填料（挖掘机一般能够向下挖4m深），最后剩余部分砂采用抽砂泵进行抽除。当部分沉箱抽砂完成后开始依次起浮沉箱。沉箱全部起浮完成后采用挖泥船对沉箱间石渣和混凝土进行扫除。六、主要施工方法坞门安装调试完成后,棱体处理结束坞室注水后即进行沉箱上部结构拆除及抽砂、起浮沉箱工作。由于围堰沉箱内壁距离坞门前沿线48m,因此起浮要求平稳,而沉箱接缝及底部的砂浆粘结力又限制了沉箱的起浮,因此起浮沉箱成为难点。1、沉箱起浮的条件(1)坞门调试安装及所用管线联接完成；(2)沉箱后方棱体及上部结构拆除结束；(3)沉箱吸砂结束,底部余砂精确测出，能满足起浮要求；(4)沉箱缝间倒滤腔的砂素砼用风镐沿竖向施工缝进行破解(或不破坏，靠起浮力自行分离或起浮后用人工进行剥离)。2、沉箱起浮的原则(1)应保证沉箱向外侧倾斜,倾斜最大高度控制在50cm内。(2)起浮时控制沉箱抽水高度,使沉箱均匀上升。(3)拆除沉箱的顺序先拆除转角处, 然后自西至东，自北向南。(4)沉箱起浮时,天气状况应良好，风浪较小，并选择当日低潮位,以获得充分浮运准备时间。3、主要施工工序、沉箱后内棱体挖除在1、2#船坞坞门安装调试完成后，进行围堰内抽水形成围堰沉箱后棱体开挖干施工条件，棱体分层开挖，保留部分棱体，以保证沉箱抗滑稳定。现场棱体开挖只有一条施工通道，出口在东端21#沉箱处，为了保证东端沉箱后方棱体开挖，需要在紧邻棱体南侧设置新施工通道，长度覆盖4个沉箱范围，棱体中部设置错车平台，施工通道需要待围堰拆除结束后水上挖除。棱体分两阶段开挖：第一阶段棱体开挖将-8.5m以上全部挖除，由1#退挖至21#沉箱，同时进行围堰沉箱的变形观测，预警信号为某个沉箱变形量超过10mm/d或连续位移累计超过10cm时，超过预警信号时暂停开挖并上报协商解决。第二阶段棱体开挖：在预警信号未超标的情况下，继续开挖第二层至-9.5m，如果渗漏量增大，要增加维持抽水设备，保证棱体开挖具备干施工条件，开挖第二层的同时将沉箱后趾上部范围棱体开挖，石料不外运直接用挖掘机摊平将内棱体加宽。两阶段同时进行，分层分台阶进行。沉箱拆除结束后，1#码头前方棱体清至-11.0m，2#码头前方棱体清至-12.5m。1#3#沉箱处于围堰西侧，受风浪影响较小，其后方棱体考虑一次性清理干净（至-11.0m），在清除过程中可观察围堰渗漏变化情况，为其余沉箱内棱体的清除提供参考。、船坞注水船坞注水前，将坞内杂物全部清理干净。注水采用虹吸方式，船坞注水一次至标高0.0m，将坞门关闭，开始堵口围堰拆除。、上部结构拆除上部结构主要由粘土、浆砌块石构成, 采用挖掘机、油锤配合拆除，装入自卸汽车将其运走。施工顺序: 由3#至1#、3#至21#两方向进行块石胸墙及粘土填料挖除, 装入自卸汽车,倒退开挖，由东西土石坝顶部运出, 施工时以出潮作业为主, 要适当兼顾带水作业。、沉箱内渣（填砂）挖除沉箱内回填砂, 上层+3m-1m(+1.5m-2.5m) , 4m范围内采用挖掘机挖除, 用自卸汽车运走, 施工通道利用堵口围堰上部结构及东西土石坝, 施工顺序同上部结构拆除顺序。、沉箱内剩余填砂抽除抽砂设备在潮水下降后搁置在沉箱隔墙上。作业人员可以在沉箱顶控制泵管的高度及横向移动，必要时方驳吊机可以辅助，砂子直接排到抽砂船中。沉箱处于满水装态, 其不能任意浮起, 抽砂泵处于负压状态抽砂时, 泵头附近安装一个射水管, 使其能扰动泵进口处的砂, 便于吸走。抽砂结束前测量采用水砣进行验收，每个仓格测量4点，箱内剩余砂或石渣的平均高度控制在0.51.0m以内（应能满足沉箱起浮浮运要求，可通过计算确定）。、沉箱起浮沉箱内填砂挖除完成后，利用抽水方驳在适当潮位时抽水起浮，抽水起浮前将沉箱四角带缆到相邻沉箱或水中抛锚，防止沉箱起浮中跳跃侧倾撞到其他沉箱，造成沉箱的损坏。、沉箱交付围堰沉箱需进行二次利用，起浮2个小时，观测检查达到浮游稳定条件后进行移交。应注意以下问题： 检查沉箱是否漏水，特别是外排的注浆管处的渗漏情况，如需要应进行封堵。 检查沉箱底部是否存在混凝土块体粘连，必要时应派潜水员进行水下摸排、清底，以满足二次安装坐底要求。、挖泥船扫浅待堵口围堰沉箱全部拆除后，沉箱间碎石、接缝砼、施工道路采用挖泥船进行水下挖除，挖除至设计底标高-12.5m（-11.0m），满足港池水深要求。七、沉降位移监测方案为保证围堰内具备管施工条件及施工安全，沉降位移监测贯穿后方棱体挖除全过程，因此必须制定严密的监测方案：1、 在围堰沉箱上设置沉降位移观测点，并做好原始记录。2、 观测频次棱体拆除过程中，坚持每日观测一次。棱体拆除完毕后，根据沉降位移变化情况调整观测频次。遇到恶劣天气（大风浪）后必须进行观测。3、预警信号若某个沉箱变位量超过1cm/日或连续位移累计超过10cm时，要暂停施工并观察，若仍有位移变化，立即通知相关部门协商解决方案。4、实际观测情况根据上述制定的监测方案，在围堰顶部共布设49个监测点，在围