沉箱码头滑道改建工程施工技术研究与工程实践

王笑难，杨爱国

（1.天津天科工程监理咨询事务所，天津 300456；2.中海油田股份有限公司物探基础中心，青岛 266520）

沉箱码头滑道改建工程施工技术研究与工程实践

王笑难1，杨爱国2

（1.天津天科工程监理咨询事务所，天津 300456；2.中海油田股份有限公司物探基础中心，青岛 266520）

改建工程采用平衡仓间压力挖石清障安放钢护筒，之后回填固定护筒，经过试验论证采用十字冲击锤在护筒内冲砸沉箱底板，穿越成孔。调配泥浆输渣、清孔，使穿越沉箱底板成孔嵌岩桩施工获得成功。这种穿越沉箱底板成孔嵌岩桩施工新技术具有较重要的现实意义。

平衡开挖；安装护筒；十字锤;嵌岩桩施工

Biography：WANG Xiao-nan（1942-），male，professor.

随着我国海洋石油工程的快速发展和壮大，海上采油已从浅海向深海区域进军，海上平台组块规模越来越大，已从二、三千t级扩展到三、五万t级，这使原有的组块滑道工程设施能力已不满足，也不适应这种前进需要［1］。因而，在已有的出运码头上进行改建超大型组块滑道工作迫在眉睫。而这种改建工作，对于高桩承台码头而言，因同属深基础施工，施工难度相对容易些。而对于重力式码头岸壁而言，即要使深基础与天然基础共同受力作用及协调不同基础沉降量存在差异、还要使用协调一致而言，施工技术难度较大，尤其是如何在沉箱区穿越沉箱底板成孔嵌岩桩施工，同时还要保证原沉箱结构的安全及基床的安全稳定，过去从来没有过类似工程范例［2］。因而，本次改建工程通过摸索和研究穿越沉箱底板成孔嵌岩桩施工技术，不仅丰富了港口工程施工史的工程实践，而且具有较重要的现实意义［3-5］。

1 5#滑道改建工程概况

海洋石油工程有限公司青岛建造基地2011年开始施工的5#滑道改建工程是在原有5万t级沉箱重力式码头区进行改造施工的。改建的5#滑道中心线在已建4#滑道中心线左侧174 m，由一组2条滑道板组成，每条滑道板长120余m，宽22.5 m，共分6个结构段，其中前沿区为15 m沉箱区与18.5 m棱体区两段，板厚3.5 m，一般区为 95 m 长共 4 段，板厚 2.8 m。滑道全部由 φ1 200、φ1 300、φ1 500、φ1 600、φ1 800、φ1 900 嵌岩桩支撑，中间区为 φ1 200、φ1 300桩，边缘区为 φ1 500、φ1 600桩，码头前沿区为 φ1 800、φ1 300桩，设计极限单桩承载力从1 330 t～2 570 t不等。嵌岩桩伸入中等花岗岩层不少于3 m，5#滑道平面布置及纵剖面分别如图1、图2所示。

2 5#滑道及出运码头的不同受力特点

2.1 滑道受力

滑道设施所承受的垂直力全部由滑道板下方的嵌岩桩承担［6］，设计单桩极限承载力为1 330～2 570 t，滑道板上线荷载一般区为600 t/m，前方区为900 t/m。滑道板在使用中的允许变形控制在6 mm之内，滑道板各段间均埋置有φ200的传力销管以消除段间差异沉降。

组块在滑道上拉拽中产生的巨大水平力均采用按桩距摆放的简支滑块临时形成的压柱，转化成压柱内力来消除的，使嵌岩桩不承受水平力。

2.2 码头受力

沉箱码头岸壁，在5#滑道改建工作中的挡土、系、靠船等功能没有改变，由于滑道板的遮拦作用，反而使墙后土压力有所减小，增强了码头抗倾、抗滑能力。

由于沉箱区嵌岩桩为穿越底板而过并未与沉箱连为一体，形成了整体分离结构，码头受力与滑道受力，互不传递，各负其责。

图1 5#滑道平面图Fig.1 Plan of 5#slide way

3 穿越沉箱底板成孔嵌岩桩施工难点

（1）在沉箱仓眼内施工嵌岩灌注桩，其护壁钢护筒的就位的准确并沉放到沉箱底板上：即要保持相邻仓眼间水平力的平衡，不能使沉箱内隔墙产生裂缝与崩塌，又要确保孔位在施工中的垂直度与不发生侧向变形和不漏浆。

（2）在穿越沉箱底板，切割上、下双层φ20钢筋网时，要确保沉箱底板及周围墙体的安全与完好。不产生裂缝，且确保施工安全、施工效率高。成孔率高。

图2 5#滑道纵剖面图Fig.2 Vertical section of 5#slide way

（3）在穿越沉箱底板下抛石基床施工过程中，不能造成基床的塌孔与过大沉降变形，危及沉箱底板受力的安全性。

（4）在整个成孔施工中，如何合理调配护壁泥浆浓度，既确保泛渣、清渣，又能确保护壁清孔使落淤厚度控制在50 mm之内，确保嵌岩桩的端承力发挥作用。

4 施工技术方案比选及研究

4.1 在11 m厚抛填块石等填料中沉放钢护筒方案比选及最佳采用方案

表1给出了3种施工方案。经过技术经济比较，决定采用沉箱仓内平衡开挖清障后，再吊安钢护筒就位；焊连固定，然后进行筒外回填石、土挤实护筒。保障护筒位置及垂直度满足要求。为了方便仓内清障工作，改制了长臂钩机进行挖仓内石料作业，隅角部位还配备了吊机抓斗补充作业。

由于始终保持相邻仓内料高差在2 m之内进行平衡开挖，不造成相邻仓压力差，也未出现任何开裂现象；同时仓内水位一致，也不产生水压差，确保了隔墙的安全。

4.2 穿越沉箱钢筋混凝土底板施工方案比选

为了确保在穿越沉箱钢筋混凝土底板施工中不造成其他部位的开裂与施工安全，提出了采用回转牙轮钻，磨断底板φ20钢筋成孔、人工挖孔干施工与十字冲击锤湿法施工3个方案进行综合比较（表2），经综合研究分析，最终选择采用方案3进行现场试验。

表1 钢护筒沉放方案比较Tab.1 Comparison of steel casing installation schemes

为了确保十字冲击锤开孔施工质量可靠性，专门制备了类同沉箱底板钢筋配筋情况的2.5 m×2.5 m×0.6 m钢筋混凝土底板试件，在陆上用开孔十字冲击锤开孔试验，锤重4 t，落距1.0 m，冲砸3 h凿下20 cm，冲断了双层φ20钢筋网片，开孔周围未出现任何裂纹，表明十字锤冲孔试验是成功的，十字锤底焊有φ40弹簧钢，作为冲击牙齿，有利凿岩及切断钢筋。

实际采用十字锤冲击开孔穿越沉箱底板施工工艺方案工程实践证明，既方便施工，质量可靠，又可降低成本，成为开孔穿越沉箱地板的一个成功范例。

表2 穿越沉箱钢筋混凝土底板施工方案比较Tab.2 Comparison of construction plans

4.3 穿越沉箱底板下方夯实抛石基床而不塌孔、不发生差异沉降的施工方案

由于重力式夯实基床规范的允许夯沉量为30 mm，而桩基允许变形量为6 mm之内。为消除这种差异沉降，也为了解决在抛石基床中成孔时的塌孔问题，本工程采用了沉箱底板下抛石基床升浆矽化基床施工处理，使桩位下抛石基床为局部矽化整体，即桩基中心处钻孔并达到风化岩顶面，开始压力注浆，进行矽化。为验证升浆效果在桩周围钻2～3个观察孔，按桩中心升浆范围不少于φ2 000，解决了这项施工难题。

4.4 合理调配冲孔、清孔泥浆比重，充分输渣、清渣、清孔与扩壁

在整个嵌岩桩施工中，尤其在穿越沉箱底板钢筋混凝土及穿越底板下夯实基床施工中都需要充分的泥浆护壁与用泥浆输移沉渣作用。对于清孔，护壁泥浆比重控制在1.15～1.25即可。而对于输移沉渣则泥浆比重就需在1.3～1.5。因而，要针对不同施工阶段用途随时调整入孔泥浆比重，但在最终验孔前要确保泥浆比重在1.15～1.25，确保沉渣厚度小于50 mm。

在施工现场要准备充足粘土及膨润土等备用并备有足够的泥浆池及泥浆泵，要有专人测定泥浆比重与测孔深工作。待到达入岩高程时，还需检查出渣与地质报告的相符性，以便准确确定岩层承载力的可靠性，调整入岩深度。

5 实践成果及基本结论

经过对施工技术方案的比选与试验，5#滑道改建工程顺利解决了平衡仓压挖石清障吊安钢护筒，选用十字锤冲击护筒内沉箱底板，抛石基床升浆矽化，以及合理调配泥浆比重等技术难题，目前已成功完成嵌岩桩施工10根，这种工法成为目前国内同类工程中的首次成功应用。

采用冲击十字锤穿越沉箱底板开孔施工嵌岩桩工法成功，它施工作业安全，效率高，不影响沉箱其他部位受力安全，施工方便，成本低，而且嵌岩桩垂直度也易控制，设备简单，施工质量可控状态好，值得类似工程借鉴、采用、推广。

［1］刘正善.水下升浆矿石混凝土在中远6万t级船坞中的应用［J］.水道港口，2001（1）：36-39.

LIU Z S.Application of Prepacked Aggregate Concrete under Water in Zhongyuan 60 000 DWT Dock［J］.Journal of Waterway and Harbour，2001（1）：36-39.

［2］王笑难.已建码头升级改造工程的几种实用类型［J］.水道港口，2005（2）：122-125.

WANG X N.Several Types of Modification Works［J］.Journal of Waterway and Harbour，2005（2）：122-125.

［3］李冠东.双套护筒在处理深水钻孔桩穿孔中的应用［J］.山西建筑，2010（7）：73-74.

LI G D.On application of double-set guard sleeve in treatment of deep water bored pile［J］.Shanxi architecture，2010（7）：73-74.

［4］徐东晖，王星球，濮文菁.中国海洋石油工程青岛海工建造基地工程设计及地基处理研究［J］.水运工程，2009（S1）：75-80.

XU D H，WANG X Q，PU W J.Maritime engineering design in the project of Offshore Oil Engineering（Qingdao）Co.，Ltd.［J］.Port&waterway engineering，2009（S1）：75-80.

［5］余之林.南油海工码头加建滑道结构设计综述［J］.水运工程，2002（8）：36-37.

YUZL.ASummaryoftheAdditionalSlidewayStructureDesigninNanyouMarineWharf［J］.Port&waterwayengineering，2002（8）：36-37.

［6］JTJ285-2000，港口工程嵌岩桩设计与施工规范［S］.

Research on construction technology and engineering practice in reconstruction project of slide-way

WANG Xiao-nan1,YANG Ai-guo2
（1.Tianjin Tianke Supervision Consulting Agency，Tianjin300456，China；2.China National Offshore Oil Corporation Geophysical Exploration Foundation Center，Qingdao266520，China）

The method of balancing the pressure between each caisson was used for steel casing installation in reconstruction project.Then the hole was filled in to give the steel casing greater stability.Cross hammer was used for piercing through the floor at the bottom of caissons.The mix ratio of slurry and the method of cleaning hole and draining residue were successfully used in the construction of rock-socketed pile embedded through the bottom plate of caisson.This new construction technique for rock-socketed pile embedded through the bottom plate of caisson has important practical and engineering significance.

balance of excavation；installation of steel casing；cross hammer；construction of rock-socketed pile

U 656.1；TV 52

A

1005-8443（2012）03-0260-04

2011-06-09；

2011-11-10

王笑难（1942－），男，辽宁省人，教授级高工，主要从事港工工程设计、施工、监理工作。