鸿山热电厂煤码头及引堤工程施工关键技术与控制

黄建阳，陈东明

（中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建 厦门 361000）

1 工程概况

福建鸿山热电厂煤码头及引堤工程位于泉州湾口南侧海域，平面布置为突堤式（图1），码头长360.0 m，宽30.0 m，前沿水深-15.0 m（当地理基，下同），码头为重力式沉箱结构，外侧为防波堤，通过引堤与电厂陆域连接，引堤长770.0 m，宽14.0 m。引堤及防波堤均为斜坡式抛石堤，坡度1∶1.5，护面为13～18 t扭王块，堤顶均设置5.0 m高挡浪墙。主要工程量：2300 t沉箱25个，各类开山石140万m3，扭王块23000个，现浇胸墙混凝土5.0万m3，挡浪墙混凝土8.0万m3。

图1 鸿山热电厂煤码头及引堤工程鸟瞰图

2 施工条件

与常规顺岸码头相比，本工程施工难度极大：1）工程地处外海，无任何掩护，防波堤外侧设计波高H1%=7.06 m，受东北季风和台风的影响极大，水深，流急，海况复杂恶劣；2）开工时无施工通道、预制场地、水电接口，周边渔船干扰大；3）工期紧，节点目标明确。

3 工艺流程

3.1 引堤施工工艺流程

堤芯石抛填→护脚块石抛填→坡面块石垫层理坡→坡面扭王块预制安装→挡浪墙混凝土浇筑→挡浪墙后块石垫层理坡及扭王块安装→面层施工。

3.2 防波堤码头施工工艺流程

基槽挖泥→基床抛石→基床打夯整平→沉箱预制安装→沉箱填芯→堤芯石抛填→护脚块石抛填→坡面块石垫层理坡→坡面扭王块预制安装→胸墙混凝土浇筑→挡浪墙混凝土浇筑→挡浪墙后块石垫层理坡及扭王块安装→面层施工。防波堤码头结构断面见图2。

图2 码头典型断面图

4 施工布署

通过系统、缜密的施工布署，合理地回避和克服恶劣的施工条件，充分利用短暂的可作业时间，保证各工序按计划进展，确保工程顺利进展与结构安全。1）组建经验丰富的专业班组，与项目部形成互动团队；2）征用多个料场同时开采，保证石料供应进度；3）现场建设1个沉箱预制场、2个扭王块预制场，预制场内均建有生产能力90 m3/h的搅拌站，保证预制构件安装进度和混凝土供应能力；4）高标准建设临时通道，确保材料运输不中断；5）引堤内侧设置水上抛填石装船码头，确保基床和护脚抛填进度；6）改进沉箱安装工艺，采用公司自有起吊力200 t的起重船组安装沉箱，确保起重船机有保证。

5 施工关键技术

本工程施工关键是如何在外海无掩护条件下顺利安装沉箱，如何在恶劣的施工条件下确保工程施工与工程结构安全，主要分项工程共有9个，需适当改进工艺，注重施工技术。

5.1 堤芯石抛填

引堤及防波堤堤身石料规格10～300 kg，主要以陆上全断面抛填推进为主，抛填堤顶标高9.0 m，比设计高水位高2.8 m，以克服风浪对路面的破坏，保证抛填不中断，抛填边界比块石垫层设计边界超宽3.5 m（图2），施工中经受风浪冲击、淘涮，部分堤芯石被搬运到坡脚，有利于坡脚的抛填到位与密实性，施工过程中尽量把运输通道扩宽到全堤顶，通过运输车及机械的碾压更加密实，同时，严格控制石料规格质量，以减少堤自身沉降，应连续抛填，及时理坡防护，确保堤身结构安全。

5.2 沉箱预制

预制场布置在电厂陆域回填场内，距现场2.0 km，总面积2.0万m2，主要由预制区、堆放区、钢筋加工区、办公休息区等组成。预制区与堆放区可存放25个沉箱，确保了沉箱预制进度不受安装进度的影响。沉箱出运码头建设在电厂陆域南侧，水深及海域条件能满足施工要求，预制场及出运码头的规划建设应具备沉箱预制、搬运、上半潜驳等进度满足沉箱安装进度的能力，使现场在气候适合时具备1个潮水安装1个沉箱的条件。沉箱预制采用分层浇注的施工工艺：即逐层绑扎安装钢筋，逐层安装内外钢模板，逐层浇筑混凝土的施工方法。沉箱高17.3 m，分5层进行，第一层为底层，高3.3 m；第二至第五层为标准层，每层高3.5 m。模板采用钢模板，每一浇筑层由4片外模、12件框架式整体内模组成。采用门机进行模板安拆，塔吊进行钢筋网片安装，混凝土泵车进行混凝土浇筑。

5.3 基床抛石与护脚抛填

均采用水上船抛，装船码头设在引堤内侧，投入船机设备有：1000 t位平板铁驳定位船1艘、400 t位平板铁驳运输船3艘、PC320挖掘机2部（一部设置在定位船上卸料、另外一部用于码头装料）、ZL50装载机1部（配合挖机进行装料）。

由于风浪大，水流急，气候变化快，要经常性起锚抛锚，且时间性强，因此定位船需能自航，并设有6个钢丝绳锚配置相应的起锚机，确保施工进度与安全，船上安装实时动态GPS定位系统定位抛填范围。抛填过程中应注意：1）按设计要求控制石料规格和严控抛填范围和厚度；2）注重石料的储备充足性，确保施工进度；3）GPS定位系统应适时采用陆上全站仪校核，采用测深仪扫海测量检查抛填标高和厚度。

5.4 基床整平

以定位船为施工和补料平台，潜水员水下安装钢轨定位标高，通过刮刀去除超高，填补不足的整平工艺[1]，定位船吨位及配置与基床抛石定位船一致，能自航，船体稳，船位备料多，抛起锚方便，定位准，采用定位船上GPS进行施工范围定位控制，采用RTK结合测杆进行钢轨平面与标高控制。由于风浪大，水流急，施工作业时间短，施工难度极大，整平进度与质量关系到沉箱安装进度与质量，因此，施工前应认真检查基床抛石顶标高，确保基床顶标高控制在0～80.0 cm以内，投入两组整平定位船和潜水组同时进行整平施工，与基床抛石打夯形成流水作业，并安排专人跟踪天气预报，做好备足整平二片石料、交通船、夜间加班照明、雨天防雨工具、班组轮班交接等各项准备工作，只要有气候和水流条件，立即以最短的时间组织恢复施工，施工过程按照细平的标准，即允许局部高差为±50 mm进行控制[2]。

5.5 沉箱安装

防波堤码头顶宽30 m，无法先抛填堤形成掩护再安装沉箱，只能先安装沉箱再抛堤，安装工序流程：施工准备→安装平台→安装闸阀→搬运沉箱上半潜驳→拖航半潜驳到现场→下潜半潜驳（至甲板距水下5 m）→就位起重船并挂钩→吊移沉箱出半潜驳→沉箱灌水→吊移沉箱就位→安装沉箱→拆除平台→拆除闸阀→堵封进水孔等，共14道工序。沉箱安装气候要求：风力为4至5级阵风7级，小至中浪，该风力为工程所在海域的最小风力，据以往气象资料统计全年只有54 d，极其有限，安装沉箱必须提前做好基床整平等各项安装准备工作，采取一定的控制措施，同时认真策划沉箱安装工序时间，总时间控制在12 h内，现场出现以上气候就能1个潮水完成安装1个沉箱的工作。沉箱安装顺序：沿码头岸线由里往外（图3），分阶段安装，每阶段安装最多个数不超过6个，以便能按现场最大抛石进度能力，在台风登陆袭击前及时回填沉箱仓内填砂与沉箱后防波堤，形成整体，确保沉箱安全防台。第一个沉箱要在引堤抛填至距其端部80 m时，才能开始安装，安装完第2个沉箱后继续引堤抛填，应在一周内与沉箱连接，形成码头陆上施工通道。安装过程中应注意：1）安装前必须认真检查基床整平质量，确保整平范围到位、不漏整、平整度偏差在50 mm以内；2）须选择责任心强，施工经验丰富、专业水平高的整平潜水队伍与安装班组，安装过程中不断总结经验，指导后面的安装；3）沉箱安装完应及时进行仓内回填及防波堤抛填，以确保沉箱稳定性。

图3 沉箱安装顺序与半潜驳就位示意图

5.6 块石垫层理坡

块石垫层理坡应计划安排在抛填堤受风浪袭击后施工，有利于堤身结构稳定安全。以施工水位1.5 m为界，分为陆上理坡和水下理坡（图2），按50 m长分段施工，横向顺序由下往上，纵向顺序由岸边往外海。水下理坡时，在施工水位1.5 m处修建宽4.0 m的挖掘机理坡作业平台，采用16 m的长臂挖掘机低潮作业，所需规格石料由岸上补给，-4.0 m以下坡面及坡脚，采用船运水抛至设计坡度，可露出水面的坡面采用坡度尺进行测量控制和检测坡度，露不出水面的坡面利用高潮位时通过测深仪测量，潜水员配合探摸检测控制坡度，验收合格后要及时进行扭王块安装，然后再进行陆上理坡。陆上理坡分坡面理坡和挡浪墙背后理坡两阶段，挡浪墙墙身混凝土浇筑完后再进行背后理坡，采用PC320挖掘机进行理坡，所需规格石料由岸上运输补给，通过拉坡度线和坡度尺进行坡度测量控制检测。

理坡过程中应注意：1）抛填过程中应集中储备满足设计要求的块石垫层石料，应全程控制，以免因个别粒石料不符合设计要求，造成返工；2）注重理坡方式，粒料除了满足设计要求的重量外，还应满足厚度要求，应采用“插理”，而不是“铺理”，应适当调整石料间的接触面和角度，确保石料间相互啮合，挤密，不能出现通缝[3]，块石后背应回填石料，且回填密实，确保块石垫层少变形；3）理坡过程中应勤检测，确保坡度达到设计要求。

5.7 扭王块安装

采用覆带吊陆上定点随机法安放工艺，覆带吊规格为260 t，起吊性能满足安装最远扭王字块距挡浪墙内侧54.5 m的要求。分段理坡分段安装，纵向由岸边向外海，横向由外侧向内侧，循序渐进。安装分水下不规则安装和水上半规则安装，水下安装无法目测和人工辅助定位控制，且海况恶劣，无法人工脱钩，只能自动脱钩，容易存在安装不到位、安装密度不够、重叠安装、安装方式不对等现象，采取的应对措施有：1）水下安装吊具采用可水平旋转的自动钩，并系好转向控制绳；2）按照扭王块设计安装密度，布设水下定点安放平面图，以20 m为安装节段，吊机位置为节段中点，建立以吊机中心为原点的极坐标系，计算出安放平面图上每一块扭王字块的极坐标参数，即吊机的转角和扒杆的跨距，吊机操作系统能显示这两个坐标参数，按照安放平面图的安装顺序，通过控制坐标参数控制扭王字块位置进行安装，安装过程中应认真做好安放图标记；3）每一节段的安装关键是认真定位好第一排第一个扭王块位置，以该扭王块为参照，相邻扭王块安装到位时会相互碰撞，可通过吊机司机的手感和目测钢丝绳的垂直度反映出来，以此为辅助控制安装密度和范围。陆上安装采用半规则安装，严格按安放原则安装，通过人工辅助定位控制。

扭王字块安放原则：1）扭王字块三个肢杆端部着地，另外三肢杆端部朝海，同排相邻块体摆放姿势不能相同；2）严格按钩连块体摆放，确保块体接触紧密，形成整体效果。扭王字块安装注意事项：1）安装前认真检查坡脚、护底、坡面坡度、块石垫层理坡，确保满足设计要求；2）勤检测，严格按设计每100 m2安装个数的要求安装，把偏差控制在规范允许偏5%的范围内；3）勤观测，每隔一段时间特别是在大风浪过后要彻底进行检查，对一些松动的部位和块体要做调整。

5.8 胸墙混凝土浇筑

胸墙施工过程中常受风浪袭击，模板难以安装成型，改常规整体模板柔性加固一次浇筑混凝土成型工艺为分层安装模板分层浇筑混凝土工艺，以模板顶标高控制分层浇筑混凝土顶标高，确保混凝土分层施工缝的顺直。模板为桁架式结构，面板为6 mm钢板，桁架为10号槽钢，采用刚性加固，即在上层混凝土顶面预埋一定间距的10号槽钢，作为模板撑拉焊接加固用，以确保模板的牢固性，采用履带吊安拆模板，模板安装前采用挖掘机将箱后棱体理砌成型，以确保棱体石不被风浪袭击而落入胸墙施工范围内。采用泵车泵送混凝土入模，以确保混凝土的供应强度满足施工潮水和尽量克服风浪影响的要求。施工过程中应注意：1）加强沉箱稳定性观测，基本稳定后才开始胸墙浇筑；2）分层标高应统一，交接面应凿毛和预埋条石等加强处理；3）加强钢筋保护层、面层、码头前沿线的控制。

5.9 挡浪墙混凝土浇筑

挡浪墙混凝土浇筑施工关键是控制减少沉降和混凝土外观质量，分两层浇筑，基础一层，墙身一层，基础反开挖施工，即坡面扭王字块安装完后，再进行开挖施工，流水作业，确保基础有充足时间沉降，待沉降趋向稳定后再进行墙身浇筑。模板为整体钢模，混凝土施工过程中应注意新旧交接面的粗糙，通过埋设条石加强联接。挡浪墙后块石垫层理坡和扭王字块安装应注意与坡面的平缓过渡，注意与挡浪墙的相互挤密，确保护面体系整体性与完整性。

6 施工控制

本工程施工条件恶劣，工程量大，工期紧，目标明确，必须采取一定的控制措施，努力完成施工任务。

6.1 制定明确的节点目标

工程合同工期22个月，即从2008年7月至2010年5月。结合现场施工条件，明确了沉箱必须于2009年5月1日开始安装，2009年9月30日安装完成是实现工程交工节点目标的关键，围绕这一节点目标，精心策划了与其相关的基槽挖泥、基床抛石、基床打夯整平、引堤抛填、沉箱预制、沉箱填芯等6个主要分项工程进度计划，事先做好材料、机械、人员进场准备工作，按计划及时进场。施工过程中把进度计划安排到每一次潮水，加强进度控制，随机应变，及时采取措施，严格落实，确保各节点目标的实现，从而确保工程总体节点目标的实现。

6.2 树立超前的风险意识

认真进行工程前期施工策划，包括参观学习、资料收集、当地调查、台风的生成规律分析等，充分分析各项影响因素，对可能存在的风险进行有效识别，并制定各种风险控制手段和预案，认真编写施工组织设计，认真作好技术和安全交底，施工过程中动态管理，经常开会沟通，对施工过程中存在隐患及问题及时发现、解决、总结，确保不再发生类似问题，以达到减少和消除风险事件的目的。

6.3 投入合理的施工设备

挖泥船组、沉箱安装船组、搅拌站等关键性大型船机设备均属公司自有设备，吊机、挖掘机、运输车等常规设备由社会上租赁，确保机械设备的到位，只要天气适合即可立即组织施工，为节点目标的实现赢得了时间。如在签订合同之初就迅速调配挖泥船进场，利用8、9月份台风间隔期难得的好天气，完成了基槽近11万m3挖泥工作，为下道工序基床抛石提供了条件。最后4个沉箱安装已进入东北季风期，起重船组在工地停驻近40 d，由于船机的保证，利用两个冷空风间隙顺利完成安装沉箱。

6.4 凝聚广泛的社会力量

主动与业主、监理、设计、行业主管部门、地方政府、当地村民、渔民、公司领导和各职能部门沟通汇报，彼此间得到充分的了解，建立起了信任，取得他们的理解与支持，创造良好施工环境，提高管理效率，及时地解决问题，并争取更多资源，特别是安装船组能长驻现场，待气候适合时安装，保证工程的进展。

7 结语

1）本工程2008年7月开工，2010年7月25日交工验收，2010年9月22日煤码头成功首靠试运行，工程总体进度的控制是成功的，保证了整个电厂试运行的如期进行；共有12个单位工程，全部通过质监部门的质量鉴定，试运行期间还经历了3次大台风的正面袭击，工程质量经受了恶劣自然条件的考验，已完成卸煤80万t，完全达到了码头的设计功能，质量控制成功；在两个施工年度里，经历2 a的东北风季节和7个对工程造成一定影响和破坏的台风，均无船机海损事故，无轻伤以上事故，无一般以上交通事故，火灾事故为0，安全控制成功。

2）工程交工后再经历2 a，特别是历经2010年9月凡亚比超强台风，现场检查表明：个别段扭王块虽然下沉明显，但总体平整，相互咬合紧实、牢固，难于从中间拆除；挡浪墙纵向由里往外呈现从小到大的线形沉降，最大沉降量20.0 cm，总体观感好，线形流畅；码头前沿线稳定顺直，胸墙沉降量小；码头卸煤机营运正常。

3）外海施工条件恶劣，工期长，不可预见因素多，施工单位应做好前期的自然条件的调查，认真制定施工进度计划和节点目标，加大船机等机械设备、人员、物资的投入，加强现场管理，严格按图施工。只有通过合理组织施工，加强风险管理才能减少不必要的损失。

[1]中交第一航务工程局有限公司.港口工程施工手册[M].北京：人民交通出版社，1994.

[2]JTJ 290—98，重力式码头设计与施工规范[S].

[3]JTJ 298—98，防波堤设计与施工规范[S].