天津港防波堤试验工程箱筒型基础结构施工简介

王辉刘锐

（天津临港工业区建设开发有限责任公司 中国 天津 300456）

0 前言

天津港发展规划中还需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，现采用的抛石堤和半圆体混合堤对水深和软土地基的适应能力有限，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，经有关设计院、大专院校、建设施工单位等进行理论分析、模型试验和结构优化研究，提出箱筒型基础防波堤结构，于2003年四季度开始进行本试验工程。

1 工程概况

天津港箱筒型基础防波堤试验工程为一种新型结构，位于天津港北大防波堤东外堤南端延长线上，试验工程轴线长68m，现场泥面标高-2.2~-2.6m，设计堤顶标高+5.3m。

该工程由三组独立的结构组成，每组结构体由上、下两部分组成，下部为箱筒形基础，采用负压法插入地基土中，上部分为钢筋砼直立圆筒结构。

2 关键工序工艺优化的研究

2.1 圆筒预制

由于考虑施工的具体需要，预制施工在半潜方驳上进行。首先在半潜驳上测量放线，然后按照测量放线铺底，待铺完底后，采用脚手架搭设钢筋绑扎骨架，搭设完毕后开始绑扎钢筋。

2.2 十字梁预制

十字梁采用蹲底预制，由于十字梁形状较复杂，故模板采用木模拼制，表面钉一层锌铁皮。铺好底后，进行钢筋绑扎、吊点安装、支立模板和混凝土浇注。最后对梁顶钢筋外伸处进行凿毛。

2.3 连接墙和现浇砼盖板施工

连接墙高8米、宽1.5米、厚度0.6米，四个连接墙将圆筒连成整体，施工时，先焊接两个圆筒预留的钢筋须子，然后支立模板，模板采用8米一次性支立，砼一次性浇注，采用加长振捣棒充分振捣。在连接墙处留一缺口，下降脚手管顶部的顶丝，模板向外倒运。

两侧和中间现浇盖板采用脚手架作为支撑，顶部立杆上放置顶丝以便调平和拆除，然后采用横纵方木和木板铺底。

2.4 现浇杯口和设备安装

上下圆筒通过杯口连接，杯口内径10.8米，高1.2米，厚0.6米。在绑扎盖板钢筋过程中，绑扎杯口钢筋。杯口模板采用钢模板，杯口高度控制在1.0m。

筒顶设备安装，每个圆筒安装抽真空泵2台，测压控制阀门两个，充气管2个。中间现浇盖板上安放1个充气管和一个测压孔。安装过程中必须确保接口的气密性。

3 圆筒基础结构试沉

第一组大圆筒经过三次试沉，前两次试沉由于圆筒结构气密性较差，理论计算圆筒入水4.8米可自行浮起，根据这一数值，半潜驳下沉到吃水4.8米，筒内气压低于设计的0.03MPa，未能起浮，于是对其进行修补。经过讨论及试验，确定修补采用环氧+玻璃丝布三油两毡的方法粘贴，并在圆筒内侧4米连接处与盖板连接处采用OR-JS弹性水泥聚合物防水涂料进行涂刷两遍，修补完毕后，经再次试沉，筒内气压达到设计参数，圆筒顺利气浮。

4 大圆筒现场沉放

4.1 气浮拖运过程的技术参数

为确保气浮拖运过程的安全，选定基础结构吃水4m，内外水头差3m，腔内气压0.03MPa；拖带力计算公式参考规范JTJ290—98规定的公式航速不大于2节，拖缆为Φ60-80mm尼纶缆，拖点位置设在筒体间竖向连接墙上，两侧各1个，Φ36圆钢拉环，距底部3m处。

4.2 沉放过程

a.基础结构的出运是指将半潜驳装载的基础结构从靠泊码头拖运至基础结构气浮下水水域。

基础结构气浮下水地点选择的原则是：该区域水深满足半潜驳下潜深度，能使基础结构气浮稳定离开半潜驳甲板，且该地点距基础结构设计下沉位置最近，避开主航道。

本试验工程三组基础结构均从南疆工作船码头出运至选定水域，航程7~3.5km。

b.现场定位控制

基础结构在水中为漂浮体，为使其能在设计位置下沉，本试验工程采用的定位方法是：

先设定位方驳（2000t），其右舷为基础结构西边线，在甲板上标定基础结构南北边线及中心线，在附近的北大防波堤堤顶设置全站仪，根据计算所得的方位角、坐标、距离，准确驻船定位。

当基础结构拖运接近定位方驳时，主拖轮交工50#解缆，由交锚3#向西顶推基础结构向定位方驳靠拢，同时通两根Φ60mm尼纶缆，连接基础结构与定位船的锚机，可用该缆绳收放，控制基础结构南北向位置，全站仪观测基础结构顶板上的中心标杆，根据其偏差值予以调整。

c.基础结构下沉控制

当基础结构定位确认无误后，由人工打开顶板上设置的排气阀门进行筒内排气下沉，由悬浮状态下沉至泥面上30cm后，测量再次精确定位，筒位满足设计要求后，最终入土下沉。

由于原泥面的高差及土质不均，基础结构入土下沉会产生倾斜位移，通过水准仪观测筒顶板上设置的3根标杆读数差值可得到反映，如高差超过10cm，可关闭相应部位的阀门进行调整，完成第一阶段下沉。

筒内气体排净，基础结构自沉结束，然后测量顶板高程，供第二阶段负压下沉调整作参考。

完成上述工作后，启动真空泵，进行抽水负压下沉，基础结构下沉大的一侧后开相应的真空泵，下沉小的一侧先启动真空泵，不间断的测量筒顶板高程，随时反馈，通过泵系控制柜随时调整各台泵开关，确保结构的平衡下沉，直至接近设计标高。

当真空泵出口处无水排出并有泥浆出现，即可关闭各真空泵。当潮位达到日最高潮时，再次开启泵系，通过大气压力和日最大水深压力组合作用检验基础结构是否继续下沉，维持30~60分钟，发现结构不再下沉，则沉放结束。

5 上部结构安装

防波堤上部结构为钢筋砼预制圆筒，采用200t起重船吊运安装。通过基础结构定位尺杆和经纬仪进行定位。安放好圆筒后，在杯口与筒之间每间隔一米位置安放钢楔子加固，然后分别灌入水下不离散砼。

防波堤圆筒内抛1m厚10~100kg块石，外侧抛护坦石。

6 结束语

6.1 技术创新

通过试验工程的实践，解决了箱筒型基础结构的气浮下水，拖运、下沉等关键工序的施工工艺，对今后防波堤向深水发展采用类似结构积累了经验。

利用压缩空气平衡自重（1300t~800t）及大气压力，在近海水域安全气浮拖运基础结构，最大航程达5.6km，在国内外尚属首次。气浮拖航技术是一种新技术，大型工程结构的气浮拖航在国内外尚属首次。

采用排气及负压法下沉，使基础结构下沉入土 7.5~ 8.1m。利用不同部位的排气阀门及真空泵，控制基础结构不同方位的下沉速率，从而达到基础结构的设计正位与平整度，操作简单、速度快、消耗能源少。

6.2 几点建议

因为前两组基础结构为砼结构，第三组基础结构为钢结构，二者对比：砼结构预制较为繁琐，且气密性是个难题；钢结构圆筒施工较快，而且钢圆筒自重较砼圆筒轻，吃水浅，利于在天津港地区施工过程控制。基础钢圆筒在托运过程中密闭性较高，不用充气保持平衡，而是通过放气调节圆筒平衡。钢结构底部端阻力小，利于基础结构下沉。

通过三组的沉放经验，基础结构浮运稳定是个关键课题，根据安装现场的泥面标高、水深情况，确定基础结构的吃水、筒内安全水头、拖带点等重要参数。

6.3 工程结论及意义

经过竣工后近5个多月的风浪、潮流作用（其中两次风暴潮达到了8~10级），测量观测沉降、位移均在5cm以内，说明结构的稳定性较好。

箱筒型基础结构防波堤试验工程在国内尚属首次，此次工程实践即积累了许多可贵经验，为将来正式工程的应用做了一次成功的尝试，同时为港口水工结构的革新开辟了新的思路。