排海管包封混凝土干法施工工艺

王晓东，崔志海

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

高桩码头排海口施工受潮位变化影响大，常需赶潮施工，由于其底标高较低，每个潮水作业时间有限，为了能进行施工，通常做法是增加机械设备及人员投入，待到潮位合适时抢工作业，这样既增加了成本，包封混凝土施工质量还不能得到保障，为了等待作业时机，其他作业还需停止，影响整个施工进度。本文主要介绍了排海口包封混凝土干法施工[1]，既节约了人员设备投入，保障了施工效率，又保证了包封混凝土的施工质量，取得了良好的效益。

1 工程概况

天津港大沽口港区粮油区6、7号通用泊位工程[2]在天津临港经济区内，位于天津港大沽口港区北侧岸线中部，已建粮油码头2号、3号泊位东侧约550 m。工程新建2个通用泊位，码头岸线按照同时停靠2艘10万吨级散杂货船布置规划，码头为高桩梁板结构，连片满堂式布置，共分10个结构段，长度584 m，宽度82 m，其中码头前桩台宽30.4 m，桩基采用准1 000钢管桩，码头后桩台宽51.6 m，桩基采用灌注桩及混凝土方桩。

本工程[2]共设置3处结构形式相同的排海口，排海口包封混凝土设计底标高+0.68 m，顶标高为+3.31 m。挡土墙外侧包封混凝土长度为7.62 m，此部分施工受潮位影响大，本文介绍的干法施工工艺就是针对此部位。

2 工艺概述

挡土墙外侧单个排海口的包封混凝土加排海管的重量为109 t，现场起重设备均达不到整体起吊安装能力，采用起重能力更强的起重设备又会产生较高的费用，因此根据现有设备起吊能力，将包封混凝土分为预制部分加现浇部分，预制部分重量为27.6 t，可在排海口后方陆地就近预制，预制成形后采用履带吊进行吊装，吊装就位后安装排海管，最后进行二步包封现浇。

传统现浇工艺与干法施工工艺断面图对比见图1。

图1 工艺对比图Fig.1 Technology comparison diagram

2.1 施工流程

该工艺首先经过设计单位变更，施工时首先预制一步包封混凝土，预制成形满足起吊条件之后，根据潮位择机开挖岸坡，再安装包封预制段，其次安装排海管，最后浇筑二步混凝土。

2.2 设计变更

2.2.1 设计变更原则

在进行变更设计时，首先考虑现场机械设备性能，变更后必须能够进行整体预制及吊装；其次结构具有稳定性，吊装时预制部分不能发生破坏；最后须达到后续排海管安装及现浇混凝土时施工方便，保证质量。

2.2.2 结构形式设计

原设计[3]排海管底部包封混凝土厚度最薄为460 mm，侧壁最薄位置为315 mm，全部为素混凝土，可知，该结构在后期是稳定的。为了最大程度保留原设计[3]外形，故预制部分外形尺寸沿用原设计，为保证起吊稳定性，预制时在底板及侧壁增加钢筋。经过核算，预制段底板厚度为300 mm，侧壁厚度为200 mm，即可满足吊装稳定性。

2.2.3 抗浮计算

包封预制段安装后底面标高为+0.68 m，顶标高为+2.84 m，高潮时水面标高按设计高水位考虑为+4.3 m，可知，高潮时预制段整体被淹没。预制段重量为27.6 t，预制段体积为11.04 m3，海水密度为1.025 kg/m3，因此所受到的浮力为11.32 t。因此预制段安装后依靠重力即可抵抗海水浮力。

2.2.4 止排水设计

在预制段前端预留挡板安装凹槽，分别在包封预制段吊装前及排海管吊装后安装两道挡板形成抽水隔间，可实现海水浸没预制段之前预制段内干燥，在退潮之后，在隔间中安装抽水泵可将预制段内海水排出，实现混凝土干法浇筑。

2.2.5 吊点设计

根据JTS 151—2011《水运工程混凝土结构设计规范》[4]中吊环设计相关内容，吊环尺寸可由式（1）求得：

式中：A为单个吊环钢筋截面积，mm2；F为构件的总重力计算值，N；n为吊环数，当一个构件设置4个吊环时，按3个受力计算；fy为钢筋的抗拉强度设计值，N/mm2。

经计算，选取型号为HPB300直径14 mm的钢筋，布置4个即可满足要求，根据现有材料，选择型号为HPB300直径20 mm的钢筋，布置4个做吊点[4]。

2.3 施工方法

2.3.1 一步包封混凝土预制

包封混凝土预制部分在排海口后侧陆地就近预制[5-6]。为保证吊装的整体性，该部分由素混凝土变更为钢筋混凝土结构，并在底部设计吊点[4]，供吊装使用。预制采用现有定形钢模板，分三步进行，第一步预制底板，第二步及第三步分别预制2个侧墙，每步衔接部位均进行凿毛处理，保证后浇部分的黏结力。预制部分成形效果见图2。

图2 预制段成形图Fig.2 Precast section forming drawing

2.3.2 排海口开挖

排海口开挖采用上臂挖掘机，开挖时需根据潮位选择作业时间。以往类似工程施工时，由于施工人员需要进入开挖的基槽内进行支模作业，因此在开挖时需根据标高进行侧向放坡，导致开挖工程量较大，并且开挖的斜坡受潮水浸泡后极易发生塌陷，导致坡面不易成形。采用包封混凝土干法施工时，无需在开挖的基坑内支拆模板，可以缩小开挖的范围，减少开挖量，节约成本，降低施工人员风险。

2.3.3 包封预制段吊装

首先根据设计要求进行基础结构层施工，整平、铺碎石垫层后采用180 t履带吊将包封预制段整体吊装就位，根据设计位置进行精确调整。

吊装前，在预制段海侧入口端安装木板制作而成的封口板，使其形成闭合空间，隔绝海水与预制段，便于后续形成抽水隔间。预制段安装后效果见图3。

图3 预制段吊装就位Fig.3 Hoisting into position of precast section

2.3.4 排海管吊装与拼接

根据设计要求，排海口采用内径为1 600 mm，壁厚160 mm，单段长度2.5 m，重量5.5 t的排海管，用履带吊逐段吊装，在包封预制段内拼接成整体。拼接后安装第二道封口板，形成抽水隔间。第二道封口板同时兼顾混凝土模板作用，使二步包封混凝土成形。排海管安装后BIM模型效果见图4。

图4 排海管安装后效果图Fig.4 Effect drawing after installation of sea discharge pipe

2.3.5 二步包封混凝土浇筑

二步包封混凝土浇筑之前，在抽水隔间中安装潜水泵，将涨潮时进入预制段内的海水抽出，此时预制段内即可形成干燥闭合环境，满足混凝土浇筑条件，采用履带吊吊灰斗进行浇筑，包封预制部分充当了“模板”。

2.4 施工注意事项

2.4.1 安全注意事项

该分项主体施工为临水作业，施工人员需采取临水作业防护措施，确保人员安全；预制段吊装前起重作业人员需核实起重设备及吊索具是否满足起吊要求，吊装时需严格按照起重作业操作规程进行，避免出现违规操作造成机损事故，起重作业时现场需设置监护人，确保过往行人安全；整个施工过程中需要关注天气及潮位变化，合理安排作业时间，避免出现赶工现场，增加施工危险性。

2.4.2 质量注意事项

预制段采用陆地预制方式可有效保证分步浇筑混凝土的衔接质量，由于预制部分增设了钢筋，重点控制钢筋保护层[7]满足规范要求；预制完成后及时进行养护，起吊前检查同条件试块强度[5-6]，强度达到100%之后方可起吊；起吊及安装过程中需注意成品保护，避免磕碰已完成的其他主体工程；现浇混凝土应重点控制抹面质量，保证混凝土外观要求。预制及现浇工程均按照JTS 257—2008《水运工程质量检验标准》[8]进行验收。

2.5 工艺优势

1）经统计，与传统现浇工艺相比，干法施工单个排海口可节约费用约3万元，经济效益明显。本工程共3个排海口，共节约成本约9万元。

2）由于采用该工艺时包封混凝土在陆地进行预制，相比水下现浇混凝土，该工艺可有效保证工程实体质量，并且提高混凝土外观质量。

3）采用该工艺可减少施工人员涉水作业时间，保证人员安全。

2.6 经济效益分析

排海口包封采用干法施工相比传统现浇工艺，增加了部分钢筋，并且需要钢筋工施工，但整体从人、材、机方面均有较大的节省。采用不同工艺时单个排海口包封混凝土施工效益对比见表1。本工程3个排海口全部采用了干法施工，传统现浇工艺相关数据是通过调查以前类似结构施工总结得出的。

表1 单个排海口包封混凝土施工效益对比表Table 1 Comparison table of construction benefits of single drainage outlet encapsulating concrete

3 结语

港口与航道工程项目标准提高、成本加大，传统的水工施工企业要在新形势下持续发展，保障效益是不得不考虑的因素。而码头工程诸多工艺已延续多年，形成定式，可以通过微创新优化工艺，节约成本，保障安全。排海管包封混凝土干法施工工艺突破了传统思维模式，将涉水作业改为陆地施工，充分利用了现场机械设备及人员，大大提高了效益，具有推广价值。