关于防波堤施工技术的探讨

曾晰 李思琦 中交一航局第三工程有限公司

运输类船舶逐渐向大型和重型发展，港口吞吐量也不断增长，海港建设项目发生很大变化，从最初的近岸建设转变为半掩护或者无掩护的深水区建设，使传统模式下的港口计划与施工等方面面临更多问题和挑战。基于此，本文对一种新型的结构在防波堤中的应用及施工技术问题进行探讨。

1.桶式结构在防波堤中的研究应用情况

法国是最先应用大直径薄壁圆筒结构的国家，随后，其他西方国家也逐渐开始加大在港口建设工程中应用这种结构。我国对于大圆柱壳结构的应用大概在八十年代初期左右，在天津港集团企业的组织和带领下，高校和科研结构针对插入式箱筒型基础防波堤结构展开深入全面的探究，并对箱型基础防波堤结构的原理、理论和模型等进行分析，结合分析结果完成工程建设。2003年天津港研究项目中应用的箱筒型结构是圆筒构件4个按照矩形对称构成的，4个圆筒通过竖向连接墙和顶板进行连接进而成为一体，向施工现场运输选择浮运方式，然后再加压使其进入土中。

和天津港所应用的箱筒型结构相比，本文所研究的新型桶式结构的差异性非常明显。本文所研究的新型桶式结构防波堤采用单桶结构，利用隔板将内部分成9个隔舱，这种结构并不具有对称性特征，对于沉放和托运等环节难度自然提升，因此需要在现有技术基础上进行创新和完善，使施工技术、控制水平都能得到提升。

2.新型桶式结构防波堤的主要优点

本文所研究的新型桶式结构防波堤的主要优点体现在以下几个方面：

第一，由于这种结构直接插进软土即可，因此原本的软土不需要清理，也不需要对原来软土进行改良。

第二，这种结构开工之前不需要过多准备工作，所以无需耗费过多时间进行准备，可实现多点施工，一般来说每月平均可完成20几件，进尺超过400米，在施工效率上更具有优势。

第三，施工过程结合液体和气体实际情况选择对应工艺和技术，对环境和水源的污染破坏程度很小，因此施工方法具有环保、节能和绿色的优势。

第四，针对同一项目来说，这种结构对应的投资成本和斜坡式砂石堤相比可减少至少十个百分点，因此具有投资更少的优势，而且砂石资源紧缺程度不断加剧。

第五，吹填段对于插入砂层的要求为最低1.5米，根据检测数据研究以及模型分析结果可以证实，这种结构稳定性更好，而且整体上更加美观。

3.新型桶式结构防波堤主要施工技术

3.1 浮游稳定性与安全性

本文所研究的新型桶式结构具有无底特点，因此在可行性分析中，气浮状态桶体浮游的安全性和稳定性保证成为重点分析内容，利用小倾角理论完成浮游稳定的计算，安全倾角不超过6°。在实际测试过程中物理模型实验的比尺为1:15.6，通过风速、航速、水流和波浪等状况下结构浮游稳定性的测试，测试结果证实浮游稳定性达到预期标准。

3.2 无底模板工艺

无底模板设计难度最大，需要对出运工艺和结构特征综合考虑和分析。反复进行数模演算和论证，为了更好的处理桶体在出运和前移时力系更好的转化，确定两端直线段底部选择固定底模，侧墙和中间隔墙底部选择活动底模板。底模板由固定和活动两种底模组成，固定底模应用在延桶体长度方向的两边，活动底模应用在中间部分。固定底模和活动底模的钢底模分别由钢筋混凝土预制块和千斤顶予以支撑。

3.3 桶体场内搬运工艺

对气囊和电动小车搬运方式比较分析后发现：后者优势更为显著，具有成本小、效率高、可靠性强、灵活便捷和安全性高等优势，所以搬运工艺选择电动小车方式。电动小车搬运工艺考虑到搬运和桶体预制特征提出以下要求：

首先，电动小车搬运在防落和顶升上都可以自动完成且保证同步，托盘气囊上驳工艺会影响电动小车高度，托盘气囊可调范围在950mm到1100mm之间。所以台车高度范围也在950mm到11mm之间，满载情况下为3200吨。纵隔墙底部为两台车顶升着力点，隔墙之间距离为6.5m，且都选择双轨道方式，轨道之间距离为0.7m。

其次，桶体搬运移动要及时，提高场地周转率，流水施工得到有效保证，使桶体预制进度进一步加快。

最后，中间底模在桶体下层混凝土强度达标后进行拆除，台车进入桶体底部，开启泵站同步顶升桶体5cm到10cm，桶体脱离后桶体通过台车前移到相应位置，台车使桶体移到第一个台座位置，使用气囊方式将桶体运送到船上。

3.4 气浮负压下沉工艺和自动化控制

3.4.1 桶体气浮和负压安装的基本原理

本文所采用的新型桶式结构的桶体气浮原理为:封底水位于桶底下，与下桶顶板间产生气腔，气腔产生相应气压，桶体气浮作业的前提是土体重力等于气浮力和封底水形成浮力的和，而且满足浮游稳定指标，其中，气浮力是由压缩气腔使其中的水排出而产生的。

本文所采用的新型桶式结构桶体负压下沉安装原理为:气阀打开，在重力作用下桶体开始下沉，水阀打开后继续下沉，当土体摩阻力等于桶体重力时将水阀和气阀关掉，通过抽水产生空腔并产生负压，负压会使桶体再次下沉，完成抽水后利用真压泵将其成为真空状态，桶体继续下沉直到满足设计提出的相应要求。

中间底模在桶体下层的混凝土强度符合标准后进行拆除，台车进入桶体底部，开启泵站同步顶升桶体5cm到10cm，桶体脱离后桶体通过台车前移到相应位置，台车使桶体移到第一个台座位置，使用气囊方式将桶体运送到船上。

3.4.2 气浮负压下沉自动控制

以桶体负压下沉和气浮特征为前提完成自动控制系统的设计和研发，可以将各个仓格对应气压、垂直度和桶体位置等数据进行展示，水阀和气阀的闭合和断开通过控制系统来负责，使下沉平衡性得到保障。

3.4.3 自动控制关键点

首先，操作平台安装完成，安装架等调整完成，桶体和GPS系统的影响也很重要。

其次，对海洋天气预报和气象信息实时收听和追踪，半潜驳下潜的同时在保证海洋实况较为优良时气浮作业开始执行，当风力等级为六级甚至更高级时，或者波高可能会比1m高时，这种状态下潜气浮作业是不能进行的。

最后连接水管和高压气管工作结束之后，对连接情况进行检测，主要对可靠性和牢固性进行检测，注意要将进气阀门关掉。

4.结语

与传统的结构相比单桶多隔舱钢筋混凝土桶体属于新结构的一种，对于海洋环境造成的污染情况控制在最低水平，在砂石料紧缺、软土地基符合相应水深条件时，可在地质环境中使用并对尽心推广。在风力发电、海上油气平台和围堤护岸等领域中该结构的应用都非常普遍。