溫焰清,王多垠,宋成濤,黃 然
(重慶交通大學(xué)河海學(xué)院,重慶400074)
港口碼頭施工水位的概念在現(xiàn)有的港口工程水工建筑物的著作和有關(guān)規(guī)范中均未明確,目前最可靠的概念,即當(dāng)水工建筑物施工時(shí),為完成某項(xiàng)工程水上作業(yè)工程量所需的時(shí)間,在水位過(guò)程線上所確定的相應(yīng)水位[1],是含有完成某項(xiàng)水上施工作業(yè)工期概念的水位。
工程中,施工水位確定得是否合理將直接影響到碼頭的施工質(zhì)量、施工效率、施工工期和經(jīng)濟(jì)效益。因此,施工水位的合理確定在港口碼頭設(shè)計(jì)中應(yīng)得到足夠重視,特別應(yīng)滿足施工可行的要求。
施工水位往往不是一個(gè)定值,設(shè)計(jì)上一般是根據(jù)施工的需要與可能在一定變化范圍內(nèi)選取。山區(qū)河流具有枯洪水位變幅大、洪水歷時(shí)短的特征[2],以長(zhǎng)江上游河段最為典型,其枯洪水位變幅可達(dá)10~40m,某些河段一晝夜水位漲落可達(dá)10m以上。但河床底質(zhì)一般較好,往往是砂卵石及巖基。山區(qū)河流碼頭施工水位通常比設(shè)計(jì)低水位高出1.5~2.0m左右。對(duì)于采用圍埝干地施工的碼頭,其圍埝的施工水位一般比常年枯水位高出1.0~2.0m,即在圍埝內(nèi)的施工期達(dá)4~5個(gè)月,一般不超過(guò)半年,其水位頻率根據(jù)工程的大小可選20% ~50% 之間[3]。
設(shè)計(jì)某高樁桁架式碼頭時(shí),欲確定樁帽現(xiàn)澆的施工水位,其前排最低樁帽底標(biāo)高將作為其施工水位的參考值,樁帽現(xiàn)澆混凝土工程量為Q,混凝土澆筑的綜合能力為P(包括每小時(shí)完成攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗等的方量),澆筑時(shí)間則為:t1=Q/P。因此,該分項(xiàng)工程施工所需的時(shí)間,即低于某水位可以完成此工程的最短時(shí)間t為:t=t1+t2+t3。其中t2為混凝土初凝時(shí)間,t3為桁架安裝時(shí)間。再根據(jù)碼頭所在地施工期間的水位過(guò)程曲線就可確定該樁帽現(xiàn)澆混凝土的施工水位。
寸灘一、二期工程施工水位以下的部分結(jié)構(gòu)于三峽成庫(kù)之前已完成,成庫(kù)之前寸灘河段水位變幅大、洪水歷時(shí)短,其枯洪水位變幅可達(dá)33m,某河段一晝夜水位漲落可達(dá)10m以上,但河床底質(zhì)較好,較多河段是砂卵石及巖基。其設(shè)計(jì)施工水位比設(shè)計(jì)低水位高出2.0m左右。三峽水庫(kù)成庫(kù)前寸灘河段每年小于等于160.00m水位的連續(xù)天數(shù)大約為6個(gè)月,即有半年的枯水期可供施工,因此采用在枯水期筑島施工和水下預(yù)制安裝的方法,能夠保證在6個(gè)月內(nèi)完成水上施工任務(wù)。具體所選擇施工水位見(jiàn)表1。
表1 寸灘碼頭一、二期施工水位對(duì)比Tab.1 Comparison of the construction water level of Cuntan Wharf projectⅠand Ⅱ
三峽水庫(kù)蓄水后,重慶寸灘港便位于庫(kù)區(qū)變動(dòng)回水區(qū)內(nèi),該河段處于低山丘陵區(qū),河道比較寬闊,水量充沛,水位變幅大,水情變化主要受金沙江、岷江及嘉陵江來(lái)水變化影響。據(jù)多年統(tǒng)計(jì)資料,在1—3月處于枯水平穩(wěn)時(shí)間,從4月下旬起出現(xiàn)小峰并逐漸進(jìn)入中高水期,7—9月多為洪水期,11月以后,呈緩慢降落狀態(tài)。年最低水位常出現(xiàn)在2月中旬—3月下旬。據(jù)寸灘水文站的實(shí)測(cè)資料,三期港區(qū)水位特征值及設(shè)計(jì)水位為:
歷年最高洪水位:189.96m;
歷年最低枯水位:156.52m;
設(shè)計(jì)高水位:190.92m;
設(shè)計(jì)低水位:158.02m;
2006—2009年最低通航水位:158.02m。
蓄水后,寸灘河段具有天然河流和水庫(kù)的雙重性,在汛期流量較大的排洪泄流期,具有天然河流特性;在汛后流量較小的蓄水期,受水庫(kù)蓄水的影響,又具有水庫(kù)特性。因此,全年4、5月份水位為最低。分析成庫(kù)后每年平均水位(表2),利用寸灘水文站實(shí)測(cè)資料整理,作出2008年10月—2009年10月1a水位過(guò)程線,如圖1。
表2 三峽水庫(kù)建成后每年各月份平均水位Tab.2 Average monthly water table after the completion of Three Gorges Reservoir
圖1 2008—2009年水位過(guò)程線Fig.1 Level hydrograph from 2008 to 2009
據(jù)三峽水庫(kù)建成后每年各月平均水位表暫取經(jīng)驗(yàn)值160.00m(設(shè)計(jì)最低水位 158.00m+2.00m)開(kāi)始分析,據(jù)寸灘水文站提供2008—2009年水位記錄資料整理結(jié)果,如表3。
表3 水位小于等于160.00m可施工連續(xù)天數(shù)Tab.3 Construction of consecutive days when the water level is less than 160.00m
由上可知,經(jīng)驗(yàn)值160.00m作為施工水位,可連續(xù)施工天數(shù)太短,因此,不能完成施工任務(wù)。因寸灘港常年水位差25m,最大水位差可達(dá)33m,現(xiàn)取161.00~168.00m水位分析。由表4得知,天然情況下,每年7—9月為洪水期,扣除洪水水位,結(jié)果如表5。
表4 天然情況下每年各月份平均水位Tab.4 Monthly average water table in natural situation in Cuntan River
表5 各水位可施工連續(xù)天數(shù)Tab.5 Construction of consecutive days on each water level
碼頭結(jié)構(gòu)(圖2)總長(zhǎng)269m,共39榀排架,樁基由234根灌注樁組成。施工中分9個(gè)結(jié)構(gòu)段平行作業(yè),施工水位以下設(shè)有1層系纜平臺(tái)(標(biāo)高+162.00m)。該平臺(tái)采用鋼橫撐與鋼系船梁組合結(jié)構(gòu),由39套鋼橫撐及20套鋼系船梁組成,施工中采用陸上焊接部分構(gòu)件、水上組裝焊接工藝。平均每安裝一套鋼橫撐、鋼系船梁需要12h,安裝每個(gè)系船柱平均需要0.5h,為確保工期,施工中加大焊接鋼構(gòu)件的人員、設(shè)備等的投入,鋼結(jié)構(gòu)部分施工共需60 d左右。灌注樁正常成孔5 d左右,地梁7~10 d澆注一段,按每根灌注樁施工時(shí)間為10 d計(jì)算,樁基施工與鋼結(jié)構(gòu)焊接流水施工平行作業(yè)。假設(shè)施工機(jī)械臺(tái)數(shù)為5臺(tái)班/d,3班/d,不出現(xiàn)特殊情況下保守計(jì)算,下部結(jié)構(gòu)施工需110 d左右。
圖2 碼頭結(jié)構(gòu)斷面(單位:m)Fig.2 Diagram of wharf structure section
參照各水位可施工連續(xù)天數(shù)表,若確定施工水位為164.00m,雖剛好滿足施工天數(shù)要求,但沒(méi)有預(yù)留出現(xiàn)洪水特殊情況的富余時(shí)間,施工進(jìn)度和質(zhì)量不能得到保證。因此,取寸灘三期施工水位為165.00m(黃海高程),即一年中寸灘三期工程水下連續(xù)施工時(shí)間約為120 d(3~6月份),可滿足施工要求。
三峽水庫(kù)成庫(kù)前傳統(tǒng)的架空直立式碼頭水上作業(yè)的施工方法多為利用枯水期筑島施工或是水下采用預(yù)制安裝。三峽水庫(kù)成庫(kù)后庫(kù)區(qū)變動(dòng)回水區(qū)將面臨長(zhǎng)歷時(shí)大水深和大變幅水位問(wèn)題,已經(jīng)基本上沒(méi)有枯水期,考慮到防洪、通航及經(jīng)濟(jì)造價(jià)等方面,采用筑島施工等傳統(tǒng)的施工方法已不能滿足施工要求。因此,在特種條件下,寸灘三期工程同樣采用大部分水下構(gòu)件在陸上預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)安裝的方法。而碼頭平臺(tái)樁基施工需在水上進(jìn)行,則通過(guò)打設(shè)鋼護(hù)筒、筒內(nèi)鉆孔灌注成樁[5]。另外,施工水位以下設(shè)1層系纜,為便于施工及整體結(jié)構(gòu)受力合理,采用在靠船構(gòu)件下方加設(shè)1根直徑為Φ2m基樁;施工水位以下的系船梁采用預(yù)制鋼系船梁,橫撐采用預(yù)制鋼橫撐,安裝工藝為焊接。此方法雖然可行,但在一定程度上會(huì)增大不少施工難度和工程造價(jià)。因此,施工水位以下系靠船設(shè)施筆者建議亦可采用浮式系靠船設(shè)施或柔性靠船樁等。
港口碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,確定施工水位時(shí),設(shè)計(jì)人員并不能很好的全面考慮到施工具體條件及施工單位的設(shè)備能力,所以由此造成的水上工程量大而施工時(shí)間較短的矛盾時(shí)有發(fā)生,這就要靠設(shè)計(jì)單位和施工單位共同努力,通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)形式和施工技術(shù)的改進(jìn),來(lái)滿足經(jīng)濟(jì)及結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)要求。
此外,庫(kù)區(qū)變動(dòng)回水區(qū)水位與天然情況發(fā)生了根本性的改變,致使庫(kù)區(qū)施工水位大幅度提高,對(duì)于這種特殊的自然水位環(huán)境,在加強(qiáng)施工效率的同時(shí),更有效的方法應(yīng)該是改進(jìn)碼頭的結(jié)構(gòu)形式,在滿足使用需求和結(jié)構(gòu)要求下,通過(guò)減少部分樁柱及聯(lián)系撐的數(shù)量,以解決施工期短暫和水上作業(yè)量大的矛盾。因此,具有足夠強(qiáng)度和剛度的“大樁柱、大跨度”的架空直立式結(jié)構(gòu)將是庫(kù)區(qū)碼頭的主要發(fā)展方向[6-7]。
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