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。

1 施工水位確定

1.1 山區(qū)河流施工水位確定

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，一般不超過半年，其水位頻率根據(jù)工程的大小可選20% ～50% 之間［3］。

1.2 施工水位確定過程

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程曲線就可確定該樁帽現(xiàn)澆混凝土的施工水位。

2 寸灘碼頭工程施工水位確定

2.1 寸灘一期、二期施工水位情況

寸灘一、二期工程施工水位以下的部分結(jié)構(gòu)于三峽成庫之前已完成，成庫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。三峽水庫成庫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表1。

表1 寸灘碼頭一、二期施工水位對比Tab.1 Comparison of the construction water level of Cuntan Wharf projectⅠand Ⅱ

2.2 寸灘三期施工水位確定

三峽水庫蓄水后，重慶寸灘港便位于庫區(qū)變動回水區(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，受水庫蓄水的影響，又具有水庫特性。因此，全年4、5月份水位為最低。分析成庫后每年平均水位(表2)，利用寸灘水文站實(shí)測資料整理，作出2008年10月—2009年10月1a水位過程線，如圖1。

表2 三峽水庫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年水位過程線Fig.1 Level hydrograph from 2008 to 2009

據(jù)三峽水庫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(標(biāo)高+162.00m)。該平臺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)械臺數(shù)為5臺班/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。

3 施工水位以下的施工方法討論

三峽水庫成庫前傳統(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。三峽水庫成庫后庫區(qū)變動回水區(qū)將面臨長歷時(shí)大水深和大變幅水位問題，已經(jīng)基本上沒有枯水期，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)場安裝的方法。而碼頭平臺樁基施工需在水上進(jìn)行，則通過打設(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。

4 結(jié)語

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，通過對結(jié)構(gòu)形式和施工技術(shù)的改進(jìn)，來滿足經(jīng)濟(jì)及結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)要求。

此外，庫區(qū)變動回水區(qū)水位與天然情況發(fā)生了根本性的改變，致使庫區(qū)施工水位大幅度提高，對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)將是庫區(qū)碼頭的主要發(fā)展方向［6－7］。

［1］張智洪，徐克健.關(guān)于確定河港碼頭施工水位的探討［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，20(1):100 －105.

［2］蔣宗燕，潘寶雄.河港工程港口水工建筑物的施工水位確定［J］.港口工程，1995(1):8 －14.

［3］張智洪.分類確定河港碼頭施工水位的探討［J］.中國港灣建設(shè)，2006(5):19 －23.

［4］JTJ 291—98高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，1998.

［5］劉家豪.水運(yùn)工程施工技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］王多垠，周世良，劉明維，等.三峽庫區(qū)變動回水區(qū)航運(yùn)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究［R］.重慶:重慶交通大學(xué)，重慶市航運(yùn)工程技術(shù)研究中心，2008.

［7］王多垠，周世良，劉明維，等.三峽庫區(qū)港口碼頭建設(shè)的基本原則探討［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，22(增刊):107 －111.

［8］曹周紅，劉曉平，沈志剛.山區(qū)河流碼頭型式及其發(fā)展趨勢［J］.湖南交通科技，2004，30(2):90 －92.