【摘要】倒桶式構(gòu)件是近年來(lái)在前海港口碼頭工程中出現(xiàn)的一種整體式直立防波堤鋼筋混凝土薄壁基礎(chǔ)構(gòu)件，具有大體積、可預(yù)制安裝等特性。構(gòu)件能否在工程中發(fā)揮設(shè)計(jì)作用，在其質(zhì)量符合要求的前提下，主要取決于構(gòu)件從預(yù)制場(chǎng)搬移上船、海上運(yùn)輸、駐位出船和下沉安裝等過(guò)程的質(zhì)量控制。本文從構(gòu)件特點(diǎn)、安全評(píng)估和出運(yùn)安裝角度出發(fā)，比較分析倒桶式構(gòu)件和沉箱基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)功能異同，總結(jié)分析了出運(yùn)安裝的安全控制因素，通過(guò)對(duì)比找到了相對(duì)于重力沉箱的成熟出運(yùn)工藝，該新型構(gòu)件的質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)。結(jié)論可望在構(gòu)件改型、出運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和類似構(gòu)件的安裝質(zhì)量控制中借鑒應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】倒桶式基礎(chǔ)構(gòu)件；淤泥質(zhì)海床；直立防波堤；出運(yùn)安裝質(zhì)量；風(fēng)險(xiǎn)控制因素

1、工程背景和構(gòu)件概述

隨著全球船運(yùn)貿(mào)易的發(fā)展，加上一帶一路戰(zhàn)略規(guī)劃需要的轉(zhuǎn)口貿(mào)易，深水港口和前海碼頭的建設(shè)成為必然需求。但我國(guó)東部海岸帶受多泥沙河流入海、地球自轉(zhuǎn)及大陸架結(jié)構(gòu)等因素影響，北起遼東灣、渤海灣，經(jīng)蘇北沿海、長(zhǎng)江口、杭州灣、閩江口、臺(tái)灣西岸，南到海南島西北部、欽州灣等的海岸帶均為平原（淤）泥質(zhì)海岸。在這樣的海床地質(zhì)條件下，常用的堤壩地基處理方案和拋石筑堤方法都不適合，會(huì)導(dǎo)致工程造價(jià)急遽升高。倒桶式構(gòu)件作為一種適用于深水軟泥地基的一體插入式直立防波堤基礎(chǔ)構(gòu)件，從2008年起經(jīng)過(guò)科研攻關(guān)和改型應(yīng)用而生，近幾年逐漸應(yīng)用到工程實(shí)踐中。

該構(gòu)件為預(yù)制鋼筋混凝土倒桶式結(jié)構(gòu)，分為上下兩桶，如圖1所示。上桶由兩個(gè)圓筒整體澆筑相接，底部沿下桶的短軸方向和下桶上蓋板連接，上部接高形成防波堤擋浪部分和堤面。下桶平面布局是兩個(gè)半圓弧段和一組矩形對(duì)邊組成的長(zhǎng)圓環(huán)形，無(wú)底有蓋，被2道橫板和2道縱板劃分成9個(gè)隔艙。下桶體闊口通過(guò)負(fù)壓沉入基槽或插入淤泥中形成防波堤的基床部分，整體具有豎向和水平的承載力和穩(wěn)定性。在構(gòu)件本身質(zhì)量符合要求的條件下，其能否發(fā)揮工程設(shè)計(jì)作用主要取決于桶體在出運(yùn)安裝過(guò)程中的質(zhì)量控制。

2、與重力式沉箱的比較

沉箱構(gòu)件作為成熟的港口碼頭筑堤方案，其出運(yùn)和安裝已經(jīng)積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)和施工技巧。將倒桶式構(gòu)件與重力式沉箱比較有助于借鑒沉箱出運(yùn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并找到不同點(diǎn)把握倒桶式構(gòu)件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的出運(yùn)安裝控制要點(diǎn)。表1從兩個(gè)基礎(chǔ)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、功能和出運(yùn)等方面做了比較分析。

由比較可知，兩者相同點(diǎn)為均有承載功能，出運(yùn)方案一致，可作為借鑒。但兩者結(jié)構(gòu)不同甚至形狀相反，其功能和對(duì)場(chǎng)地要求不盡相同，出塢和安裝工藝也不同。在整體上倒桶式結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，安裝技藝和控制要求更高，但整體性更好，一步到位，免除了大量的水下施工，經(jīng)濟(jì)性較好。考慮到出塢難度都不大且出塢方式類似，可以認(rèn)為兩者的主要區(qū)別是在海面或水中的安裝方式。在借鑒重力式沉箱的成熟出運(yùn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以認(rèn)為安裝控制應(yīng)該是倒桶式構(gòu)件出運(yùn)安裝的主要關(guān)注點(diǎn)，將在后文作重點(diǎn)介紹。

3、出運(yùn)安裝風(fēng)險(xiǎn)控制因素

構(gòu)件在合格預(yù)制完成后，最終功能能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求主要取決于運(yùn)輸和安裝的質(zhì)量控制。即在這一過(guò)程中要維持構(gòu)件的質(zhì)量安全，并正確安裝。表2從影響構(gòu)件質(zhì)量安全和功能的角度出發(fā)，分析總結(jié)了構(gòu)件出運(yùn)安裝風(fēng)險(xiǎn)的控制因素，并做了量化指標(biāo)以便控制風(fēng)險(xiǎn)和將后安全評(píng)估。

這些因素結(jié)合實(shí)際預(yù)測(cè)勘測(cè)數(shù)據(jù)可以評(píng)估出運(yùn)方案的安全性和可行性，也可以考慮相互間的聯(lián)系，計(jì)算構(gòu)件出運(yùn)安裝失效的風(fēng)險(xiǎn)。

4、出運(yùn)安裝流程

構(gòu)件出運(yùn)安裝流程可以分為以下三個(gè)階段：

1）構(gòu)件離開(kāi)預(yù)制場(chǎng)進(jìn)入半潛駁船；

2）拖運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)附近氣浮離開(kāi)駁船到達(dá)駐位；

3）下沉安裝

根據(jù)前面的比較，在借鑒沉箱出運(yùn)成熟工藝的基礎(chǔ)上，倒桶式構(gòu)件的質(zhì)量控制關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該主要在下沉安裝階段。這里簡(jiǎn)單介紹出運(yùn)過(guò)程中與沉箱出運(yùn)類似的前2個(gè)階段，詳細(xì)介紹下沉安裝階段。

4.1離場(chǎng)上駁

這個(gè)階段又可以拆解細(xì)分為以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：預(yù)制場(chǎng)地內(nèi)臺(tái)車搬運(yùn)、接駁碼頭前臺(tái)車、氣囊交接、氣囊滑動(dòng)上駁。

即倒桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在預(yù)制場(chǎng)地內(nèi)搬運(yùn)使用臺(tái)車，在36m碼頭面上實(shí)現(xiàn)臺(tái)車-氣囊體系轉(zhuǎn)換，上半潛駁船采用超高壓氣囊搬運(yùn)工藝。場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)包括臺(tái)車就位、頂升、移動(dòng)。構(gòu)件出運(yùn)時(shí)先拆除中間的活動(dòng)底模板，拖入移動(dòng)托盤(pán)和氣囊，用氣囊頂升后，卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引托盤(pán)將構(gòu)件向碼頭移動(dòng)并最終上駁，如圖2所示。上駁后用混凝土護(hù)墊支撐構(gòu)件，并固定構(gòu)件。

4.2海上運(yùn)輸和氣浮出塢就位

半潛駁運(yùn)輸構(gòu)件到現(xiàn)場(chǎng)后在下潛坑位置駐位，在起重船配合下將操控平臺(tái)安裝在上層圓筒上、系好構(gòu)件的控制錨纜。漲潮后半潛駁開(kāi)始下潛，構(gòu)件下桶充氣上浮，起重船就位助浮，達(dá)到設(shè)計(jì)高度穩(wěn)定后由起重船帶出，如圖3所示。而后輔助拖輪就位，共同拖帶桶體駛向基槽安裝位置。

4.3下沉安裝

如前所述，倒桶式基礎(chǔ)的特殊結(jié)構(gòu)決定了其下沉安裝階段是構(gòu)件出運(yùn)安裝的關(guān)鍵控制點(diǎn)。主要包括三部分：定位、自重排氣下沉和負(fù)壓排水下沉，工藝流程如圖4所示。

構(gòu)件在操控充氣平臺(tái)、起重船和輔助拖輪共同作用下，平穩(wěn)移動(dòng)到安裝位置附近后起重船重新拋錨，采用GPS等監(jiān)測(cè)措施開(kāi)始精確測(cè)量和定位，并在拖輪的配合下通過(guò)絞纜對(duì)構(gòu)件的中心和朝向進(jìn)行定位。起重船頂托倒桶式基礎(chǔ)構(gòu)件在軸線方向定位；起重船的錨機(jī)收縮連接桶體纜繩進(jìn)行橫向定位。

在精確定位構(gòu)件到安裝位置后，控制平臺(tái)打開(kāi)構(gòu)件下桶各隔艙的排氣閥門(mén)減小浮力，構(gòu)件在自重作用下開(kāi)始排氣下沉。直到下桶口距離泥面300mm時(shí)，暫停下沉，再次校核GPS定位，確認(rèn)無(wú)誤后緩慢下沉深入淤泥。由于淤泥并非均質(zhì)體，需要時(shí)刻監(jiān)測(cè)構(gòu)件的水平傾斜高差，超過(guò)100mm時(shí)需要開(kāi)啟或關(guān)閉相應(yīng)閥門(mén)做糾正。待空氣排盡后，結(jié)束這一環(huán)節(jié)的下沉，開(kāi)始排水負(fù)壓下沉。

啟動(dòng)排污泵或真空泵，抽出泥水，讓構(gòu)件在桶體內(nèi)負(fù)壓作用下繼續(xù)下沉。同理需要時(shí)刻監(jiān)測(cè)構(gòu)件的水平傾斜高度，如圖5所示，超過(guò)100mm時(shí)需要開(kāi)啟或關(guān)閉相應(yīng)泵做糾正，直到桶體安裝到位。

5、總結(jié)

倒桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體性好，免除了大量的水下回填施工，在深水淤泥區(qū)經(jīng)濟(jì)性較好。倒桶式直立防波堤基礎(chǔ)構(gòu)件作為一體式擋浪結(jié)構(gòu)能較好的適應(yīng)深水軟泥地基的地質(zhì)條件。其出運(yùn)安裝的質(zhì)量控制除了需要考慮常規(guī)出場(chǎng)運(yùn)輸?shù)囊恍╋L(fēng)險(xiǎn)因素外，質(zhì)量控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)主要在新出現(xiàn)的自重排氣下沉和負(fù)壓排水下沉的安裝階段。

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