楊偉飛 杭州港灣交通設(shè)計(jì)咨詢有限公司

1.前言

近幾年隨著浙江水泥產(chǎn)能的持續(xù)飽和，為了節(jié)約資源，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本和響應(yīng)國家政策，某水泥企業(yè)主動(dòng)關(guān)閉了部分生產(chǎn)線，將關(guān)停項(xiàng)目的能耗、環(huán)保排放總指標(biāo)進(jìn)行減量置換，在湖州德清優(yōu)化升級(jí)建設(shè)綠色智能化水泥粉磨生產(chǎn)線，利用其水運(yùn)優(yōu)勢建成大型水泥粉磨生產(chǎn)基地。項(xiàng)目投產(chǎn)后總產(chǎn)能將達(dá)到600萬噸/年，湖州地區(qū)粉磨產(chǎn)能將更加集中，以此來降低生產(chǎn)成本，從而提高產(chǎn)品市場競爭力。本碼頭作為水泥廠自備碼頭承擔(dān)企業(yè)生產(chǎn)所需原材料的進(jìn)口業(yè)務(wù)，可以充分發(fā)揮水運(yùn)優(yōu)勢，降低企業(yè)物流成本，增強(qiáng)企業(yè)競爭力，為企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

2.碼頭工程概況

該碼頭位于一條現(xiàn)狀Ⅵ級(jí)、規(guī)劃為內(nèi)河限制性Ⅴ級(jí)航道北岸，原為老水泥廠的配套碼頭，始建于2003年，老碼頭泊位等級(jí)為100噸級(jí)。老碼頭建設(shè)時(shí)間較早，相關(guān)結(jié)構(gòu)圖紙已丟失。由于現(xiàn)狀碼頭前沿航道普遍通行300噸級(jí)以上船舶，老碼頭泊位靠泊能力不足，碼頭前沿水深較淺，現(xiàn)狀碼頭外觀較差，部分水工結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重，考慮船舶大型化的發(fā)展趨勢，老碼頭結(jié)構(gòu)已無法滿足現(xiàn)行船舶靠泊要求，存在安全隱患。為合理利用現(xiàn)有碼頭岸線資源，規(guī)范碼頭安全作業(yè)，企業(yè)決定在改造廠區(qū)的同時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)馗酆焦芾聿块T的意見對(duì)現(xiàn)有老碼頭進(jìn)行整改提升。碼頭共布置11個(gè)300噸級(jí)泊位（其中新建的4個(gè)泊位碼頭結(jié)構(gòu)按?？?000噸級(jí)船舶進(jìn)行設(shè)計(jì)），整個(gè)碼頭使用岸線約505m。碼頭建成后主要服務(wù)于后方生產(chǎn)基地熟料和混合材等生產(chǎn)原料的運(yùn)輸需要，碼頭預(yù)測年吞吐量為780萬噸，年設(shè)計(jì)通過能力800萬噸。

3.設(shè)計(jì)條件

3.1 設(shè)計(jì)水位

碼頭所在航道屬杭嘉湖平原河流水系，水位穩(wěn)定，基本無波浪。常水位期基本無流速，遇20年一遇洪水，流速僅為0.22 m/s。本工程設(shè)計(jì)高水位為2.40m（設(shè)計(jì)最高通航水位，85國家高程），設(shè)計(jì)低水位為0.66m（設(shè)計(jì)最低通航水位）。

3.2 設(shè)計(jì)代表船型

本碼頭泊位等級(jí)為300噸級(jí)，其中新建碼頭結(jié)構(gòu)按?？?000噸級(jí)船舶進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)代表船型尺度見表1。

表1 設(shè)計(jì)代表船型尺度表[1]

3.3 地質(zhì)條件

工程場地地勢基本平坦，局部略有起伏；水域部分受河床沖刷影響，起伏較大。工程在勘探深度范圍內(nèi)地層按其成因類型、物理力學(xué)性質(zhì)差異可劃分為5個(gè)工程地質(zhì)大層，細(xì)分為8個(gè)亞層。擬建場地分布有軟土，區(qū)內(nèi)軟土層主要為②層淤泥質(zhì)粘土，軟土為海相沉積層，具高含水量、低強(qiáng)度、高壓縮性，有較明顯的流變、觸變特性，層厚5.40m～15.50m。

4.碼頭平面布置

本工程考慮對(duì)老碼頭整體岸線全部按照300噸級(jí)泊位重新進(jìn)行布置，新建一個(gè)港池，改建一個(gè)港池，同時(shí)對(duì)保留的原有碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行提升加固。

本工程共建設(shè)8個(gè)300噸級(jí)散貨作業(yè)泊位和3個(gè)待泊泊位，按照從東到西依次排列。1#～4#泊位屬于新建泊位，分別位于兩個(gè)挖入式港池的兩側(cè)，其中1#、2#泊位的位置基本保持不變，但由于原有老港池結(jié)構(gòu)老舊，已無法適應(yīng)船舶大型化的趨勢，需要將原有水工結(jié)構(gòu)拆除重建；在原有老港池西側(cè)約25m處新建一個(gè)挖入式港池，港池兩側(cè)分別為3#、4#泊位。由于受后方工藝布置的限制，兩個(gè)港池的深度基本與現(xiàn)有老港池保持一致，為29m，港池寬度均為27m。因泊位長度不足，但港池口門外現(xiàn)狀為向岸側(cè)凹進(jìn)的一片水域，不在主航道范圍內(nèi)，擬在港池口門外水域適當(dāng)設(shè)置靠船墩以滿足船舶的靠泊要求；同時(shí)為便于船舶裝卸作業(yè)，將固定式起重機(jī)也設(shè)置在該水域內(nèi)，新建吊機(jī)墩作為固定式起重機(jī)的基礎(chǔ)。為了盡量避免碼頭在進(jìn)行貨物裝卸過程中產(chǎn)生的粉塵造成大氣污染，在裝卸設(shè)備旁邊配套設(shè)置除塵設(shè)施的同時(shí)，在碼頭1#～5#泊位（熟料卸船區(qū)）設(shè)置一個(gè)環(huán)保棚將該區(qū)域全部籠罩在內(nèi)，環(huán)保棚網(wǎng)架投影面積約9935m。碼頭5#～11#泊位屬于改造泊位，需對(duì)原有老碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，其中5#、6#、8#和10#泊位為散貨作業(yè)泊位，需要對(duì)原有老吊機(jī)進(jìn)行更換，并適當(dāng)調(diào)整吊機(jī)位置以滿足今后的裝卸工藝要求；其余泊位為待泊泊位。碼頭后方為水泥廠，設(shè)有相應(yīng)的熟料庫和混合材堆存區(qū)。

本碼頭距離上游最近的橋梁約1.0km，滿足碼頭與橋梁之間2倍設(shè)計(jì)船長的安全距離要求。在合理運(yùn)營條件下，本碼頭的建設(shè)和運(yùn)營不會(huì)對(duì)其他工程造成影響。

老碼頭改造段加固后的前沿線基本位于老碼頭前沿線前方水域1.93m處。碼頭前沿線與航道中心線的距離基本都在50m以上，大于41m，滿足5倍船寬的距離要求。

5.碼頭結(jié)構(gòu)方案

5.1 碼頭結(jié)構(gòu)選型

常見的內(nèi)河碼頭結(jié)構(gòu)型式主要有重力式、高樁式和板樁式結(jié)構(gòu)。本碼頭既有新建結(jié)構(gòu)，也有改造結(jié)構(gòu)。新建部分為兩個(gè)挖入式港池，港池間距僅為25m，碼頭后方即為水泥廠，碼頭可利用陸域范圍較小。若采用高樁式結(jié)構(gòu)，需要大量開挖現(xiàn)有陸域，造成較大的水土流失，對(duì)地面超載和裝卸工藝變化的適應(yīng)性差，耐久性不如重力式和板樁式碼頭，構(gòu)件易損壞且難修復(fù)，造價(jià)較高。若采用板樁式結(jié)構(gòu)，其對(duì)施工機(jī)械和工藝的要求較高，需待后方場地地基處理完畢后再沉樁，總體施工速度較慢，且碼頭后方場地狹窄，設(shè)置錨碇結(jié)構(gòu)有困難。所以經(jīng)過綜合比選并結(jié)合當(dāng)?shù)赝愴?xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，本工程新建碼頭結(jié)構(gòu)采用重力式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐久，可承受較大碼頭地面荷載，施工比較簡單，維修費(fèi)用少，造價(jià)低，設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)比較成熟。新建港池前沿水域內(nèi)靠船結(jié)構(gòu)采用高樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)，在滿足靠船功能要求的同時(shí)，阻水面積較小，對(duì)河道行洪影響較小。

對(duì)于老碼頭改造段，由于原有老碼頭泊位等級(jí)僅為100 噸級(jí)，碼頭采用的是重力式擋墻結(jié)構(gòu)，而本次改造需將泊位等級(jí)提升至300噸級(jí)，根據(jù)現(xiàn)行的河港總體設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，碼頭前沿停泊水域范圍內(nèi)的河底高程需降低將近2m。為了盡可能減少對(duì)保留結(jié)構(gòu)的影響，確保碼頭結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)還要盡可能減少水域占用面積，本次碼頭改造結(jié)構(gòu)考慮在原碼頭前沿采用樁基結(jié)構(gòu)加固。

5.2 碼頭結(jié)構(gòu)方案

（1）新建港池碼頭。港池處碼頭采用低樁承臺(tái)重力式結(jié)構(gòu)，碼頭墻身上部采用C30現(xiàn)澆砼壓頂，墻身采用C25塊石砼結(jié)構(gòu)，墻高5.14m；下部采用C30鋼筋砼底板，底板下設(shè)C25素砼墊層和碎石墊層。墻后設(shè)置拋石棱體和倒濾結(jié)構(gòu)，最后采用宕渣回填并分層夯實(shí)。由于碼頭基礎(chǔ)下方存在較厚的軟弱下臥層，地基承載力不足，需要進(jìn)行地基處理。設(shè)計(jì)考慮在碼頭底板下方沿碼頭長度方向設(shè)置兩排鉆孔灌注樁，樁頂伸入底板內(nèi)，樁端進(jìn)入持力層。同時(shí)考慮在碼頭底板下方及擋墻后方一定范圍內(nèi)采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基加固處理。

（2）水域內(nèi)新建墩式結(jié)構(gòu)。本工程在兩個(gè)港池口門外水域內(nèi)共新建5個(gè)靠船墩、4個(gè)吊機(jī)墩和3個(gè)環(huán)保棚立柱基礎(chǔ)墩臺(tái)，這些水中新建墩臺(tái)全部采用高樁墩式結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為C30現(xiàn)澆鋼筋砼墩臺(tái)，所有墩臺(tái)頂面高程均與碼頭面高程保持一致，下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。為便于人員通行，相鄰的兩個(gè)墩臺(tái)之間設(shè)置人行鋼過橋連接。

（3）老碼頭加固結(jié)構(gòu)。本碼頭加固結(jié)構(gòu)段擬在原碼頭重力式擋墻前沿采用灌注樁加小板樁結(jié)構(gòu)加固，且加固結(jié)構(gòu)上部帽梁與原碼頭擋墻之間采用錨筋連接。先拆除老碼頭2.50m標(biāo)高以上墻身，在老擋墻頂面鉆孔并植筋，澆筑C30鋼筋砼帽梁。根據(jù)地質(zhì)情況以及碼頭所承受的荷載等情況確定灌注樁的尺寸及間距，緊貼灌注樁后側(cè)密打一排預(yù)制鋼筋砼板樁止土，板樁與原河岸間回填碎石。根據(jù)水利部門的意見，碼頭加固結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能減少占用現(xiàn)有水域，因此碼頭前沿加固樁基應(yīng)盡可能靠近原有碼頭岸線；同時(shí)還要考慮施工可行性，本次老碼頭加固結(jié)構(gòu)打入板樁后邊線與老碼頭底板前趾線間距應(yīng)盡可能小，具體應(yīng)在施工前先探明老碼頭前沿的水下地形后再根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

6.工程技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)

6.1 施工工序的合理安排

由于本工程既有新建結(jié)構(gòu)，也有改造結(jié)構(gòu)，碼頭結(jié)構(gòu)種類較多，施工環(huán)節(jié)較多，包括水泥攪拌樁地基處理、基坑開挖、樁基施工、圍堰施工、航道疏浚等等，需要注意新、老結(jié)構(gòu)的銜接，同時(shí)碼頭與后方廠區(qū)由不同的單位進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，交叉內(nèi)容較多，應(yīng)對(duì)施工先后順序進(jìn)行合理安排，否則不僅會(huì)影響工期，還會(huì)對(duì)碼頭的整體安全帶來不同程度的隱患。

首先，重力式碼頭需要干地施工條件，施工前需先設(shè)置圍堰，將圍堰內(nèi)部的水抽干后再進(jìn)行新建港池碼頭的施工；老碼頭加固段帽梁底部處于常水位附近，帽梁施工時(shí)也需要適當(dāng)設(shè)置圍堰，降低施工區(qū)域的水位。其次，重力式擋墻基坑開挖需在水泥攪拌樁達(dá)到一定設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行，先開挖至擋墻底高程，為上部結(jié)構(gòu)搭設(shè)模板提供便利，然后再進(jìn)行碼頭上部結(jié)構(gòu)的施工。

6.2 碼頭基坑開挖注意事項(xiàng)

碼頭基坑開挖需分段進(jìn)行，開挖棄土必須即時(shí)外運(yùn)，部分符合回填土質(zhì)量要求的土方應(yīng)臨時(shí)堆放在基坑頂坡線20m以外，且堆土高度不得超過1.5m?；娱_挖時(shí)必須做好排水措施，尤其對(duì)粉土和砂含量較高的土質(zhì)建議采用井點(diǎn)排水施工。本工程基坑開挖深度超過5m，施工單位應(yīng)結(jié)合施工時(shí)的實(shí)際情況制定相應(yīng)的深基坑支護(hù)方案，并應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)審查，審查通過方可實(shí)施。

6.3 灌注樁的質(zhì)量控制

本工程不管是新建部分的重力式擋墻基礎(chǔ)和水域內(nèi)新建的高樁墩臺(tái)，還是改造部分的碼頭加固結(jié)構(gòu)都涉及大量的灌注樁施工，因此灌注樁的質(zhì)量控制是本工程的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。灌注樁的施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行。本工程范圍內(nèi)部分老的建（構(gòu)）筑物需保留，施工時(shí)應(yīng)注意保留結(jié)構(gòu)的安全性。在進(jìn)行老碼頭結(jié)構(gòu)拆除施工過程中發(fā)現(xiàn)原老碼頭基礎(chǔ)下方存在大量塊石、松木樁等地下障礙物，難以清理，采用回旋式鉆孔灌注樁施工無法成孔作業(yè)，為了保證工期能夠滿足建設(shè)單位的要求，老碼頭沿線下灌注樁施工均需采用沖擊錘式鉆孔灌注樁成孔作業(yè)。

6.4 水泥攪拌樁的質(zhì)量控制

水泥攪拌樁的質(zhì)量控制是本工程新建碼頭的一個(gè)重點(diǎn)，將直接影響到重力式碼頭結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全。參考當(dāng)?shù)氐氖┕に?，一般單頭水泥攪拌樁的有效處理深度約為12m，而且深度越深，處理效果越差。考慮到工程區(qū)域淤泥質(zhì)土層深度較大，為確保施工質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，本工程考慮采用直徑為700mm的雙頭水泥攪拌樁，樁底到達(dá)淤泥質(zhì)粘土層底部。正式施工前應(yīng)按施工組織設(shè)計(jì)確定的攪拌樁施工工藝打設(shè)數(shù)根試樁，以最后確定水泥的摻合量、外加劑、水泥漿的水灰比、泵送時(shí)間、攪拌機(jī)提升速度等；必須保證樁身質(zhì)量與樁的入土深度。攪拌樁施工中需進(jìn)行全樁長的復(fù)攪，要防止樁體上下噴漿不勻、下部水泥劑量不足、上下部強(qiáng)度差異大等問題。水泥攪拌樁的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工的全過程，并應(yīng)進(jìn)行全程的施工監(jiān)理。

7.結(jié)語

隨著一些老碼頭的使用年限漸長，內(nèi)河船舶大型化、專業(yè)化以及碼頭轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要，杭嘉湖地區(qū)內(nèi)河港口工程很多都需要進(jìn)行提升改造。本碼頭不僅包含新建工程，還涉及到老碼頭結(jié)構(gòu)的拆除和改造，由于年限久遠(yuǎn)老碼頭相關(guān)資料缺失，加上工程所在區(qū)域地質(zhì)條件較差，且老碼頭基礎(chǔ)下方的地下障礙物要等到施工過程中將老碼頭結(jié)構(gòu)拆除后才得以被發(fā)現(xiàn)，給設(shè)計(jì)和施工增加了不少的難度。由于受多方條件限制，不僅設(shè)計(jì)階段需要對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方案比選逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)成果，施工階段也需要不斷根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)方案和施工工藝等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使碼頭結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)施性。