小开底驳船在窄桩间大棱体高桩码头抛石施工中的应用

周雯，褚凤龙，于德洲

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

1 工程概况

长兴岛公共港区1～3号通用泊位码头工程设计为梁板式高桩码头，长度786 m，码头平台宽34.1 m，共分3个泊位，每个泊位分4个结构段。基础为直径1.2 m的钢管桩，纵向共分84个排架，每排桩中心距为10.0 m（相邻结构段桩中心距为5.5 m），桩顶现浇钢筋混凝土桩帽，上部为安装预制预应力梁和叠合板结构，其上为现浇面板和磨耗层，码头后方为大抛石棱体接岸结构，抛石量近40万m3，抛石厚度15.3 m，后方回填开山石。接岸结构抛石棱体包括碎石棱体、50～100 kg护底块石、10～100 kg棱体块石、10～50 kg垫层块石、50～100 kg护面块石，总量约40万m3。码头结构段标准断面见图1。

2 抛石施工重点、难点分析

1）本工程属大棱体接岸抛石结构高桩码头，码头平台后方直接抛石接岸。抛石量大，且桩间距小（最小桩间净距4.3 m），桩间抛石施工时大型船舶无法作业，施工难度大。所以，确定合理的施工工艺、选择适用抛石船舶、合理安排各施工工序的衔接是关键。

2）受大棱体抛石影响，桩位偏差很难控制。受潮位、码头设计标高及现场施工进度、工序的限制，没有条件进行夹桩。所以，如何保证棱体抛石施工对桩位的影响是质量控制的关键。

图1 码头标准断面图

3 小开底驳的设计和配备

3.1 施工船舶的比选

能进行狭小桩间的抛石施工，是船舶选择的基本要求。主要按两种抛石方式考虑：一是船舶无需进入桩间区域就可进行桩间的抛石施工；二是船舶可直接进出桩间区域进行抛石施工。

按第一种抛石方式考虑，拟计划选用皮带机抛石船和方驳反铲抛石船，船可驻位于桩外侧，进行桩间抛石施工。

对于第二种抛石方式，主要从两方面考虑船型：一是船舶的外型尺寸，必须能自由进出桩间；二是抛石施工所需水域作业面要小，满足在桩间作业。基于以上两方面要求，借鉴了南方地区抛石施工经验，拟计划自行制造类似于当地海域养殖区渔民用的小型开底驳。

通过典型施工，第二种小型开底驳船较第一种具有较大的优越性：

1）形体较小，可自由穿梭于桩间，通过两种底部开口形式的设计，无施工死角，抛填可覆盖整个大棱体结构。

2）可完成粒径小到碎石及大到200～300 kg大块石的抛填，满足本工程的需要。

3）机动性好，指定地点补抛方便，不同于其他大型抛石船涉及到驻位等繁琐工序；同时在抛填施工过程中，开底驳船可在运动中完成下料，这是其他船舶无法相比的。

4）抗风能力在5级以上，也能够满足在0.5 m浪高下作业，抗风浪能力不比普通抛石方驳船差。

5）施工效率高。按总体施工计划和节点工期要求，若选用开底驳施工，需配备9条，若选用皮带机船或方驳反铲抛石船施工，则需配备6条皮带机船或9条方驳反铲抛石船。对于整个施工水域而言，根本不可能满足6条皮带机抛石船（或9条方驳反铲抛石船）同时作业，而完全可以满足9条小开底驳船同时施工。

6）采用开底驳船施工在管理及施工控制上均较为容易。

7）船舶成本较低。

通过以上的比较可以看出，小开底驳适合并满足抛石施工要求。

3.2 小型开底驳设计

设计外型尺寸为长8.0 m，宽3.45 m，型深1.35 m，仓体设计容量10 m3；船身主体采用10 mm厚钢板制成，除开底部位外，船身（前后及两侧）为空气仓结构。如图2所示。开底方式为中间开底和一侧开底两种方式。在船艏、艉设置手动卷扬，控制仓底开关。

按仓体设计容量10 m3进行验算：

开底驳浮力 ＝ρgV排＝1030 kg/m3×9.8 N/kg×25 m3=252.4 kN，船体自重为4800 kg，则：满载石料重量＝船浮力－船自重＝252.4 kN－4800 kg×9.8 N/kg＝205.4 kN，石料堆积密度按1.65 t/m3考虑，则：满载石料体积＝205.4×＝12.7 m3＞10 m3，开底驳满足设计容量10 m3使用要求。

图2 开底驳船平面图（中间开底）

3.3 小型开底驳配备

通过效率分析可知，配备9条小开底驳可满足施工工期要求。其中3条设计为一侧开底，6条设计为中间开底。

中间开底形式驳船的优点：减少了开底的吃水深度，同时对于桩间及桩后沿棱体的抛填和补抛较一侧开口施工更为方便。

一侧开底形式驳船的优点：专为护桩抛填施工设计，一侧下料使抛石更有针对性，便于使石料抛到指定的位置，不会出现施工死角。

4 小型开底驳抛石对桩偏位影响的跟踪监测

本码头工程基础为典型的软土地基，桩基采用直径1.2 m的钢管桩，桩长一般在48～61 m。沉桩后，自由端长度达到16 m。为观测抛石高差对桩偏位的影响，以便确定一套确实可行的施工工艺，特在典型施工阶段，选择了4根具有代表性的桩进行跟踪监测。

跟踪监测结果表明：

1）不论是直桩还是斜桩，当桩周边抛石高差大于1.5 m时，就会引起桩的偏位，随着抛石高差的加大，桩偏位大幅增大；

2）抛石高差对顺向斜桩的偏差影响最为明显，其次是直桩，最小是反向斜桩；

3）桩偏位后进行反向抛石纠偏效果不明显，直桩的纠偏回位率接近40%，但可以明显地判断出，随着抛石厚度的增加，纠偏回位率将越来越小。

因此本工程以顺向斜桩的偏位为抛石控制的重点；反向抛石进行桩位纠偏的效果不理想，必须随时进行桩位观测，确保桩不发生异常偏位；抛石施工时，必须打水砣跟踪监测抛石高差，控制桩周边抛石高差在1.5 m以内。

5 抛石施工方法与控制

5.1 抛石分区的设置及作业流水

设计要求水上抛填棱体抛石须不少于3层，首层抛填高度不大于4.0 m，各层抛填间隔不少于15 d。根据现场实际情况，如果按照设计的分层和间隔时间要求，则工期无法保证。充分讨论后提出了分3个区域抛填，间隔15 d的方案设想。抛石分区图如图3所示。

在抛石施工过程中，1、2区可同时施工，3区需在1、2区抛填完成15 d后方可再进行抛填施工。应严格控制各区域桩两侧抛石高差在1.5 m以内，合理控制分层厚度。

图3 棱体抛石分区示意图

纵断面上自码头1号泊位北端向南开始抛填，抛填采用分层、分段进行，形成阶梯形流水作业，把分层厚度控制在1.0～1.5 m范围内；横断面上，也采用分层抛填，形成阶梯形流水作业，分层厚度同样是控制在1.0～1.5 m，如图4和图5。

5.2 护桩抛填

在每一层施工过程中必须先进行护桩抛填，保证桩周围的抛石均匀同步达到分层标高后，再进行桩间及其他区域抛填，从而控制桩周围抛石高差。采用一侧开底的开底驳进行施工。抛石护桩示意图如图6所示。

5.3 桩间及桩后沿抛填

护桩抛填完毕后，小开底驳船到达桩区的指定地点进行抛填，起高的厚度要控制在1.0～1.5 m，按照阶梯流水段进行施工。桩间抛石采用中间开底驳船施工。

5.4 船位控制

由于周围有桩（桩帽），所以开底驳船定位较为容易控制。以桩帽为参照物，在其上做好标记，抛石人员在船上利用标尺标控制船位。

图4 横断面抛填流水作业施工示意图

图5 纵断面抛填流水作业施工示意图

图6 护桩抛填示意图

5.5 石料下落扩散范围及高点厚度控制

因施工区流速不大，经潜水检查，单驳石料下落至平坦底面的扩散范围不大，高点厚度平均为80 cm。据此，开底驳平面定位网格以船宽3.45 m为界，施工时间隔船位抛填，一排架内间隔抛满后，再补抛中间船位。

5.6 施工工序

1）每流水段抛石施工前，应先进行护桩抛石，即用一侧开底驳在桩周边先抛石保护。

2）因相邻结构段的桩排距最小（净距仅4.3 m），所以相邻结构段间抛石要安排在桩帽施工前进行。在桩帽施工完成后，再进行顶部－2.0 m以上部位的补抛施工。

3）充分考虑桩帽施工与抛石施工的干扰和交叉。在不影响桩帽施工的前提下，桩帽施工前、后均可进行抛石施工，工序可以穿插；在未进行桩帽施工的区域，抛石顶标高不能超过－2.0 m，为低潮位施工桩帽提供条件。

5.7 桩帽保护措施

开底驳船机动、灵活，可自由穿梭于桩间进行施工。为避免开底驳碰到钢管桩桩顶防腐涂层或桩帽混凝土侧面，在施工过程中主要采取以下4种方法来解决，取得了较好的效果。

1）加强施工人员的成品保护意识，提高施工人员的驾驶水平，保证严格按照操作方法施工。

2）使用废旧轮胎对开底驳船四周进行维护，减少碰撞带来的损坏。

3）合理安排工序，在施工过程中若风浪较大时，只进行桩区后沿棱体的抛填，不做桩间抛石。

4）夜间施工中，保证开底驳船上有充足的照明，同时在施工区域内每个桩（桩帽）周围贴好警示反光膜，保证夜间施工的安全和不发生对桩（桩帽）的碰撞。

5.8 桩位观测及相应措施

施工过程中，随抛石进展及时对桩位进行观测，根据桩偏位情况和趋势，适时调整抛石顺序和高差。

6 结语

1）在风力6级、浪高0.5 m以下的条件下，开底驳施工不受影响。

2）通过合理划分抛石区域，保证抛石间隔时间，严格执行工艺纪律，在未采取夹桩措施并抛石分层厚度在1.0～1.5 m的前提下，保证了桩未发生异常偏位。实测结果中，抛石引起的桩位偏差大都在1.0～3.5 cm之内，极少部分桩偏位超过了3.5 cm，最大偏位为5.0 cm。

3）在小开底驳本身灵活、机动的基础上，经过合理有效地施工组织，使接岸结构抛石施工平均效率高达5000 m3/工作日，远远超过了计划施工效率，有效保证了节点工期要求。整个码头接岸结构大棱体抛石水上抛石工程量近40万m3，只用9艘开底驳船就完成了全部水抛施工任务。施工船机成本比采用大型抛石船施工节省了近2/3。在保证施工质量、进度和安全的同时，也带来了巨大的经济效益。

施工实践证明，小开底驳的设计、制造及在施工中的工艺策划应用是成功的。

[1]JTJ291-98，高桩码头设计与施工规范[S].

[2]中交第一航务工程局.港口工程施工手册[M].北京：人民交通出版社，1994.

[3]陈平，袁孟全.高桩码头位移原因分析及其预防措施[J].中国港湾建设，2006（6）.