魏 昂

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

引言

針對(duì)同一施工區(qū)域、相同施工特點(diǎn)的大型外海深水獨(dú)立墩重力式碼頭施工，筆者所在團(tuán)隊(duì)結(jié)合在老30萬(wàn)t原油碼頭施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持技術(shù)攻關(guān)創(chuàng)新，在新30萬(wàn)t原油碼頭施工中采用整平船機(jī)械整平、沉箱破冰錐體一體預(yù)制出水安裝、皮帶機(jī)進(jìn)行箱內(nèi)填石、上部結(jié)構(gòu)模板陸上預(yù)安裝的工藝代替老30萬(wàn)t原油碼頭采用人工整平、沉箱沒(méi)水安裝、小開體駁進(jìn)行箱內(nèi)填石、破冰錐體吊裝、上部結(jié)構(gòu)模板海上方駁吊機(jī)安裝的施工工藝，減少了復(fù)雜海況對(duì)海上船機(jī)施工作業(yè)的影響，極大提升了作為項(xiàng)目關(guān)鍵線路的基礎(chǔ)和墻身工程施工效率，為后續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工及時(shí)提供多個(gè)作業(yè)面，成為新30萬(wàn)t原油碼頭項(xiàng)目能夠高效率高質(zhì)量如期完工的決定性因素。

1 工程概況

大連港長(zhǎng)興島30萬(wàn)t級(jí)原油碼頭工程（以下簡(jiǎn)稱“大連港項(xiàng)目”）由3個(gè)棧橋墩和14個(gè)主體墩組成，主體墩采用“蝶”型布置，碼頭長(zhǎng)度436 m，停泊水域?qū)?20 m，碼頭前沿底高程-25 m，其中棧橋墩3個(gè)、系纜墩6個(gè)、靠船墩4個(gè)、平臺(tái)墩4個(gè)，全部采用圓沉箱獨(dú)立墩式結(jié)構(gòu)，每墩1個(gè)圓沉箱，沉箱上安裝一層破冰錐體，完成現(xiàn)澆破冰錐體后安裝二層預(yù)制塊體，再進(jìn)行上部現(xiàn)澆至墩頂高程，其中平臺(tái)墩各墩間采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁板連接，其余各墩之間采用鋼棧橋和人行橋連接，其工程特點(diǎn)如下：

1）工程位置處于完全無(wú)掩護(hù)海域，施工屬外海作業(yè)，受季風(fēng)影響嚴(yán)重，特別是11、12、1、2、3月份，受季風(fēng)影響施工天數(shù)極少，月有效平均作業(yè)天數(shù)不足10天。

2）工程位置水深約30 m，水流最大流速2.5 m/s，作業(yè)條件惡劣，水深、流急，測(cè)量控制難、測(cè)量精度要求高。

3）沉箱高度達(dá)25 m，吃水達(dá)到16.0 m，且沉箱安裝頂高程為-1.0 m，為沒(méi)頂安裝，需要借助鋼圍囹進(jìn)行沉箱安裝，施工難度增大，而且受水流較大影響，定位控制難，需水流較小時(shí)段作業(yè)，同時(shí)該工程基礎(chǔ)為暗基床，基床頂與原泥面高差大，安裝時(shí)沉箱控制不準(zhǔn)，容易造成傾翻。

4）本工程上部結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件安裝數(shù)量60件，且結(jié)構(gòu)異型，預(yù)制難度大，安裝塊體重量大，第一層破冰錐體為沒(méi)水安裝，安裝精度要求高。

5）施工工期29個(gè)月。

圖1 大連港項(xiàng)目30萬(wàn)t原油碼頭

恒力石化（大連）煉化有限公司2 000萬(wàn)t/a煉化一體化項(xiàng)目配套碼頭工程（長(zhǎng)興島北岸作業(yè)區(qū)114號(hào)～115號(hào)30萬(wàn)t級(jí)原油泊位）（以下簡(jiǎn)稱“恒力石化項(xiàng)目”）均采用“蝶”型布置，單個(gè)泊位長(zhǎng)度為428 m，碼頭長(zhǎng)度為856 m，停泊水域?qū)?20 m，碼頭前沿底高程-25.0 m，泊位頂高程11.0 m。每個(gè)泊位各設(shè)6個(gè)系纜墩（其中1個(gè)為公共系纜墩）、4個(gè)靠船墩及4個(gè)工作平臺(tái)墩，全部采用重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)，每墩1個(gè)圓沉箱，兩個(gè)泊位共27個(gè)沉箱（其中114#泊位共14個(gè)沉箱）。沉箱上部為破冰錐體和預(yù)制塊，沉箱底為10～100 kg拋石基床，并用200～300 kg塊石護(hù)底。平臺(tái)墩上部為預(yù)應(yīng)力梁板搭建的工作平臺(tái)。各墩及工作平臺(tái)之間采用人行橋連接。棧橋墩采用高樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)，每個(gè)泊位布置3個(gè)棧橋墩，棧橋墩采用Φ1 600鋼管樁，共計(jì)42根?？拷憘?cè)有1個(gè)接岸墩，采用低樁承臺(tái)結(jié)構(gòu)，每墩采用9根Φ1 500灌注樁，其工程特點(diǎn)如下：

1）本工程位于北港區(qū)西防波堤外側(cè)，處于完全無(wú)掩護(hù)海域，施工屬外海作業(yè)，作業(yè)條件惡劣；受季風(fēng)、季節(jié)影響嚴(yán)重，特別是11、12、1、2、3月份，受季風(fēng)和海冰封海等因素影響施工天數(shù)極少，月有效平均作業(yè)天數(shù)不足10天。

2）工程基槽挖泥底高程約為-36 m，原泥面高程約為-17 m，疏浚高程為-25 m，挖泥厚度達(dá)11 m，對(duì)挖泥船的挖深有較大要求，挖泥量較大，工期緊，還需要多艘大型挖泥船共同作業(yè)。同時(shí)作業(yè)區(qū)域海流較大，回淤影響嚴(yán)重。

3）該工程共計(jì)27個(gè)沉箱，單個(gè)沉箱最重達(dá)3 600 t；混凝土預(yù)制塊體共計(jì)27塊，單個(gè)塊體最重達(dá)1 000 t，施工使用大型起重船、拖輪進(jìn)行施工，難以控制。

4）沉箱安裝受水流影響較大，本工程施工水域水深約28 m，最大流速達(dá)到2.5 m/s，給安裝工作帶來(lái)了較多麻煩，常規(guī)安裝工藝無(wú)法保證安裝質(zhì)量和安全。

5）施工工期28個(gè)月。

圖2 恒力石化項(xiàng)目30萬(wàn)t原油碼頭

大連港項(xiàng)目與恒力石化項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)型式及施工環(huán)境基本相同，恒力石化項(xiàng)目（2個(gè)泊位）工程量約為大連港項(xiàng)目（1個(gè)泊位）2倍，大連港項(xiàng)目實(shí)際施工工期為2年6個(gè)月，恒力石化項(xiàng)目實(shí)際施工工期為2年4個(gè)月，可見恒力石化項(xiàng)目通過(guò)施工設(shè)備創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝優(yōu)化等技術(shù)創(chuàng)新將整體施工效率提升了將近1倍。

2 主要施工工藝對(duì)比分析

2.1 基床整平

大連港項(xiàng)目基床整平采用由潛水員水下指揮整平方駁測(cè)量定位鋪設(shè)導(dǎo)軌、進(jìn)行二片石拋放，人工水下刮平的施工工藝，計(jì)劃施工效率為80 m2/天，實(shí)際平均效率為20天/墩，只能逐墩進(jìn)行整平施工，整平允許偏差滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，局部基床頂面在整平前有回淤現(xiàn)象。

圖3 基床人工水下整平施工

恒力石化項(xiàng)目基床整平采用由潛水員水下攤鋪基準(zhǔn)面，拋石船配合整平船機(jī)械整平的施工工藝，計(jì)劃施工效率為400 m2/天，實(shí)際平均效率為5天/墩，能夠劃分區(qū)域多個(gè)墩同時(shí)進(jìn)行整平施工，整平允許偏差滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

圖4 整平船機(jī)械整平施工

-25 m水深下人工整平且受海況、潮流影響嚴(yán)重，必須在海況較好時(shí)的平流時(shí)間段作業(yè)，效率極低，項(xiàng)目多次因不能及時(shí)整平和連續(xù)施工，基床頂面出現(xiàn)回淤現(xiàn)象，處理回淤同樣占用為數(shù)不多的海上可作業(yè)天數(shù)，整體的整平質(zhì)量、進(jìn)度各方面均難以保障；

整平船機(jī)械整平僅需人工整平出基準(zhǔn)面，在平流時(shí)完成駐位即可，后續(xù)整平施工不受潮流影響，能夠極大的規(guī)避因海況、潮流影響造成的拋石整平施工不連續(xù)造成基床頂面回淤現(xiàn)象，同時(shí)，整平質(zhì)量也由船上自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備控制。

綜上所述，整平船機(jī)械整平工藝更適用于外海深水整平施工，作為本工程的關(guān)鍵線路，人工整平效率低下造成質(zhì)量、進(jìn)度相互制約的惡性循環(huán)，是制約大連港項(xiàng)目順利實(shí)施的重要因素，恒力石化項(xiàng)目采用整平船機(jī)械整平工藝亦是項(xiàng)目成功的一個(gè)關(guān)鍵，同時(shí)采用整平船機(jī)械整平取代人工整平，極大地降低了潛水作業(yè)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 沉箱安裝

大連港項(xiàng)目沉箱安裝采用200 t起重船在沉箱頂部安裝鋼圍囹止水，改沉頂為出水施工，沉箱由抽水方駁抽水起浮后拖輪傍拖至定位方駁粗定位，然后壓水同時(shí)利用200 t起重船進(jìn)行精調(diào)安裝的施工工藝，安裝效率平均為1座/月，最大安裝數(shù)量為2座/月，沉箱安裝精度較差，獨(dú)立墩安裝精度均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，但各墩之間相對(duì)偏差較大，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)安裝后形成局部錯(cuò)臺(tái)、前沿線不順直等情況。

恒力石化項(xiàng)目沉箱安裝采用在沉箱預(yù)制時(shí)將破冰錐體與沉箱一體預(yù)制，提升沉箱高度，改沒(méi)頂為出水施工，沉箱由抽水方駁抽水起浮后由拖輪傍拖至定位方駁粗定位，然后壓水同時(shí)利用200 t起重船進(jìn)行精調(diào)安裝的施工工藝，安裝效率為平均2座/月，最大安裝數(shù)量為5座/月，沉箱安裝精度相對(duì)較高，獨(dú)立墩安裝精度均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，各墩之間相對(duì)偏差較小。

大連港項(xiàng)目沉箱安裝受鋼圍囹數(shù)量、安裝及拆除和止水效果檢查等工序影響，占用“死汛”期間可作業(yè)時(shí)間，且前道工序整平效率低下，且受天氣、海況影響，在實(shí)際安裝過(guò)程中一個(gè)月最多完成2座沉箱安裝。沉箱壓水安裝過(guò)程中由測(cè)量人員在鋼圍囹頂部定位驗(yàn)收，驗(yàn)收數(shù)據(jù)與沉箱實(shí)際位置存在一定偏差，在完成后鋼圍囹即拆除，沉箱沉降位移觀測(cè)僅依靠對(duì)沉箱中心預(yù)留鋼筋（在水下）進(jìn)行觀測(cè)，受海況、潮位影響觀測(cè)難度大且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性低，不能及時(shí)反映沉箱沉降位移情況，難以指導(dǎo)后續(xù)沉箱內(nèi)填石對(duì)沉箱位置進(jìn)行微調(diào)和糾偏。

恒力石化項(xiàng)目沉箱始終處于出水狀態(tài)，在整平船一次整平出多個(gè)墩位后，在一次海況較好的“死汛”期間，實(shí)現(xiàn)了完成5座沉箱安裝高效。在后續(xù)施工過(guò)程中，測(cè)量人員能夠快速定位沉箱中心及四周觀測(cè)點(diǎn)，能夠迅速準(zhǔn)確反映沉箱位置，施工人員能夠直接觀察沉箱位置及相對(duì)偏差，針對(duì)偏差較大的情況能夠再起浮進(jìn)行調(diào)整，后續(xù)沉箱內(nèi)填石也能針對(duì)沉箱位置及傾斜度偏差進(jìn)行微調(diào)和糾偏。

恒力石化項(xiàng)目對(duì)沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，能夠極大的適應(yīng)外海深水環(huán)境的安裝條件，在前道工序采用整平船機(jī)械整平的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)度和質(zhì)量的有效管控，同時(shí)也為后續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工及時(shí)提供了巨大的作業(yè)空間；大連港項(xiàng)目受制于基床整平和沉箱安裝低下的施工效率，質(zhì)量管控工作艱巨，同時(shí)也限制了后續(xù)施工。

2.3 沉箱內(nèi)回填

大連港項(xiàng)目沉箱內(nèi)回填采用拋石船將石料運(yùn)輸至施工區(qū)域，用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)將石料倒運(yùn)至小型開體駁，由小型開體駁將填料運(yùn)輸至沉箱頂部開駁填石的施工工藝，平均施工效率為1 000 m3/天，填石質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

圖5 小開體駁沉箱內(nèi)填石施工照片

恒力石化項(xiàng)目沉箱內(nèi)填石采用拋石船將石料運(yùn)輸至沉箱處，利用挖掘機(jī)上料、皮帶機(jī)運(yùn)輸將石料填入沉箱的施工工藝，平均施工效率為2 000 m3/天，填石質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

大連港項(xiàng)目沉箱內(nèi)填石受開體駁二次倒運(yùn)、需乘潮作業(yè)（潮位1 m以上）、施工過(guò)程中測(cè)量倉(cāng)格內(nèi)填石高度難度大等影響，且在二次倒運(yùn)和沉箱沒(méi)水后在水下經(jīng)過(guò)風(fēng)浪洗刷后，石料損耗較多，存在對(duì)沉箱成品的不可預(yù)見的破壞可能性，水上作業(yè)相對(duì)較多，工藝安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

恒力石化項(xiàng)目沉箱內(nèi)填石不受風(fēng)浪影響，皮帶機(jī)運(yùn)輸填石效率較高，測(cè)量不受風(fēng)浪影響，石料損耗小，沉箱成品保護(hù)能夠較好管控，水上作業(yè)時(shí)間少，工藝安全性高。

圖6 皮帶機(jī)沉箱內(nèi)填石施工照片

恒力石化項(xiàng)目采用的填石工藝施工效率和工藝安全性相對(duì)較高，同時(shí)便于施工組織和質(zhì)量管控。

2.4 塊體安裝

大連港項(xiàng)目塊體安裝采用運(yùn)輸方駁將塊體運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)，1 200 t起重船起吊安裝的施工工藝，受海況、潮流影響較大，安裝效率滿足整體進(jìn)度要求，安裝質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

恒力石化項(xiàng)目塊體安裝采用運(yùn)輸方駁將塊體運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)，1 000 t起重船起吊安裝的施工工藝，受海況、潮流影響較大，安裝效率滿足整體進(jìn)度要求，安裝質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

大連港項(xiàng)目和恒力石化項(xiàng)目塊體安裝工藝、效率及效果基本一致，但大連灣項(xiàng)目塊體數(shù)量總共28塊，恒力石化項(xiàng)目經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化后將破冰錐體與沉箱一體預(yù)制，減少了破冰錐體安裝工序，2個(gè)泊位塊體安裝數(shù)量總共27塊，減少了一半的海上安裝工程量，大幅減少了船機(jī)設(shè)備和海上有效作業(yè)天數(shù)的占用時(shí)間。

大連港項(xiàng)目破冰錐體安裝時(shí)，沉箱在水下，安裝時(shí)定位較為困難，安裝過(guò)程中也對(duì)沉箱也產(chǎn)生了一定的碰損。

恒力石化項(xiàng)目沉箱與破冰錐體一體預(yù)制，受沉箱重量、沉箱浮運(yùn)安裝參數(shù)設(shè)計(jì)的考慮，破冰錐體相對(duì)單薄，在經(jīng)過(guò)冰凌期后，個(gè)別破冰錐體遭受損壞，也一定程度上影響了后續(xù)施工。

2.5 上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆

大連港項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆采用方駁吊機(jī)進(jìn)行鋼筋、模板安裝，拌合船進(jìn)行混凝土澆筑的施工工藝，鋼筋及模板安裝效率平均5天/墩，混凝土澆筑受拌合船施工效率限制，上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

恒力石化項(xiàng)目平臺(tái)墩及靠船墩采用塔吊、系纜墩采用方駁吊機(jī)進(jìn)行鋼筋安裝，模板在塊體安裝前陸上拼裝，拌合船進(jìn)行混凝土澆筑的施工工藝，鋼筋安裝效率平均2天/墩，模板提前陸上拼裝完成，混凝土澆筑受拌合船施工效率限制，上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

大連港項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)施工鋼筋、模板安裝全部由方駁吊機(jī)完成，受海況、風(fēng)浪影響嚴(yán)重，施工效率低，同時(shí)占用船機(jī)資源和海上可作業(yè)天數(shù)。

恒力石化項(xiàng)目平臺(tái)墩及靠船墩鋼筋安裝采用在靠船墩上安裝塔吊進(jìn)行吊裝，不受海況風(fēng)浪影響，上部結(jié)構(gòu)模板均為在陸上拼裝完成后隨塊體同時(shí)進(jìn)行安裝，不占用海上作業(yè)時(shí)間，切實(shí)提升了上部結(jié)構(gòu)的施工效率。

恒力石化項(xiàng)目的上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆工藝優(yōu)化減少了海上船機(jī)作業(yè)，避免了風(fēng)浪影響，有效提升了施工效率，工藝安全性相對(duì)較高。

圖7 方駁吊機(jī)海上模板安裝作業(yè)施工照片

圖8 模板陸上拼裝完成后整體吊裝施工照片

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)總結(jié)大連港項(xiàng)目的施工技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)，筆者堅(jiān)持以問(wèn)題為導(dǎo)向，針對(duì)影響外海深水獨(dú)立墩重力式碼頭整體施工進(jìn)展的最大制約因素——沉箱安裝施工及其緊前（基床整平）、緊后（沉箱內(nèi)填石及塊體安裝）工序，從施工設(shè)備工藝創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝優(yōu)化等方面著手進(jìn)行攻關(guān)，采用整平船機(jī)械整平代替人工整平工藝，極大地提升了基床整平施工效率和施工質(zhì)量，同時(shí)避免了因海上作業(yè)時(shí)間受限導(dǎo)致的施工不連續(xù)、質(zhì)量不可控和生產(chǎn)組織難度艱巨等問(wèn)題，通過(guò)沉箱預(yù)制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變更，將破冰錐體與沉箱一體預(yù)制安裝，改沉箱沒(méi)水為出水施工，切實(shí)提升了沉箱安裝效率和安裝精度，同時(shí)提供了沉箱頂部局部的陸上作業(yè)空間（不受海況影響），極大改善了沉箱安裝完成后的施工作業(yè)環(huán)境，為后續(xù)沉箱內(nèi)填石和施工人員測(cè)量人員施工作業(yè)帶來(lái)了便利，沉箱內(nèi)填石采用皮帶機(jī)運(yùn)輸工藝進(jìn)行優(yōu)化，施工效率和工藝安全性得到進(jìn)一步提升。

針對(duì)外海深水重力式碼頭施工受海況影響嚴(yán)重、海上可作業(yè)天數(shù)少的特點(diǎn)，堅(jiān)持以陸上施工代替海上作業(yè)的原則，通過(guò)沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化減少了塊體安裝數(shù)量，并充分利用塔吊、模板陸上拼裝等工藝優(yōu)化，達(dá)到提升施工效率、減少船機(jī)及海上作業(yè)時(shí)間資源占用的目的，同時(shí)也極大提升了工藝安全性，施工進(jìn)度和施工質(zhì)量也得到進(jìn)一步保證。

通過(guò)以上兩方面的施工效率和效果研究及對(duì)比分析，為恒力石化項(xiàng)目施工工藝優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新指明了方向，并在恒力石化項(xiàng)目上取得成功實(shí)踐，上述工藝優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新的可行性和經(jīng)濟(jì)效益得到了充分證明，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)外類似型外海深水獨(dú)立墩重力式碼頭施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。