小型重力式方块码头施工技术浅析
明廷涛 王松
摘 要：以沙特沙巴大桥人工岛项目工程为例，阐述了小型突堤重力式方块码头的施工技术，解决了高温湿热条件下混凝土裂缝问题和码头质量控制难题，为类似条件下的小型重力式方块码头的施工提供一定参考。
关键词：方块；高温湿热；裂缝；堆载预压
中图分类号：U655.1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）6-0068-02
重力式方块码头因结构坚固耐用，能承受较大的地面载荷和船舶载荷的优点，是广泛应用于集中荷载或者码头面层荷载要求较大的一种大型码头结构形式。而小型重力式方块码头应用于轮渡码头也比较常见。以沙特沙巴大桥人工岛项目码头工程（以下称沙巴人工岛码头工程）为例，介绍小型重力式方块码头施工工艺及质量控制要点。
1 工程概况
沙巴大桥人工岛码头是渡轮码头，要求可同时停靠2条225英尺的渡轮。该码头设计因空间受限和人工岛整体的美观要求，采用突堤式。码头长仅88m，宽7m，设计寿命要求为75年，是一座小型采用重力式方块码头。
1.1 气候条件及潮位
码头位于沙特东部省Khobar地区。该地区属于沙漠热带盐湿气候，平均相对湿度20%-40%，最大日照气温+72℃，荫温9℃-50℃。
最高天文潮位：+1.20m。
最低天文潮位：+0.00m 。
1.2 碼头信息及参数
通过地质勘探显示，码头基床底部从上往下分别为钙质砂层，钙质岩层，其中钙质砂层厚度为1.4m。码头基床采用抛石基床，抛石厚度2m，方块采用C30的素混凝土，共分为5层，整体为一个区段，未设计沉降缝。胸墙顶标高为+2.74m，底标高+0.70m，标准段长度为10m，共设置8道伸缩缝采用C40混凝土进行现浇施工。码头结构立面图见图1。
2 施工工艺流程
传统的重力式方块码头施工工艺分为基床施工、方块预制、方块安装、堆载预压和胸墙浇筑6个关键步骤。
本工程码头决定取消堆载预压工序，基于以下考虑因素：
（1）考虑到基床底部地质条件好，基床区域分布均匀；
（2）码头长度仅为88m，整体性良好；
（3）码头为轮渡码头，面层荷载较小，无较大的集中荷载。
3 施工主要方法及控制要点
3.1 基床施工
基床施工主要分为基床抛石、基床粗平、基床打夯和基床细平4个工序。本工程基床石重量大小为1-100kg。
3.1.1 基床抛石
在基床开挖并验收完成后，即可开始基床抛石施工。基床抛石既要避免抛出区域范围外，造成材料的浪费；又要避免超抛和欠抛，加大整平打夯困难或补抛。因此基床抛石的控制要点是控制抛石的区域范围和抛石厚度。
（1）抛石区域范围控制。本工程基床抛石区域范围的控制采用浮漂+GPS定位的方式来进行双向控制。在抛石开始前，潜水员下潜至水底，在抛石区域范围四周每隔3m固定一个浮漂。通过浮漂，抛石人员可粗步目测判断抛石范围。考虑到本工程为小型重力式码头，抛石量相较大型重力式码头要少，因此尽量选择在平潮时期进行抛石，以消除涨潮落潮对浮漂定位的影响。将GPS安装在港湾6号船舶上，利用GPS定位通过船机锚缆来控制船机到达指定位置。
（2）抛石厚度控制。将抛石区域在纸上按长8m宽3m的方格划分为若干个小区域，给各个小区域编号并计算出各方格所需要的具体抛石量。抛石时采用25m3的开体驳将石方从临时码头运输至港湾6号处停靠，固定在港湾6号的挖机将石方均匀抛撒在指定编号小区域。抛石的同时，船上施工人员采用打水坨的方式校核抛石厚度。考虑到本工程抛石层厚度为2m，根据当地石料情况和以往抛石经验，抛石厚度预留30cm的夯实沉降量。
3.1.2 基床粗平
基床抛石完成后，需要进行粗平工序。粗平时，潜水员首先下水，在基床安装若干个标准高程控制点。然后潜水员以这些控制点为基本参照，通过指挥挖机配合的方式，对基床抛石各区域进行人工整平。粗平后高程控制误差为30cm。
3.1.3 基床打夯
夯击设备采用1台50t履带吊上港湾6号，夯击顺序为从码头根部开始处往码头端部方向进行锤夯。根据规范要求，静压底面压力宜在40-60KPa，不计浮力和阻力影响，冲击能不能小于120KJ/㎡。夯锤采用5吨自制圆柱形夯锤，底面直径1.3米，夯锤提升高度为5.1m。
夯实过程中，每移一次船位，都要对准导标，同时，时刻要注意船舶锚缆，以免发生拖锚和漏夯现象。
基床夯实后要进行验夯，验夯的标准为以平均沉降量不大于30mm为合格。
3.1.4 基床细平
基床夯实施工完成后要进入基床细平阶段。同样，基床细平需要潜水员在水下进行。
首先，与基床抛石相类似，采用开体驳和挖机均匀抛洒粒径10-30mm的小碎石；其次，潜水员与测量人员配合，在基床整平区域安放两条导轨，导轨高度为标准控制高程；最后，潜水员在水下控制刮尺沿着导轨方向移动，通过导轨高程来进行控制。需要增补的位置添加小碎石，需要刮走的小碎石直接用刮尺刮走。当导轨高差在10mm以内时可视为整平符合标准要求。
3.2 方块预制
本工程气候条件高温湿热，预制素混凝土方块极易产生裂缝。为了解决素混凝土预制方块裂缝的问题，采取了多方面的措施进行控制。
3.2.1 优化混凝土配合比
优化混凝土配合比，采用低水化热水泥。添加了超级减水剂和调节凝结时间的减水剂。最终通过5次试拌实验，比选出了混凝土最优配合比。
3.2.2 控制混凝土温度
方块预制开始前，制作3个长宽高为1m的混凝土正立方体，并在每个立方体的形心和距离6个面中心和8个角点以内10cm处，安装测温片。通过实验测定混凝土内部和表面的温度差，控制内外温度差在25摄氏度范围内。通过加冰和调整施工时段的方式，严格控制混凝土入模温度在30摄氏度以内。
3.2.3 冷缝控制
通过控制混凝土浇筑间隔时间，来消除混凝土冷缝。要求商混站调配备用罐车和设备，保证混凝土从出商混站到浇筑的间隔时间不超过90分钟，上一层混凝土浇筑完成与下一层混凝土开始浇筑的时间间隔不超过60分钟。
3.2.4 拆模和养护
加强混凝土方块的养护。拆模时采用一定的挡风措施，养护时采用薄膜加土工布的方式，保证水分不被蒸发和散失，保证预制方块不因高温天气而产生裂纹。
另外，为了保证预制方块尺寸，侧模采用定型钢模板，而底模采用混凝土基座上铺设钢板；同时为了保证后期方块安装平整度，每个方块上马鞍适当缩小2cm，下马鞍适当放大2cm。
3.3 方块安装
本工程方块共仅有222块，最大方块重量为45吨。
3.3.1 安装机具
本工程方块安装对安装机具要求不高，项目采用粤神州36号和38号从临时出运码头将方块运送至安装现场，300吨履带吊上港湾6号作为起吊安装设备。
3.3.2 安装顺序
方块安装从码头根部开始往端头处方向开始安装。先全部安装第1层，再全部安装第二层直至第5层全部安完。
3.3.3 安装方法
第一步，潜水员水下沿着轴线方向每隔5m放样出方块的理论位置；
第二步，安装第1块方块A，并初步将方块A放置在理论位置误差30cm以内。落钩后起吊第2块方块B，并以方块A为参照，将方块B安放至控制位置。
第三步，再以方块B为参照，调整方块A的位置直至准确位置。方块A位于准确位置后，同样调整方块B至准确位置。
第四步，以方块A和B为参照，依次安装其余方块至准确位置。
3.3.4 质量控制点
方块安装时主要控制方块的方块之间的缝宽、高程、相鄰方块之间的错牙和倾斜度等。
3.4 胸墙施工
本工程因取消方块预压工序，胸墙施工安排在方块安装完15天以后进行，以消除码头方块沉降的影响，同时胸墙混凝土浇筑时考虑了码头20mm的预留沉降量。胸墙采用定型钢模板一次浇筑成型，浇筑质量控制和养护方法和要求与方块预制相类似。
这里值得一提的是，针对码头混凝土电缆槽的施工，电缆槽模板特意设计成两片“L”型模板相对拼接，并以螺旋伸缩杆件加以固定，保证了电缆槽形状和刚度的同时，也方便了模板的拆除。
4 码头沉降观测
码头施工完成后，对码头进行了沉降观测，整理观测数据表明，码头累计沉降量为14mm。
5 结语
小型突堤式重力方块轮渡码头因其设计用途和荷载与大型重力式方块码头不同，其施工技术也有差异。笔者需要强调的是，有必要针对不同类型的码头和地质条件等因素，采用合理的施工工艺；另外，本工程在高温湿热条件下的针对混凝土施工采取的有效措施，也给类似工程提供一定的参考。
参考文献：
[1] 明廷涛，李孝斌，孟元.高温湿热条件下重力式方块码头施工技术研究[J].中国水运，2017，38（12）：51-53..
[2]JTS 167-2-2009， 重力式码头设计与施工规范[S].
摘 要：以沙特沙巴大桥人工岛项目工程为例，阐述了小型突堤重力式方块码头的施工技术，解决了高温湿热条件下混凝土裂缝问题和码头质量控制难题，为类似条件下的小型重力式方块码头的施工提供一定参考。
关键词：方块；高温湿热；裂缝；堆载预压
中图分类号：U655.1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）6-0068-02
重力式方块码头因结构坚固耐用，能承受较大的地面载荷和船舶载荷的优点，是广泛应用于集中荷载或者码头面层荷载要求较大的一种大型码头结构形式。而小型重力式方块码头应用于轮渡码头也比较常见。以沙特沙巴大桥人工岛项目码头工程（以下称沙巴人工岛码头工程）为例，介绍小型重力式方块码头施工工艺及质量控制要点。
1 工程概况
沙巴大桥人工岛码头是渡轮码头，要求可同时停靠2条225英尺的渡轮。该码头设计因空间受限和人工岛整体的美观要求，采用突堤式。码头长仅88m，宽7m，设计寿命要求为75年，是一座小型采用重力式方块码头。
1.1 气候条件及潮位
码头位于沙特东部省Khobar地区。该地区属于沙漠热带盐湿气候，平均相对湿度20%-40%，最大日照气温+72℃，荫温9℃-50℃。
最高天文潮位：+1.20m。
最低天文潮位：+0.00m 。
1.2 碼头信息及参数
通过地质勘探显示，码头基床底部从上往下分别为钙质砂层，钙质岩层，其中钙质砂层厚度为1.4m。码头基床采用抛石基床，抛石厚度2m，方块采用C30的素混凝土，共分为5层，整体为一个区段，未设计沉降缝。胸墙顶标高为+2.74m，底标高+0.70m，标准段长度为10m，共设置8道伸缩缝采用C40混凝土进行现浇施工。码头结构立面图见图1。
2 施工工艺流程
传统的重力式方块码头施工工艺分为基床施工、方块预制、方块安装、堆载预压和胸墙浇筑6个关键步骤。
本工程码头决定取消堆载预压工序，基于以下考虑因素：
（1）考虑到基床底部地质条件好，基床区域分布均匀；
（2）码头长度仅为88m，整体性良好；
（3）码头为轮渡码头，面层荷载较小，无较大的集中荷载。
3 施工主要方法及控制要点
3.1 基床施工
基床施工主要分为基床抛石、基床粗平、基床打夯和基床细平4个工序。本工程基床石重量大小为1-100kg。
3.1.1 基床抛石
在基床开挖并验收完成后，即可开始基床抛石施工。基床抛石既要避免抛出区域范围外，造成材料的浪费；又要避免超抛和欠抛，加大整平打夯困难或补抛。因此基床抛石的控制要点是控制抛石的区域范围和抛石厚度。
（1）抛石区域范围控制。本工程基床抛石区域范围的控制采用浮漂+GPS定位的方式来进行双向控制。在抛石开始前，潜水员下潜至水底，在抛石区域范围四周每隔3m固定一个浮漂。通过浮漂，抛石人员可粗步目测判断抛石范围。考虑到本工程为小型重力式码头，抛石量相较大型重力式码头要少，因此尽量选择在平潮时期进行抛石，以消除涨潮落潮对浮漂定位的影响。将GPS安装在港湾6号船舶上，利用GPS定位通过船机锚缆来控制船机到达指定位置。
（2）抛石厚度控制。将抛石区域在纸上按长8m宽3m的方格划分为若干个小区域，给各个小区域编号并计算出各方格所需要的具体抛石量。抛石时采用25m3的开体驳将石方从临时码头运输至港湾6号处停靠，固定在港湾6号的挖机将石方均匀抛撒在指定编号小区域。抛石的同时，船上施工人员采用打水坨的方式校核抛石厚度。考虑到本工程抛石层厚度为2m，根据当地石料情况和以往抛石经验，抛石厚度预留30cm的夯实沉降量。
3.1.2 基床粗平
基床抛石完成后，需要进行粗平工序。粗平时，潜水员首先下水，在基床安装若干个标准高程控制点。然后潜水员以这些控制点为基本参照，通过指挥挖机配合的方式，对基床抛石各区域进行人工整平。粗平后高程控制误差为30cm。
3.1.3 基床打夯
夯击设备采用1台50t履带吊上港湾6号，夯击顺序为从码头根部开始处往码头端部方向进行锤夯。根据规范要求，静压底面压力宜在40-60KPa，不计浮力和阻力影响，冲击能不能小于120KJ/㎡。夯锤采用5吨自制圆柱形夯锤，底面直径1.3米，夯锤提升高度为5.1m。
夯实过程中，每移一次船位，都要对准导标，同时，时刻要注意船舶锚缆，以免发生拖锚和漏夯现象。
基床夯实后要进行验夯，验夯的标准为以平均沉降量不大于30mm为合格。
3.1.4 基床细平
基床夯实施工完成后要进入基床细平阶段。同样，基床细平需要潜水员在水下进行。
首先，与基床抛石相类似，采用开体驳和挖机均匀抛洒粒径10-30mm的小碎石；其次，潜水员与测量人员配合，在基床整平区域安放两条导轨，导轨高度为标准控制高程；最后，潜水员在水下控制刮尺沿着导轨方向移动，通过导轨高程来进行控制。需要增补的位置添加小碎石，需要刮走的小碎石直接用刮尺刮走。当导轨高差在10mm以内时可视为整平符合标准要求。
3.2 方块预制
本工程气候条件高温湿热，预制素混凝土方块极易产生裂缝。为了解决素混凝土预制方块裂缝的问题，采取了多方面的措施进行控制。
3.2.1 优化混凝土配合比
优化混凝土配合比，采用低水化热水泥。添加了超级减水剂和调节凝结时间的减水剂。最终通过5次试拌实验，比选出了混凝土最优配合比。
3.2.2 控制混凝土温度
方块预制开始前，制作3个长宽高为1m的混凝土正立方体，并在每个立方体的形心和距离6个面中心和8个角点以内10cm处，安装测温片。通过实验测定混凝土内部和表面的温度差，控制内外温度差在25摄氏度范围内。通过加冰和调整施工时段的方式，严格控制混凝土入模温度在30摄氏度以内。
3.2.3 冷缝控制
通过控制混凝土浇筑间隔时间，来消除混凝土冷缝。要求商混站调配备用罐车和设备，保证混凝土从出商混站到浇筑的间隔时间不超过90分钟，上一层混凝土浇筑完成与下一层混凝土开始浇筑的时间间隔不超过60分钟。
3.2.4 拆模和养护
加强混凝土方块的养护。拆模时采用一定的挡风措施，养护时采用薄膜加土工布的方式，保证水分不被蒸发和散失，保证预制方块不因高温天气而产生裂纹。
另外，为了保证预制方块尺寸，侧模采用定型钢模板，而底模采用混凝土基座上铺设钢板；同时为了保证后期方块安装平整度，每个方块上马鞍适当缩小2cm，下马鞍适当放大2cm。
3.3 方块安装
本工程方块共仅有222块，最大方块重量为45吨。
3.3.1 安装机具
本工程方块安装对安装机具要求不高，项目采用粤神州36号和38号从临时出运码头将方块运送至安装现场，300吨履带吊上港湾6号作为起吊安装设备。
3.3.2 安装顺序
方块安装从码头根部开始往端头处方向开始安装。先全部安装第1层，再全部安装第二层直至第5层全部安完。
3.3.3 安装方法
第一步，潜水员水下沿着轴线方向每隔5m放样出方块的理论位置；
第二步，安装第1块方块A，并初步将方块A放置在理论位置误差30cm以内。落钩后起吊第2块方块B，并以方块A为参照，将方块B安放至控制位置。
第三步，再以方块B为参照，调整方块A的位置直至准确位置。方块A位于准确位置后，同样调整方块B至准确位置。
第四步，以方块A和B为参照，依次安装其余方块至准确位置。
3.3.4 质量控制点
方块安装时主要控制方块的方块之间的缝宽、高程、相鄰方块之间的错牙和倾斜度等。
3.4 胸墙施工
本工程因取消方块预压工序，胸墙施工安排在方块安装完15天以后进行，以消除码头方块沉降的影响，同时胸墙混凝土浇筑时考虑了码头20mm的预留沉降量。胸墙采用定型钢模板一次浇筑成型，浇筑质量控制和养护方法和要求与方块预制相类似。
这里值得一提的是，针对码头混凝土电缆槽的施工，电缆槽模板特意设计成两片“L”型模板相对拼接，并以螺旋伸缩杆件加以固定，保证了电缆槽形状和刚度的同时，也方便了模板的拆除。
4 码头沉降观测
码头施工完成后，对码头进行了沉降观测，整理观测数据表明，码头累计沉降量为14mm。
5 结语
小型突堤式重力方块轮渡码头因其设计用途和荷载与大型重力式方块码头不同，其施工技术也有差异。笔者需要强调的是，有必要针对不同类型的码头和地质条件等因素，采用合理的施工工艺；另外，本工程在高温湿热条件下的针对混凝土施工采取的有效措施，也给类似工程提供一定的参考。
参考文献：
[1] 明廷涛，李孝斌，孟元.高温湿热条件下重力式方块码头施工技术研究[J].中国水运，2017，38（12）：51-53..
[2]JTS 167-2-2009， 重力式码头设计与施工规范[S].
