重力式码头抛石基床重锤夯实施工效率改进研究
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【摘要】随着经济的快速发展，码头工程行业成为了我国重要的经济增长，加强码头工程中重力式码头抛石基床重锤夯实施工技术的研究，对我国码头工程的发展起着至关重要的作用。本文将从重力式码头抛石基床重锤夯实技术的现状、重力式码头抛石基床夯实施工技术简述及增加夯实排数提高效率的方法等几个方面进行分析。
【关键词】土木工程；钻孔灌注桩；技术
中图分类号：U443文献标识码： A
一、前言
目前由于码头工程的不断壮大，码头工程中施工技术水平的提高，尤其提高重力式码头抛石基床重锤夯实施工技术的问题得到了人们的广泛关注。虽然我国在此技术上有所完善和进步，但是仍然存在一些问题和不足需要改进。在建设社会主义和谐社会的新时期，进一步加强码头工程的重力式码头抛石基床重锤夯实施工技术，保证施工中的安全质量，是促进码头工程发展的一个重要环节
二、重力式码头抛石基床重锤夯实技术的现状
重力式码头具有耐久性好、维修量少、施工简单、造价适中、对较大的荷载适应性强等特点,因此在天然地基较好时,重力式码头往往是首选结构型式。不仅可在有掩护水域内建造和使用,也在无掩护水域也有建造和使用的成功经验。
重力式码头一般由胸墙、墙身、基础、墙后回填料和码头设备等组成。基础是重力式码头的重要组成部分,它关系到建筑物的稳定和沉降量。基础的作用有:将墙身传来的外力扩散到较大范围的地基上,以减小地基应力建筑物沉降量；保护地基免受波浪和水流的淘刷,以保证墙身稳定;整平基面,便于墙身的砌筑或安装等。基础的型式取决于地基土的性质、码头结构型式和施工方法。对非岩石地基,重力式码头多采用抛石基床基础。抛石基床发生破坏、显著变形或较大沉降多见于码头建设期间,对此进行观测、分析和治理的工程实例很多。在这种情况下,因对其采取各种工程措施的条件均具备,所以发生的问题大都能得到较好地解决。近些年来,已经建成使用的重力式码头中也有不少出现抛石基床被淘空等局部破坏危及岸墙安全现象,给泊位码头的使用带来重大安全隐患。交通水运工程试验检测中心在码头的检测评估工作中发现有多起重力式码头抛石基床基础遭破坏的问题,并对此进行了有针对性地检测和成功的治理。
三、重力式码头抛石基床夯实施工技术简述
1、施工方法选择
港口工程基床夯实的方法主要有重锤夯实法和水下爆破夯实法两种。重锤夯实用起重设备吊重锤, 按一定的规则和指标要求进行施工; 水下爆破夯实法是目前试用的新技术, 方法为离抛石顶面一定距离, 在水中间隔浮悬炸药包, 利用爆破冲击力和震动力进行夯实。考虑到施工地段距离附近旧车客渡码头较近, 因此该工程采用重锤夯实法。结合施工的环境条件采取船夯方式进行。
2、重锤夯实原理
由起重机将特制的夯锤提升到一定高度后, 自由下落；重复夯击基床表面, 使基床受到压密加固, 消除或减少其压缩沉降。因是海上作业, 需用船载起重机进行施工。
3、夯实施工流程
施工准备测量放线基床粗平夯船定位初夯复夯验收。
四、增加夯实排数提高效率的方法
普陀国际游艇会配套码头工程为重力式沉箱结构，位于朱家尖开发区，码头岸线长度617.44m，抛石基床厚度达到14~17m。该工程周边环境复杂，与村庄距离近，基床夯实采用爆夯工艺存在一定的难度和风险，因此该工程选用重锤夯实法对抛石基床进行密实施工。
1、超重夯锤设计
朱家尖工程中通过设计超重夯锤来提高夯击能，夯锤设计主要遵循如下几个原则：
（1）重力大，以形成较大的夯击能。朱家尖工程中所用夯锤的质量设计为15t，锤落距为4m，在不计水阻力、浮力影响的情况下单位面积夯击能达到了332.7kJ/m2，远大于规范中的120kJ/m2。
（2）底面积小，以便使单位面积的冲击能达到较大值。朱家尖工程中所制夯锤采用铸钢材料。该夯锤底面直径为1.5m，与基床的接触面积1.77m2。
（3）尽量减少夯锤在水中下落过程中的能量损失。与陆上锤夯施工不同的是，基床夯实中夯锤在水中下落，必然存在能量损失，为了减少夯锤在水中运动过程中的能量损失，尽量使夯锤接近流线形。朱家尖工程中所制夯锤为圆台形，底部进行圆角处理，这样可减少运动时的水阻力。
（4）保证夯锤在水中下落过程中的稳定性。为了保证夯锤在水中的平稳下落，避免“倒锤”现象，在夯锤平行运动方向上开若干泄水孔。
2、以有效夯击能估算加固深度
通过借鉴陆上夯实大块石地基的经验，以有效夯击能的大小来估算水中重锤夯实法有效加固深度。徐至钧曾给出陆上大块抛石地基有效加固深度与夯击能的经验关系，当单击夯击能为1000kN・m（换算为单位面积夯击能约为232.5kJ/m2）时，抛石地基的有效加固深度可达到4m。
朱家尖工程中所使用的夯锤，在落距时产生的单位面积有效夯击222.0kJ/m2，略小于232.5kJ/m2。考虑到陆上锤夯一般采用跳夯工艺，而水下抛石基床夯实一般采用纵横向相邻接压半夯工艺，因此水下抛石基床夯实施工中，作用于单位面积上的平均夯击能较陆上大。基于此，认为水下抛石基床夯实施工为222.0kJ/m2的单位面积夯击能，是足以对4m厚的抛石基床进行有效加固的。
五、工程应用
朱家尖工程中采用锤质量为15t且锤落距为4m产生的夯击能，对分层厚度为4 m的抛石基床进行重锤夯实施工，夯实施工过程中进行了严密的观测和检测：
1、夯实后，潜水人员进行了水下探摸及录像。块石无严重的破碎现象，且夯后块石嵌合紧密，基床表面平整度好。
2、对各分层及分段基床均进行了夯沉率检测，检测结果为：夯沉率最小值为12.26%，最大值达到了18.61%，平均为14.85%，表明夯实效果较好。
3、对基床进行2遍8夯次夯实之后，任选一段复打一夯次（夯锤相接排列，不压半夯），测得平均沉降量为23mm，小于30mm，满足规范要求。
4、沉箱安装之后，对沉箱的沉降值进行了观测。沉箱在安装及箱内回填阶段存在一定的沉降，但总的沉降值较小。以1#沉箱为例，其沉降曲线如图1所示，其中不均匀沉降为最大角点沉降值与最小角点沉降值之差。朱家尖工程中由于对传统的重锤夯实工艺进行了改进，施工效率大大提高，夯实方量达到了4710.7 m3/d，较传统重锤夯实工艺效率提高1倍以上，从而节省了大量的船机及人员费用，仅半潜驳费用一项便节省达260万元。
图1 沉箱沉降曲线
目前，当重力式码头抛石基床采用方驳吊机组吊重锤进行夯实作业时，夯实船一般平行于基床轴线驻位，每夯1排点移船1次(如图所示)。控制移船的方式通常有2种:一种是当船首左、右锚缆对称或接近对称时，利用量测松放锚缆的长度来控制移船；另一种是垂直基床方向设横向船位标，船的两舷各划1条与船纵轴线相平行的线，并在线上按夯锤半径值划点，利用这2条平行线上的对应点对横向船位标，通过松放锚缆来控制移船。这2种方式都是每夯1排点移船1次，通常移船距离D为夯锤直径的一半，造成夯实作业时移船定位占用了大量时间，施工效率低下，1个施工段往往要夯几天时间，成为重力式码头基础施工的瓶颈环节。
工程施工中，在保证质量的前提下加快施工进度成为选择施工方法时的重要考虑因素。针对重力式码头抛石基床重锤夯实的具体情况，在保证夯实质量的前提下提高效率成为改进施工方法的着眼点。
七、结束语
通过对重力式码头抛石基床重锤夯实施工效率改进研究的问题分析，进一步明确了抛石基床重锤夯实施工技术在重力式码头工程中的应用方向。因此，在重力式码头工程中的后续发展中，要不断提高抛石基床重锤夯实施工技术的研究，促进重力式码头工程的进一步发展。
参考文献
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[2]冯世晖, 庞善喜 重力式码头基础施工过程控制 水运科学研究 2007年
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