柔性结构干船坞施工技术
中交二航局江门银星船坞工程项目经理部
【摘要】本文主要介绍广东江门银星船坞工程施工中的基坑土方开挖、坞室、船坞止水防渗、桩基施工等施工工艺及南洋船坞坞口支护体系拆除施工技术。两船坞均为建在软土地基上的大型造船坞，干法施工，设计上突破传统的设计模式，针对该地区的地质条件，采用了锚拉式与减压排水相结合的方式，既解决了工期紧的问题，又为业主降低了工程造价，该设计结构形式新颖，结构轻盈，但增加了施工难度。 【关键词】柔性结构 干船坞 施工 技术 总结
一、前言：
船坞是建在水域岸边供修船和造船用的水工建筑物。干船坞坞底低于水面，三面是坞墙，与岸相连，一面有坞口通向水域，并设有坞门。
船坞由坞室、坞口、坞门、灌排水系统和附属设施组成。坞口是将坞室同水域隔开的挡水建筑物,其上设有坞门。坞室是由坞首和坞墙围成的空间,是修造船的场所。坞首和坞室多为钢筋混凝土结构，分重力式、锚碇式和减压排水式等类型。结构和类型的选择，主要是根据地基条件，考虑如何处理地下水作用在坞底板上的浮托力问题；本文主要介绍在结构上采用锚拉式与减压排水相结合的江门银星船坞工程施工技术，其结构新颖，工序复杂，施工难度大，为建在软土地基上的大型造船坞工程。
二、工程概况：
2.1船坞规模：江门银星3.5万吨造船坞工程位于广东省江门市新会区沙堆镇，干船坞有效尺寸320 (长)×41.8 (宽)×10.3(深)米，坞墙顶标高+3.20m，坞底板顶标高-7.10m，坞口门坎顶标高-6.30m。陆域设有吊车道共4组，包括2组500t门式起重机吊，2组32t门座起重机吊，500t起重机吊车道轨距93m，32t起重机吊车道轨距12m。
2.2船坞结构特点：该船坞属软基上大型船坞，结构型式为减压排水式。坞室采用分离式，坞口为现浇钢筋混凝土“U”形整体式结构，桩基基础，坞墙为钻孔灌注排桩加衬砌轻型拉锚式结构，坞墙与坞口止水采用高喷水泥止水帷幕，形成全封闭的止水墙。底板为现浇钢筋混凝土结构，桩基基础。底板下设置混合式减压排水系统，由排水层(土工布、碎石层)及排水管组成（见船坞一般剖面图）。
1）坞墙
坞墙分为廊道和墙体两部分，廊道顶面高程为+3.20m，底板顶部高程均为-7.1m。坞室东西两侧为坞墙，轴线编号为○4~○20，长度309m，共分16段，分段长一般为20m，端部坞墙长41.8m，共分4段。坞墙结构型式为低桩承台排桩墙加衬砌结构。排桩为Φ900钻孔灌注桩，衬砌厚度为0.30m钢筋砼。衬砌在底板处前趾伸入坞室1.4m。排桩后缘采用连续的高压旋喷，旋喷桩与钻孔桩一起构成船坞坞室永久止水帷幕，并且与坞口连成一体。低桩承台板与公用廊道底板合而为一，厚度为0.8m。承台后缘为拉杆锚碇结构，拉杆直径为Ф70mm，间距为1.45m，锚碇墙前回填块石。承台板分块与底板分块相对应，承台板底标高为-0.40m。
坞墙顶标高+3.20m，承台板上部为砼双孔公用廊道。东西坞墙顶布置有引船小车轨道、350KN系船柱、接电箱、公用接头箱、楼梯口等，东坞墙顶设有500T门式起重机轨道一根。 2）坞底板
坞室底板纵向长309.0m，轴线编号③～（20），纵向分缝同坞墙。根据工艺荷载底板横向分为中板和边板，共3块。其宽度分别为8.0m和15.5m米。中板厚0.8m，边板厚0.6m，边板与坞墙连接位置和底板与坞口连接处底板厚1.0m。中板桩基一般为?600PHC管桩，边板桩基一般为?500PHC管桩。各板带纵向宽度和坞墙分段协调，即大部分宽20m。底板伸缩缝宽20mm，板块间设置Z9-30型水平橡胶止水带，纵横向接头采用凹凸槽。 3）减压排水层
减压排水是将渗过截水系统的水通过底板下的排水管道排出，并进入坞室两侧的排水明沟，防止底板承受过大的浮托力。排水系统主要由坞室底板下的排水层﹑排水管﹑单向阀和检修井组成。排水层自底板垫层下由土工布﹑级配碎石层和土工布组成。土工布在坞室下满堂铺设。排水管为带孔管，沿船坞纵向埋设3根，横向埋设11根，直径为300毫米。横向排水管两端通过检修井内的单向阀，流入坞室两侧的排水明沟。
4）止水帷幕
止水帷幕是船坞工程的重要部分，它设置在坞口底板和坞墙底板下部，形成全封闭止水系统。本工程止水帷幕采用高压喷射水泥浆止水帷幕，喷射方式为高喷。根据土层条件，高压定喷孔距为0.6米。每1平方米防渗墙的水泥用量不少于500Kg，注浆压力为36Mpa，提升速度为10cm/min，混凝土无侧限抗压强度≥1.5Mpa，渗透系数为10-6~10-7cm/s。注浆的孔距﹑水泥用量﹑注浆压力﹑提升速度均应做试验，满足设计要求后再确定。坞口止水帷幕布置在坞口四周，帷幕墙顶嵌入底板150mm。帷幕墙底标高为-25.0m。 5）吊车道
本工程坞区设有32t门座式起重机吊车道和500t门式起重机吊车道。32吨门座式起重机吊车道2座，共4条轨道，吊车梁为多跨连续梁结构；500t门式起重机吊车道2座，共4条轨道，吊车梁为多跨连续梁结构。
4座轨道梁共8条轨道，分段长度一般为30m。32吨门座式起重机吊车道长度493m，500t门式起重机吊车道坞区范围501m。吊车道桩基采用φ600PHC管桩，梁采用多跨现浇连续梁结构。32t门吊采用P50钢轨，轨道梁梁高1650mm，截面600mm，异形；500t门吊采用QU120钢轨，轨道梁梁高1950mm，截面700mm。轨道压板均为非标件，定制加工而成。轨道采用间距500mm “U”型螺栓与钢垫板连接。 6）坞口
坞口为“U”型整体钢筋混凝土结构，轴线编号为2-4轴，有效结构宽度41.8m，结构宽度60.4m。沿船坞轴线方向总长19.0m。坞口南门墩为实体式结构，东侧为门墩结合水泵房，坞墩顶标高为+3.2m，底板标高-7.10，门坎顶标高为-6.3m，底板厚2.7m，局部1.7m。门墩结合水泵房平面尺寸19x10.6m，自上而下分三层，-1.7m标高以上为电机层，-7.1m标高以上水泵层，-9.7m标高以上为流道层。底板垫层为200毫米C20混凝土。坞口施工采用深基坑支护的设计方案进行施工，施工中要求充分考虑在施工期间的坑内稳定，以信息化施工方式指导施工，确保施工安全。 7）驳岸
坞口驳岸是本工程的重要水工结构，施工时应和坞口结构同步进行，并且在驳岸结构未完成时，坞室④轴线至⑤轴线土方不得开挖。坞口驳岸分为东西驳岸，每侧驳岸分为二段，长度分别为均20m，结构形式均采用单锚钻孔排桩结构形式
8）突堤码头
船坞工程500t门式起重机轨道水上段位于船坞坞口江侧，由西侧水上段、东侧水上段组成，长65.0m，宽10.0m，顶面标高均为3.20m。为兼顾工厂生产需要，500t门式起重机轨道水上段同时可作为供工厂小型工作船停泊使用的突堤码头。突堤码头长65.0m，宽10.0m，前沿设计泥面标高-6.60m，
码头面标高3.20m。
三、施工总体部署及施工组织
1、总体指导思路：○1船坞施工总体由（20）轴向（2）轴线循序推进，东西锚碇墙同步进行。坞口在开工后立即组织施工，先围护桩施工、PHC管桩，紧接着坞口流水临时止水、永久止水工程施工。○2坞室部分结构施工在坞室桩基本完成，搅拌桩加固完成2/3工作量时开始锚拉系统施工，坞室土方开挖在锚拉系统开工后1个月进行，避免工序间交叉干扰少。故在施工中，要求钻孔设备布置和陆地打桩机打桩顺序、地基加固处理等基础工作满足施工总体顺序要求。○3坞口施工复杂，且为船坞施工的重点环节，施工难度大，需周期长。施工周期需8个月左右，故开工后立即组织施工，形成坞口流水施工。坞口施工中影响的后续工序为4-5轴线土方开挖问题，4轴线钻孔桩的破除时间取决于坞口施工的进度。○4吊车道施工要求分阶段进行，先坞尾100m范围吊车道的施工，为业主安装门机设备提供前提条件，另L1-4吊车道桩基施工管桩先行，同步坞底板管桩，为坞室锚拉系统基坑创造条件；L5-8轴线吊车道管桩基础待锚碇基坑土方开挖后，完成拉杆安装，回填平衡土方后进行，同时先于坞室基坑土方开挖前进行，掌握时间，避免打桩对坞室基坑开挖产生不利稳定性问题；○5驳岸施工根据总体施工安排考虑，要求作为出泥码头转运之用，在安排工期时，完成时间在坞室土方开挖前。○6突堤码头施工工期安排主要考虑拆除坞口支护体系，同时考虑突堤施工沉桩需水上挖泥，为不影响坞口止水帷幕，安排工期时考虑坞口.
2、施工总体部署
1）、总体施工组织：首先对施工区域回填，回填原则可以施工陆地钻孔桩和PHC管桩沉桩，前期主要工作安排施工桩基部分，桩基部分主要含坞墙钻孔桩，坞口围护钻孔桩、坞口驳岸钻孔灌注桩、坞室底板管桩、高压定喷止水桩、水泥土搅拌加固桩、吊车道管桩；水上突堤码头预应力管桩桩。考虑结构安全和工期要求，对于PHC管桩桩基部分施工主要分阶段进行，在桩基施工前需对场地内原回填土进行探摸清理。中期主要进行土方开挖和结构施工，期间主要把握土方施工的季节，因土方施工的跨越雨季，期间做好坑内坑外排水工作，本阶段亦是本工程工期的关键所在。在其施工期间，水上突堤码头结构、坞口驳岸施工紧随进行。坞口施工需周期长，在施工期间，作为一重点任务来抓。后期主要进行附属工程的施工，进行收尾和竣工验收前的准备。
2）、关键工序施工：开工后抓住影响工期的主要关键工序，船坞坞口施工和坞室施工，对此关键工序施工同步进行，展开施工工作面。
3）、工期合理安排：根据当地气候条件，6-9月份为多雨季节，伴随台风刮过，将桩基部分计划工期安排3个月，上部结构廊道、承台、锚碇系统施工3个月、施工土方开挖和坞室结构施工3个月，附属吊车轨道施工等工期2个月。
4）、合理配备施工设备：因船坞桩基础部分工作量之大，钻孔桩达910根，PHC管桩共2830根，钻机配备20台、陆地PHC管桩打桩机5台，坞室土方淤泥呈流塑状，PC200型挖机6台，采取链接开挖方式。
5）、工序合理衔接：坞室部分施工坞墙排桩钻孔和管桩沉桩划分2个区域施工，先坞尾向坞口进行钻孔桩施工，管桩由坞口向坞尾施工，两工序施工避免相互干扰，间隔20m，在钻孔桩完成一节段后，两工序互换施工区域，达到整体协调统一部署。坞口施工由于工作面有限，各分项施工相互干扰较大，总体安排以施工不影响坞口深基坑止水墙为原则，PHC管桩沉桩完成后进行钻孔桩再进行高压止水桩施工。坞口施工总工期在8个月左右，按照工序由下而下开挖和安装支撑，再由下而上施工结构并同时拆除部分临时支撑。在坞室施工中，由于结构纵轴线方向长达320米，在合理安排施工时，在坞室桩基完成50%时，进行上部结构承台、锚拉系统施工，为坞室开挖和结构施工逐步提供条件。附属工程吊车轨道、装焊场地等施工穿插坞底板施工时进行。
6）、主要劳动力分配：根据船坞施工的阶段性，对船坞施工在劳动力方面要合理安排人员进场，避免劳动力过剩和不足现象。船坞施工前期筹备阶段几乎无须混凝土工和木工，前2-3个月内主要施工桩基部分，在施工上部结构廊道、承台时钢筋量相对木工班组少，而在施工坞室底板时，钢筋工量大，木
工量小，需要劳动力方面相对较少，劳动力安排压力困难的阶段属坞室底板施工期，此时要考虑展开附属工程施工，将劳动力合理错开，每工种均有可施工工作面，避免窝工现象。因本船坞属柔性结构，坞室土方开挖施工阶段存在设计允许位移量，正常情况下可达100-150mm，所以坞墙衬砌施工和廊道顶板二次浇注不能进，该工序恰为模板量大的施工部位。正常情况劳动力峰值钢筋工50人，木工60人，杂工和混凝土工20人。 3、总施工工艺流程
四、主要分项施工工艺 4.1、桩基施工
4.1.1、钻孔灌注桩施工：本工程钻孔灌注桩共910根，除突堤码头钻孔桩基，其余均呈单线排桩布置，桩间净距100~150毫米。根据总体施工顺序安排，在排桩坞室侧形成环行块石基床施工道路。总的施工顺序由坞尾向坞口分段施工，20台钻机分坞口、坞墙两施工区全面施工，钻孔间隔1根桩钻孔成桩。
D900(950)mm 钻孔灌注桩 高压旋喷止水帷幕D800mm坞口部分钻孔桩、高压旋喷止水平面布孔示意图 单位： 成孔施工：因设计钻孔桩均嵌入中等风化花岗岩1.5米，钻孔桩成孔机械设备采用SPJ-300轻型回循水井钻机，嵌岩部分采用冲锤成孔，采用此法有效的保证了成孔的质量又保证了施工总体进度，施工方法是在由回旋钻头成孔至岩面时，回旋钻无法进尺后，拆除钻机钻杆和回旋笼式钻头，更换重量达2.5吨左右的冲击钻头，冲至设计孔底标高，此法施工成孔快、效率高、成孔质量好，比常规冲孔成孔扩孔系数小的多。
钢筋笼制作与安装：钢筋笼在现场钢筋场地加工，钢筋笼长度在25米左右， 钢筋笼采取现场整笼制作，钢筋笼由两台25吨汽车吊直接起吊下放，四点吊装入孔。此法可以成倍提高成孔效率，比分节下放钢筋笼效率高，无分节安装钢筋笼的钢筋接头焊接，既节约钢筋又提高效率。在该区域的淤泥、沙层分布比较厚的情况下，成孔后容易缩颈、扩孔、容易沉积，导致钢筋笼难以下放、成孔质量难以得到保证。在整笼下放起重设备上，主要考虑起重设备的起重性能满足工艺要求即可，可以采用履带吊也可以采用轮胎式汽车吊，通过江门南洋船坞和江门银星船坞钻孔桩成孔安放钢筋对以上两种设备的比较，采用汽车吊效率高，但其对施工临时道路的要求比履带吊高。
浇注水下混凝土：浇注水下砼采用刚性导管，砼在现场搅拌站生产，水下混凝土灌注主要采用输送车从搅拌站运输至浇注桩位，直接喂料料至灌注料斗灌注而成。
4.1.2、 PHC管桩陆地沉桩：银星船坞共有陆地PHC管桩2830根，桩长达6万延米，采用5台打桩机施工。机械布署分配情况，先坞室部分、再坞口，后吊车道。PHC管桩直接从生产厂家购买，其中坞室底板1300根管桩、坞口底板163根PHC管桩、廊道底板230根φ600PHC管桩、吊车道1137根φ600PHC管桩。
打桩控制：设计在一般只提供打桩控制参数，桩长仅供参考，沉桩控制标准以贯入度控制为主，标高控制为辅。对于该区域岩面起伏加大，沉桩桩长的控制是沉桩控制的重点和难点。打桩采用BDH3.5/4.5柴油锤打桩机进行陆地沉桩，沉桩考虑结构安全和工期因素，采用送桩方式，最大送桩深度达14米左右，φ600PHC管桩采用D62柴油锤，φ500PHC管桩采用D50柴油锤。打桩时，采取重锤轻击方式，实际沉桩时以贯入度控制为主，标高控制为辅，贯入度控制在最后10击平均贯入度3~5mm/击。
打桩注意事项：陆地打桩要求保证地面平坦坚实，在桩架移动线路上，地面坡度不宜大于1%，打桩区周围运输道路畅通，排水设施齐全。在打桩区附近需设置水准点，不少于两个，用于检查桩的入土深度。打桩机的安装必须按有关程序或说明书进行，桩锤使用的油料以及起重设备须达到要求。打桩机就位时应对准桩位，校正桩机底盘处于水平状态。桩机就位后，起吊尖桩至设计桩位，戴好桩帽，锤与桩帽和桩身的中心线应重合，打桩下沉约500mm,纵横两轴线方向检查垂直度及调整机身水平、垂直度容许偏差（0.5％），桩位容许偏差，然后陆续将桩打下。一般可用吊锤检测桩身的垂直度，当管桩接长时，其未入土部分桩段的桩头宜高出地面0.5-1.0m，在接桩过程中保证上、下节桩紧密叠合，桩中心有相互吻合，外边对齐。然后进行接中，要求焊缝饱满，焊工完后自然冷却后方继续施打，接桩时，在桩的两侧分别设置垂直控制架，吊锤球控制垂直度。
送桩桩长控制：本工程坞室底板送桩从地面向下深度达12米，坞口底板达14米，如何确保在送桩后桩的平面位置、垂直度、有效桩长至关重要。该区域地质条件复杂，在地貌上属于珠江水系潭江冲积平原，地质构造以断裂控制为主，地下花岗岩层起伏较大，相邻桩位岩面标高相差很大，可以在间隔2米范围相差4米左右范围，给单桩桩长控制带来极大的难度，控制不好，造成送桩后达不到收锤标准，需要补桩，另一方面可能造成达到收锤标准，但配桩长度过度，配桩超出有效桩顶标高，造成浪费。在实际施工中，采用区域试桩的方式，结合地质勘察资料，通过相邻桩的桩底标高数据推算，细化地质勘察资料，基本推算整体岩层走向和局部岩面变化状况，该项工作需要精心细致，需要每天统计沉桩数据，绘制实际岩面走向，通过与设计岩面的走向比较、分析，及时调整，可以有效控制桩长，使其在最大限度范围内节约成本。
送桩器的加工制作：送桩器的加工主要考虑其刚度和送桩桩入土后提拔问题，对于送桩器的刚度问题比较容易解决，但是对于送桩就位后提拔送桩器需要慎重考虑。通过试桩，最终确定送桩器分两节进行加工，分7米和5米节段，一节送桩器难以上拔，与土体之间的摩阻力加大。送桩器在加工制作过程中需要对其顶低封板进行开孔，其可以有效解决打桩过程中的空气压力，造成管桩管壁涨裂问题。