青岛港董家口40万t矿石码头施工关键技术与工艺创新

阮海波

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

青岛港董家口40万t矿石码头位于青岛胶南泊里镇董家口港区，是青岛市实现“蓝色经济区”发展战略和打造国家大宗散货集散中心的重点工程，是我国建成的第一座40万吨级矿石接卸泊位，设计年通过能力为1 500万t。工程的建成投产奠定了青岛港国际矿石中转港地位，对抑制铁矿石价格，降低钢铁成本，推动我国钢铁工业发展起到了积极作用。

本工程分码头和引桥两部分，码头平台长510 m，宽40 m，前沿水深-25.0 m（当地理论潮高基准面，下同），顶面高程+13.5 m，采用沉箱重力式结构，由15个6 000 t椭圆形孤立墩沉箱组成，上部安装168榀后张预应力联系梁形成码头平台；引桥长458 m，桥面宽20 m，桥跨（37+64×6+37） m，基础由6个桩基墩台和一个圆形沉箱墩台组成，上部采用三向现浇后张预应力混凝土变截面连续箱梁结构。

1 施工条件

与常规顺岸码头相比，本工程施工难度大：1）工程地处外海，无任何掩护，通过波浪物理模型试验，码头前沿设计波高H1%=8.55 m，受南风影响极大，水深、流急，海况复杂恶劣；2）工期紧，总工期只有10个月，各项节点工期明确；3）本工程为董家口港区规划建设的首个工程，开工时无施工通道、预制场地、水电接口，周边养殖干扰大。

2 工艺流程

工艺流程为基槽挖泥→基床抛石→基床夯实→基床整平→沉箱预制安装→箱内回填→沉箱盖板安装→现浇盖板接缝→现浇支座梁及靠船块体→橡胶支座安装→箱梁安装→现浇面层→附属设施安装。

码头典型断面见图1。

图1 码头典型断面图

3 施工布置

开工前，通过系统、合理的施工布置，克服了恶劣的施工条件，保证了各项节点工期。1）组建董家口工程指挥部，统一协调指挥预制、水工、船舶等专业项目部；2）现场附近建设一个大型预制场，场内布置沉箱预制区、沉箱盖板及套箱预制区、箱梁预制区、拌和站、材料堆放区（钢材、水泥、砂石料）、办公区、生活区等功能分区；3）在黄岛、胶南、日照征用多个石料场，保证海上石料供应；4）现场建设临时驳载码头一座，确保钢材、水泥、砂石料等原材料供应及中小型设备装船条件；5）优化沉箱结构，通过设计论证，将30个3 000 t双排圆形沉箱改为15个6 000 t单排椭圆形沉箱，减少沉箱出运安装个数，缩短了工期；6）引桥墩台由传统支模改为安装钢筋混凝土有底套箱，最大限度降低了恶劣海况对施工的影响。

4 施工关键技术与工艺创新

4.1 施工定位

定位时，将两台GPS接收机固定在船体两侧，并将船型参数、GPS接收机与船舶相对位置输入定位软件中，在软件中以dxf格式导入CAD设计坐标位置图。

4.2 基床整平

本工程基床顶面高程为-25.0 m，设计流速为1.5 m/s，传统人工潜水整平水下标高测量误差大、操作困难，整平料抛石方式落后，潜水作业效率低，危险因素大。施工采用深水基床抛石整平船，可全天候作业，施工效率高。水下基床整平船系统由工作母船及动力系统、整平机系统、中央控制及定位、遥控、质量监测系统、整平机锁固系统、测量控制系统等组成，可实现深水基床抛石、整平、质量检测于一体的机械化整平作业。

先将整平船由拖轮拖至施工现场作业水域，根据安装在测量塔架和船体上的GPS测量装置返回的数据指令调整船体位置，进行精确定位。

施工前解开锁固装置，由母船提升绞车，将整平机放入海底，并精确定位。通过安装在框架横梁上的4个压力传感器、框架纵横梁上的4个倾斜仪、框架上的8个高精度液位连通器测量出框架的标高，结合GPS按照水下监控系统指令调整框架支腿伸缩，将框架调整到设计高度和水平状态，满足设计和施工要求。

施工中由母船抓斗机将驳船上的石料转运到整平机喂料台车料斗，石料通过溜管进入整平台车料仓，料仓设有料位监测仪，整平台车在牵引马达的驱动下，边摊铺石料边用刮刀刮平基床。

4.3 沉箱预制

本工程卸船泊位共有15个6 000 t沉箱，高27.5 m，分7层预制。沉箱预制关键技术是解决6 000 t沉箱顶升、移运问题。施工采用液压式胶囊台车顶推上坞工艺，主要由胶囊台车系统、胶囊注水系统、液压顶推系统三部分组成。其中，高压胶囊注水顶升沉箱是该项技术的核心，高压注水胶囊与台车共同组成顶升、移运系统，从而使顶升和移运合二为一。与之配套的胶囊注水系统和大推力液压夹轨器顶推系统，是本工艺系统能正常、自动运转的动力保证。

4.4 沉箱安装

6 000 t椭圆形沉箱在国内为首次使用，采用半潜驳出运，500 t起重船趁高潮吊扶出坞，低潮安装。安装前根据半潜驳型深、下潜吃水等参数在现场附近选择水深合适的沉坞坑，通过计算，5.5 m（半潜驳型深） +17.0 m（坞内吃水） +1 m（富裕水深） =23.5 m，因此，下潜出坞水深至少需要23.5 m。经测量，现场附近水深-20 m，因此需要乘+3.5 m的潮高出坞。

为防止涌浪或水流晃动沉箱，采用500 t起重船吊扶沉箱出坞。低潮安装定位采用双GPS接收机沿长轴控制沉箱的中心偏位及轴线偏位，保证了沉箱精确安装到位。图2为沉箱出坞平面布置图。

笔者所在医院重症监护室临床实践观察结果显示，每年均有部分患者因各种原因撤销LSTs的情况发生；撤销LSTs的原因有经济情况、陪护时间、陪护成本等多种因素。撤销LSTs的建议无论由何方提出，其决定因素为患者或患者家属。因此建议对相关问题建立完善的法律法规。在相应的法律法规未能完善之前对临终期患者或家属有强烈意愿的情况下，撤销LSTs时，医生应在不违背诊疗规范的基础上尊重患者及家属的意见。应在有高级职称人员参与，至少2个治疗小组会商，确定继续治疗价值有限时，履行完善的知情同意告知并签字程序后，方可进行撤销LSTs的操作。

图2 沉箱出坞平面布置图

4.5 引桥套箱安装

为减少海上支立模板，克服恶劣海况影响，便于上部承台结构施工，通过设计论证，引桥采用在每个高桩承台预制安装一个混凝土套箱的施工工艺。套箱平面尺寸为16 m×11 m，高3 m，壁厚0.4 m，总重量270 t。套箱就位后在其内浇筑承台混凝土。为预防承台大体积混凝土温度应力导致套箱开裂，浇筑承台混凝土前在套箱内壁设置5 cm泡沫缝板。施工完成后未出现套箱开裂现象，提高了引桥承台的耐久性。

4.6 沉箱箱内填石

本工程椭圆形沉箱顶面长34 m，宽15 m，共18个仓格，沉箱顶面高程+2.5 m。沉箱内回填10～100 kg块石，单个沉箱回填石料1.1万m3。

施工采用大型方驳配履带式起重机，抛填前，将起重机固定在方驳甲板上，方驳下锚就位，根据抛填需要调整方驳位置，抛填时，石料船绑靠定位方驳，石料装填在由钢丝绳编织的网包内，起重机吊钩安装自动脱钩装置，并起吊网包块石，缓缓放入沉箱仓格内，网包就位后，起重机自动脱钩，块石放入仓格，网包及自动脱钩装置随吊钩一起提出仓格，进行再次装料抛填。石料船上，一台挖掘机同时装填多个网包，人工配合挂钩。采用该工艺的优点是方驳不用绑靠沉箱，避免了沉箱边缘及顶面碰损现象，消除了安全隐患，同时方驳一次下锚驻位可抛填多个沉箱。

4.7 基床升浆

引桥与码头连接处为1个圆形沉箱墩、2个椭圆型沉箱墩及1个变电所沉箱墩。为防止沉箱后期不均匀沉降对引桥和变电所的上部结构产生不良影响，对抛石基床进行升浆处理，使其形成一个固结整体，满足承载力要求。

沉箱预制时，在沉箱隔墙和底部大趾处每隔2 m预埋1个钻孔注浆管。图3为基床升浆断面图。

图3 基床升浆断面图

升浆前在沉箱顶面搭设施工平台，采用回转冲击钻机通过钻孔注浆管钻至抛石基床底面以下0.5 m，钻进过程中，详细记录孔内情况，如岩石破碎、夹泥厚度等。钻孔结束后将注浆管或观测管打至孔底。升浆前，先对注浆管进行起拔、试水试验，使注浆管离开孔底，保证注浆管贯通，每个注浆管起拔高度不超过10 cm；然后现场进行水泥砂浆性能调试，使浆液满足灌入要求；施工中通过压浆管将砂浆压入基床块石空隙内，使之形成一定强度的固结整体。升浆结束，潜水员水下检查，基床表面有同稠度砂浆溢出，即认为注浆质量合格。

4.8 海上现浇大体积混凝土

码头上部结构除需安装沉箱墩台混凝土块体285块、预应力混凝土纵向联系梁168块外，还需现浇块体接缝、支座梁、靠船块体等大体积混凝土6万余m3。施工安排2艘拌和船昼夜施工，拌和船能力为60 m3/h，同时配备砂石料运输船、水泥船、加水船、起锚艇等船舶，保证混凝土连续施工需要。

大体积混凝土施工中掺加矿粉，减少水泥用量，降低水化热，并在面层混凝土中掺加聚丙烯纤维及钢筋网片，有效避免了大体积混凝土的开裂，提高了混凝土的耐久性。

4.9 引桥变截面预应力混凝土连续梁

引桥上部结构为八跨一联、单箱双室、三向预应力混凝土变截面连续箱梁，引桥全长458 m，桥跨布置为（37+6×64+37） m，桥面宽20 m，该宽度在海港码头引桥连续梁结构中尚属首次采用。施工采用棱形挂篮工艺，挂篮按照集中荷载加载，每个节段施工分为挂篮移动、浇筑、张拉预应力并移动挂篮三个施工阶段。

0号块采用支架施工，为检验支架的强度及稳定性，消除支架的非弹性变形，使用前对0号块模板进行堆载预压，预压荷载为施工荷载的120%。0号块施工完成后开始悬臂梁施工，悬臂梁梁段数及段长从支点至跨中为：4×3 m+4×3.5 m，悬臂总长26 m。挂篮在0号块墩顶拼装完毕后，对挂篮进行预压，充分消除挂篮的非弹性变形。为降低海上起重船舶施工成本，消除恶劣海况对施工的影响，在每个墩台0号块侧面安装一台塔吊，配合施工。图4为引桥箱梁支点断面图。

图4 引桥箱梁支点断面图

4.10 箱梁安装

本工程码头上部纵向联系梁为预制安装后张预应力箱梁，单榀梁重500 t，共168榀。箱梁安装采用3 000 t方驳运输，为克服外海涌浪对安装的影响，采用1 500 t起重船起吊，搁置在待安装位置，然后采用4个三维千斤顶同时顶起箱梁，通过纵向、横向移动箱梁，精确调整箱梁安装位置，提高了安装效率和安装质量。

5 结语

通过诸多关键技术及工艺创新的实施，达到了质量好、工期短、投资省的目标。本工程2010年3月15日开工，2010年12月31日交工验收并成功试靠，创造了用最短时间建设世界上最大矿石码头的筑港奇迹。通过两年试运行，已接卸铁矿石3 000万t，业主对工程质量非常满意。本工程已顺利通过交通运输部组织的竣工验收。

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

[2]JTS167-2—2009，重力式码头设计与施工规范[S].

[3]JTS257—2008，水运工程质量检验标准[S].