浅析水上船舶长途运输混凝土工艺在水工中的应用

◎ 曲鹏 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概况

某水工码头项目为建设50000t级煤炭接卸泊位1个，为沉箱重力式结构，水工建筑物采用离岸引桥式码头布置形式，通过引堤、引桥与岸相接。码头布置在天然水深-8.0m处，码头垂直引桥布置，泊位设在内侧，形成掩护。码头泊位长度为304m，由23座方沉箱组成，沉箱顶标高为+1.4m，码头顶面高程为+5.0m，码头前沿停泊水域设计底标高为-14.0m。

沉箱后方为10～100kg堤心石，堤心石外侧包括护底块石、垫层块石及4t扭王字块护面。沉箱上部为现浇胸墙，堤心石上部为现浇挡浪墙。胸墙及挡浪墙中间为回填堤心石、混凝土栈桥及联锁块路面。

沉箱上为现浇胸墙，混凝土设计强度等级为C40F300。现浇胸墙共38段，其中标准段36段，异形段2段。标准段长度分为11.05m和7.05m，异形段长度分别为10.89m和19.4m，宽度均为为5770m，胸墙高度分别为3.9m、5.9m。后方棱体上部为现浇混凝土挡浪墙，混凝土设计强度等级为C40F300，挡浪墙标准段长度为18120mm，宽5500mm，底标高包含+1.1m和+2.0m两种标高，顶标高包含+5.0m和+7.0m两种标高。现浇胸墙及挡浪墙共需浇筑混凝土14298.5m。

本项目地处外海区域，无法采用陆运方式进行材料倒运，同时受场地限制，本项目所在地周边无条件现场建设搅拌站，需要在距离本项目所在地直线距离10km（5.5海里）外的某渔港区域建设混凝土搅拌站，同时将渔港作为混凝土出运码头，采用水上船舶运输混凝土方式进行混凝土施工。

2.自然条件

2.1 气温

本地年平均气温10.3℃，年平均最高气温10.7℃，年平均最低气温9.8℃，年极端最高气温36.2℃，历年极端最低气温-19.1℃，最热月出现在8月份，最热月平均气温24.7℃；最冷月出现在1月份，月平均气温-6.1℃。

2.2 降水

本地年平均降水量为676.0mm，年均降水日数为65.0天，本区降水有显著的季节变化，雨量多集中于每年的7、8月份，该两个月的降水量约为全年降水量的56%，每年的12月至翌年的3月降水极少，4个月的总降水量仅为全年降水量的3%左右。降水日主要出现在夏季与春季，4～8月降水天数约占全年降水天数的70%。

2.3 潮位

本工程平均海平面为+0.90m，平均高潮位+1.42 m，平均低潮位+0.48m，平均潮差0.95m。极端高水位（50年一遇）为+2.28m，极端低水位为-1.46m，设计高水位+1.88m，设计低水位+0.14m。

2.4 风况

该海域WSW、SW和NE向的出现频率最高，分别达13.8%、11.3%和11.1%。N、NNE、W和SSW向的出现频率也较高，均超过7.5%。

本地低于5.4m/s风速的出现频率最大，达77.8%，超过10.8m/s风速的出现频率约为2%。平均风速为3.9m/s；其中WSW向风速最大，为5.4m/s；SW向次之，为5.2 m/s。强风多发生于WSW、SW 和NE向；最大风速为15.0 m/s，发生在WSW向。

本地冬季NE、N与NNE向风出现频率最高，分别达13.9%、12.9%和12.0%。该站冬季低于5.4m/s风速的出现频率达78.3%，超过10.8m/s风速的出现频率约为0.8%。平均风速为3.9m/s；其中WSW向最大，达6.3m/s。强风多出现在WSW、SW和NE向，最大风速为15.0m/s，发生在WSW向；次最大风速为14.0m/s，发生在SW和NE向。

2.5 海冰

本工程地处北方区域，当地海域固定冰平均宽度为200m，取最大为470m，最大堆积高度一般年度低于2m，固定冰厚度一般为20～30cm，最大为63cm。流冰的方向大致与岸线平行，为WSW-ENE向，流冰速度一般为0.2～0.3m/s。目前，位于本工程NE方向有已建油码头引堤和正在施工建设的西防波堤工程，对本工程NE向的流冰起到良好的掩护作用；工程SW向有环海寺地嘴岬角的遮挡，因此，流冰对本工程的影响较小。考虑历史记录的冰厚大于规范值，故结构设计冰的计算厚度取50cm，冰的单轴抗压强度标准值取为2.3MPa。

2.6 工程特点

根据设计图纸及以往施工经验，现浇胸墙采用分段的方法进行施工，胸墙标准段长度为11.05m，按照规范属于超长结构，且胸墙最小几何尺寸均＞1m，属于大体积混凝土，容易出现裂缝，做好大体积混凝土防裂是本工程的控制重点。

本海域海况条件较差，有效作业天数少，气候条件对现场施工进度及安全影响较大；施工过程中需合理组织，充分利用有利海况条件，提高施工效率。

水上混凝土浇筑受海况影响大，运输、浇筑时间长，混凝土质量控制难度大；需依据现场实际条件，提前进行配合比设计，混凝土正式施工前先进行验证性试验，混凝土质量满足要求后方可浇筑。

3.船舶水上长途运输混凝土工艺

本工程选在施工现场附近某渔港位置，在内设置混凝土搅拌站，同时，将渔港作为出运码头。混凝土由搅拌站出站后，采用罐车将混凝土运至指定的出运码头位置，然后直接将混凝土由罐车卸入舱驳中，采用水上运输将混凝土运至施工现场。

现浇胸墙单次最大浇筑方量为209m、挡浪墙单次最大浇筑方量为235m，采用1艘1000t方驳（配19m长臂勾机）、1台1.2m钩机及3艘混凝土运输船配合进行混凝土浇筑。混凝土运输船长48m，宽9.2m，船舱内设置混凝土料斗，采用钢板焊制，料斗尺寸长×宽×高分别为7.5m×7.5m×1.0m，每次运输混凝土方量为50m。

考虑到混凝土浇筑量及保证浇筑质量，胸墙分层进行浇筑，水平施工缝分层形式为：分两层进行施工。首先浇筑一层胸墙主体，即从+1.1m浇筑至+4.75m，然后浇筑护轮坎，从+4.75m浇筑至+5.3m，最后浇筑面层，从+4.75m浇筑至+5.0m。为减少分层混凝土间的约束和裂缝，尽量缩短分层浇筑间隔时间。挡浪墙水平施工缝分层形式为分三层进行施工。首先浇筑一层挡浪墙主体，即从棱体顶面处+2.0m开始浇筑至+4.75m，二层挡浪墙从+4.75m浇筑至+7.0m，最后浇筑面层，从+4.75m浇筑至+5.0m。为减少分层混凝土间的约束和裂缝，尽量缩短分层浇筑间隔时间。

混凝土施工前，考虑混凝土陆上、水上混凝土运输时间及浇筑工艺、长距离运输混凝土塌落度损失等各方面因素，要求混凝土出机塌落度在200±20mm，到现场达到110 mm 左右，按以上要求进行混凝土配合比设计：水泥选用“浅野”硅酸盐水泥P.O42.5R，水泥用量405kg，Ⅱ级粉煤灰掺量为15%，水胶比为0.35，外加剂掺量6.57kg，引气剂掺量0.051kg，砂率控制在34%，到达现场塌落度为100～120mm。

根据以上配合比进行混凝土防裂温控计算，混凝土拌合温度T=23.6℃；混凝土浇筑温度T=21.9℃；混凝土绝热温升值T=60.1℃；混凝土中心温度3d、6d、9d温度值T分别为63.4℃、62.8℃、60.4℃；混凝土表面温度T=28.0℃。混凝土表面温度与大气温度之差：8.0℃＜20℃，混凝土中心与表面温差小于20℃，满足防裂要求。

胸墙混凝土选取部分段埋设测温材料，根据测得的温差情况决定是否对胸墙混凝土进行保温覆盖养护。胸墙施工时选取典型段设置测温点，根据GB50496大体积混凝土施工规范，每层胸墙测温点数量设置3个，在每段胸墙中线位置设置3个点，从上到下分为顶面、中间和底面各1个点；其中外表温度宜为混凝土外表面50mm位置，底面温度宜为混凝土底面50mm位置，中间温度以为每层层厚的中心。测温头用细铅丝固定在预埋的钢筋上，用塑料布将测温导线包裹好，浇筑混凝土及振捣时不得直接碰撞测温头和测温导线。派专人进行测温，混凝土浇筑后的前几天加大观测频率，浇筑完成后，前2d每隔3h观测一次，第3～7d每隔5h观测一次，根据测得的温度逐渐减少观测次数。根据测温结果，调整混凝土表面的覆盖物，控制混凝土内外温差≤25℃。

图1 胸墙混凝土浇筑示意图（单位：mm）

图2 挡浪墙混凝土浇筑示意图（单位：mm）

混凝土直接采用长臂勾机浇筑入模，分层浇筑施工，首层浇筑厚度为300mm，以后每层浇筑厚度均为500mm；混凝土的浇筑速度控制在30m/h。混凝土浇筑应连续进行。浇筑过程中严格控制下灰高度在2m以内。

方驳平行码头前沿线方向驻位，方驳边沿距离沉箱边沿4m，通过前期现场实际操作，19m长臂钩机满足现场施工要求。单舱混凝土从搅拌出站至浇筑完成全过程共需要时间约为3h10min，其浇筑过程所用时间统计如表1所示。

表1 浇筑过程所用时间统计

混凝土振捣采用φ70mm插入式振捣器进行振捣，振捣顺序从近模板处开始，先外后内，移动距离不大于450mm，振捣器至模板的距离不大于200mm，并尽量避免碰撞模板或预埋件，振捣时垂直插入混凝土中，并快插慢拔，以利均匀振实，保证上、下层结合成整体，振捣器插入下层混凝土中不得少于50mm，振捣时间约为10～20s。胸墙及挡浪墙二层斜坡面采用专用工具配合振捣减少气泡。

浇筑混凝土过程中，应经常检查模板和支撑系统的坚固性与稳定性，混凝土浇筑至顶面时，人工将表面浮浆清除。混凝土浇筑完毕后进行二次抹面，抹面时用木抹反复搓平压实。混凝土浇筑完毕后，必须将连杆及板肋上散落的灰浆清除干净，防止灰浆硬结增加模板的重量，造成安全隐患。

混凝土浇筑完成后（初凝后）及时采用塑料薄膜进行覆盖，做到保温保湿，避免混凝土表面水分蒸发造成开裂。淡水采用船舶从某渔港运输至现场，养护时间不少于14d。拆模后及时进行洒水养护，并在顶面覆盖一层塑料薄膜和一层土工布，要求覆盖严密，并按照要求定期进行洒水养护，保持混凝土表面湿润。及时监测混凝土内部和表面温度，便于采取保温控制措施。根据典型施工段测温情况对混凝土表面采取不同养护措施：早期温升阶段顶面不间断洒水保持潮湿养护，尽可能减小混凝土温度峰值；后期混凝土温降阶段采取覆盖土工布洒水养护，尽可能减缓混凝土温降过程，减小混凝土内外温差。

4.结束语

在保证工程质量的情况下，综合考虑地理环境、施工成本、施工工艺等因素，采用海上运输混凝土，能够提高作业效率，相较于海上搅拌船施工，能够节省施工成本，为项目创造更高的效益。