南通中远川崎船坞码头工程施工回顾

1、南通中远川崎船坞码头工程施工回顾 三航二公司 张永宝1. 工程概况由南通中远川崎船舶工程有限公司出资新建的南通中远川崎船坞码头工程位于长江口北岸南通市内。其中新建船坞350m长，68m宽，12.8m深，是目前国内软土地基上已建成投产的最大干船坞。与船坞工程同时新建的还有位于船坞下游的舾装码头（511×25m）、船坞上游的工作船码头（60×25m），以及与新建船坞码头配套的5块装焊平台、6座变电所、4组（5对）起重机轨道（300t龙门起重机二组，长490m,轨距116m；150t门座式起重机一组，长540m，轨距12m；40t门座式起重机一组，长442m，轨距10m）、坞区道

2、路、给排水、供电、工业管道及广播通讯安装、船坞泵房电机水泵及管线安装等工程项目。（见图1.1）各类桩基2万余根，挖土34万方，现浇砼10万方，总造价4.6亿人民币。工厂建成投产后主要是建造15万吨级以下散装货轮(最大可建造25万吨级船舶)或50006000TEU集装箱船或150000m3LNG船及VLCC油轮等，年生产规模可达60万吨，年创产值约18亿人民币。该工程由中船总公司第九设计院设计，由我中港第三航务工程局施工总承包，并组建了以三航二公司为主要施工力量的三航局南通船坞码头工程项目经理部全面负责工程施工。工程监理由上海振华监理有限公司承担，船坞码头工程于96年12月18日正式开工，99年

3、11月17日竣工。平面尺寸210m长、15m宽的双排钢板桩大围堰是船坞工程的第一个重要节点项目。为确保坐落在松软陡坡河床上的大围堰在整个施工期间的安全，设计要求对围堰及附近的土体进行水泥土搅拌桩加固。为此我们在水上搭设了一座大型钢平台，将陆上水泥土搅拌桩施工机械安放在该钢平台上进行水下水泥土搅拌桩的施工，由于采取了一系列的技术保证措施，水下搅拌桩垂直度、强度、搭接长度等全部符合设计要求。相比采用水下水泥土搅拌桩专用工程船舶施工，节省了大量的工期与费用。为进一步缩短施工工期，围堰钢板桩采取从上下游向中间施打的工艺，为保证钢板桩能顺利合龙，经过周密的计算论证，首次在围堰施工中采取了在板桩墙体上开闸

4、门泄洪及组合合龙桩合龙的施工工艺，确保了大围堰的一次性合龙成功。坞口围堰的顺利建图1.1 南通船坞码头工程平面示意图成为整个船坞工程的按时完成奠定了基础。在南通船坞工程中，采用了箱型组合钢板桩兼作坞壁结构和止水墙，这在国内尚属首次。施工实践证明，采用这种设计方案，坞壁结构一次成型，施工工艺简单合理，功效高，速度快，止水性能好，外观漂亮。箱型钢板桩沉桩中，采用型钢制作了一个大型活动导向架，并配以特制的限位器进行导向与限位。相比国外同类工程中采用的满堂大型导向装置，活动导架移动方便，功效高，成本低。坞墙锚锭系统施工中，将近500根f90锚锭拉杆逐根通过预拉应力的检测。使得目前形成的船坞墙体的允许偏

5、差全部符合原设计要求。为保证船坞大基坑的顺利开挖与坞室结构的施工，在坞室内外布置了160余口降水深井，昼夜不停降水，保证了基坑内的良好施工环境。船坞基坑开挖出土方量为南通市基坑开挖之最，施工人员克服了各种困难将34万方土通过汽车和驳船同时从水、陆二路运出施工区域，保证了后续工程的顺利进行。为确保坞底板下减压排水系统质量，用作滤水层的黄砂过筛、碎石冲洗、土工布缝合搭接。结构分缝为100块的坞室底板厚度从0.8m至1.4m不等，为避免厚大体积混凝土的温差裂缝，采取了在混凝土表面覆盖塑料薄膜、草包、油布的保温保湿养护方法。尽管养护期间混凝土内部温度与外界气温差高达50°C，但由于采取了上述

6、养护措施，底板大体积混凝土安然无恙。紧挨围堰体的坞口基坑开挖，为完全敞开式大基坑，最深处达18m，基坑及坡面土质较差，加上施工时又正值长江汛期，一旦遇水基坑及护坡土体即成流沙状态，严重影响了工程的进展与基坑及围堰的安全。为此，项目部多次召开专家会议，增加了多种形式的局部降水，采取了局部钢结构支撑及其他相应的综合工艺与措施，保证了基坑的安全施工。坞口为整体式现浇钢筋混凝土结构，包括厚达3m的坞口底板、东西二个坞墩及西坞墩处的现浇混凝土水泵房。施工时混凝土分16次浇筑，最大一次浇筑方量达3400立方米。为确保坞口大体积混凝土的施工质量，用华能一级粉煤灰超量取代部分水泥以减少混凝土的水化热。在混凝土

7、表层均增设了防裂钢筋，混凝土拆模后，表面和侧面覆盖塑料薄膜及聚乙烯泡沫板保温保湿养护。施工结果表明这些措施取得了很好的效果，并为今后同类结构的施工积累了可靠的经验。水泵房内的各种动力设备是船坞投产后运作时的心脏部位，设备运转后具有能在5小时内把坞室内30万立方米的水排出坞外的能力。水泵房的安装特点是工期紧，要求高，周边工作环境差。为此分别组织了主辅泵、电机、管道、变电所等4个安装小组，按照规定的程序精心施工，在规定的时间内完成了主泵、辅泵、生产泵、消防泵、压载泵、真空泵、排水泵及电机与变电系统的安装项目。经业主、设计、监理及电机、水泵生产厂家多次反复检测，全部符合设计与使用要求。位于船坞下游的

8、高桩梁板式舾装码头与船坞工程同时开工。为满足船坞工程材料的卸运及业主建造新船所用钢材的卸货与货船的靠泊，根据业主的要求，舾装码头分3次进行中间验收，交付投产使用，并于98年7月全面竣工通过验收。位于船坞上游、平面形状呈“L”型的工作船码头，结构形式与舾装码头相同，于99年5月开工，同年11月竣工。为满足业主实现在正在建造的船坞中同时建造新船的计划，我三航局充分利用总承包的优势，及时调用了下属数个专业工程公司的施工技术与设备，统筹安排了船坞与码头、陆域与水上、主体与配套、土建与安装的施工进度，有效全面地进行动态管理，保证了业主提出的几个节点项目的顺利完成。应业主要求，船坞230m范围段内的所有土

9、建、安装及配套工程于98年9月交付业主投产建造新船。99年3月船坞主体工程和在坞内建造的新船及船坞坞门同时完工，项目部在围堰上开口把长江水引入坞内将新船浮起，而后拆除围堰、疏浚出坞航道。99年5月8日，与船坞同步建造的新船顺利出坞。南通船坞码头工程经南通港口建设工程质量监督站核定为优良。南通船坞码头工程的顺利建成，是在松软陡坡上建造双排钢板桩大围堰获得成功的首例，是目前国内在软土地基上建成干船坞规模最大的首例，是采用组合箱型钢板桩兼作坞壁结构与止水墙在国内获得成功的首例，是在在建船坞中同步投产建造新船取得成功的首例。本文仅对船坞工程的施工进行回顾2. 工艺流程 详见图2.1：工艺流程图4图2.

10、1 船坞施工工艺流程图 193. 坞口临时围堰平面尺寸210m长、15m宽的双排钢板桩大围堰是船坞工程中第一个重要节点项目，它与上下游两侧拟建防渗堤一起组成一道挡水体系，确保船坞内基坑挖土、坞口、水泵房、 坞室大底板等结构能顺利施工。3.1水下水泥土搅拌桩施工拟建坞口临时大围堰的江侧外河床有深槽，它与岸边浅水区之间是一段较陡的岸坡，坞口段岸坡的平均坡度为23°，局部达45°以上。这段深槽的最深点位于拟建围堰下游圆弧外约150m附近，最深处达-60m左右。为保证在如此松软陡坡上建造的双排钢板桩围堰的稳定与安全，设计要求必须在围堰施工前对部分围堰体的水下原土体采用水泥土搅拌桩（

11、-2.0-16.0m）的方法进行土体加固。照片3.1 水上搅拌桩施工平台水下进行水泥土搅拌桩施工，必须采用专用的施工船舶，它性能先进、有成功施工的先例、拌搅马达功率大、搅拌钻杆向下搅拌与上升时均可注浆，可保证无浮浆出现，不会因浮浆而影响以后围堰钢板桩的施工，另外工程船舶定位方便正确。但是因工程船舶只有一个搅拌头施工，工作效率不高，同时施工船舶因锚拉等原因需占用较大的作业面 ，使得上下游防渗堤不能同时施工，因此会大大影响工期。经过反复研究对比后决定采用在水上搭设大型施工平台，用陆上普通水泥土搅拌桩的设备在水上平台上进行水下搅拌桩的施工，具体做法为：1.选用149根609钢管桩（桩长2924m，桩

12、距46m）作为桩基（保证桩尖进入粉砂层3m），桩顶处焊拼双拼28#槽钢作为组合钢梁，上铺300×300木方及70木板组成高桩梁板式操作平台。钢管桩之间用型钢斜撑连接，使整个平台成为一个整体（照片3.1）。2.在操作平台上正确施放桩位后，用4台700双头深层搅拌桩机（高度26m，自重17t，2×37kw钻机）。同时在施工平台上作业。采用二喷二搅工艺，并注意喷浆只能在自然泥面50cm以下进行，避免了浮浆的产生。经过50天的连续施工完成了水下2181根水泥土搅拌桩，相比专用施工船舶施工工期减少一半，费用减少200万，而且不影响坞口的其它项目同时施工，水下取样（10根）28天平均强

13、度1.7Mpa。3.2钢板桩围堰施工钢板桩围堰的平面图、剖面图详见图3.1、图3.2。图3.1 围堰剖面图图 3.2 围堰平面图钢板桩型号主要为PU32（另有部分CAZ36钢板桩兼顾下游永久性驳岸），共计765根。97年3月15日开打第一根桩，同年8月31日围堰钢板桩顺利合拢。外排钢板桩长32m，锁口内涂抹止水材料（壳牌油脂：100#沥青=1：3），内排钢板桩桩长26m。双排钢板桩之间用65钢拉杆（88根）连接（=2400，标高+3.00m）围堰体内填砂，表面用袋装砂护面（填砂2.5万m3）。钢板桩的沉桩选用打桩4#船施工。先用609钢管桩与双拼28#槽钢在水上做一护桩定位导向架，用桩4#船挂

14、振动锤插桩，再用柴油锤屏风式锤击打桩到位。在有水泥土搅拌桩加固区域内，因在进行水泥土搅拌桩施工时，已在围堰钢板桩桩位上正确留置了空位，故未因此而受到影响。沉桩施工时，桩身必然会产生向锁口方向的倾斜，倾斜值累计到一定控制值时采用异形桩（另外加工）进行纠偏，以保证钢板桩墙体的垂直度与平面位置的正确。为尽快完成围堰工程，围堰钢板桩从上下游二端先打，最后在中间合拢，以抢出时间进行上下游二侧的防渗堤施工，并且可以在水下水泥土搅拌桩施工的同时在下游侧同时进行围堰钢板桩的施工（此处无水泥土搅拌桩加固），但因此而带来了围堰钢板桩最后的合拢问题。钢板桩墙体合拢有二个技术难题：一是最后合拢前钢板桩墙体江岸二侧的水

15、位差将会使已逐步形成的墙体随着潮水变化摆动而影响安全。二是最后合拢时合拢桩必须与已沉桩到位的上下游二侧的桩体锁口可靠锁合，成为一连续的墙体。为此，在合拢前在已形成的墙体上选择不同处的5根钢板桩，乘低潮时在+2.5m处割开并将其抽高，形成闸门式泄洪口，平衡墙体内外的水位差（合拢后再将该泄洪口已抽高的桩身拉下关闭焊妥）。另外，在合拢处两侧20m范围内的钢板桩沉桩前把二端已沉桩到位的钢板桩用导梁连成整体，然后利用该导梁将该范围的钢板桩逐一仔细边纠偏边沉桩到位。最后的合拢桩，根据合拢口的尺寸定制并必须是二根或三根的组合桩，因组合桩上下游方向有很大的自由度，插入合拢口二侧照片3.2 坞口围堰建成后的锁口

16、后，合拢桩有明显的自我调节作用，采用上述措施后，合拢一次成功。围堰钢板桩完成后，即进行拉杆安装及围堰内填砂，填砂采用泥驳水上吹填方法，二条300t泥驳，4台泥浆泵同时吹填，用时一个月多。吹填砂的同时进行拉杆安装。围堰建成后成为南通市沿江防汛大堤的重要结构（照片3.2），直至坞口结构完成，围堰拆除（本文没有描述）后为止。4. 沉桩 本工程桩基形式有：钢筋砼方桩、PHC管桩、钢管桩、钢板桩、箱型钢板桩等。除装焊平台、公用电缆管沟等附属工程为一般天然地基处理外，船坞主体，吊车道等水工结构基础均为桩基支承。根据“先低标高的桩，后高标高的桩；先中间，后四周”的原则，沉桩施工顺序如下为：1.坞室底板桩 2

17、.坞口、水泵房桩 3.坞墙承台桩、锚碇桩、吊车道桩 4.坞墙钢板桩 5.坞口止水钢板桩 6.泵房廊道桩及坞口其它桩。 4.1 数量见表4.1表4.1 沉桩量一揽表（不包括钢板桩）桩基名称数量(根)规格起始时间完成日期坞室底板桩1416500×500×（26m、29m）600PHC×（24、26、27、28、29m）600PHC×（24、26、27、28、29m）96.12.1898.01.03坞口底板桩305800PHC×22m97.02.0397.03.09泵房底板桩86800PHC×20m97.01.0197.03.09泵房廊道桩

18、30609×12钢管桩×（12、14、15、22、38m）98.01.1598.12.01吊车道桩 300T521600PHC×（32、33、34、35、37m）609×12钢管桩×（32、33、35m）（16根）97.02.2198.01.07 150T510600PHC×37m97.03.3197.07.05 40T166600PHC×（32、36、37m）600×600×36m609×12钢管桩×（36、37m）（27根）97.02.2898.11.29坞墙承台桩357600PH

19、C×（32、33、34、35、36、37、38、39m）97.03.0598.01.12 锚碇桩714800PHC×15m609×12钢管桩×15m(21根)97.01.0398.11.294.2 地质状况见图4.1图4.1 地质情况示意图 4.3 坞口水上深送桩坞口大底板桩基为Æ800PHC桩，为水上深送，当时泥面标高为±0m，水位约+4.0m左右，桩顶标高为-9.25m-13.45m，施工允许水域范围210m×90m，作业时间6:0020:30，采用三航桩8#，挂D-100锤。（照片4.1）水上深送采用“分组插桩，二次锤

20、击到位”的方法，既先插一组桩至水面平，一次插桩不宜过多，以78根为好；顺序以排架形式为一组；插桩时一定要保证桩身的垂直度，稳桩后，不要再动缆绳调整桩位，然后再用送桩管按顺序将各桩送至标高。送桩前后须注意及时清除送桩管内的淤泥，以利送桩管的顺利提拔。照片4.1 水上深送桩4.4陆上钢筋砼桩沉桩本工程桩基以第5层土作持力层，由于在开工前未进行试桩工作，原设计采用500mm×500mm断面的非预应力混凝土方桩，而这种桩要穿过土质分布极不均匀，标贯击数为23的3-3层粉砂土极其困难，致使桩顶破碎，送桩管拔不出。设计根据现场的实际情况，将方桩改为PHC609AB型砼管桩。沉桩控制以标高控制为主

21、贯入度作为校核。当贯入度已达到控制贯入度，而桩尖标高未达到设计标高时，继续锤击10cm（或锤击3050击），其平均贯入度不应大于控制贯入度。3-3层为密实粉砂土层，采用6.5t和8t柴油打桩锤锤击，锤击数大多在2000击左右，个别达3000多击，甚至达4000多击（桩长29m，送桩10m），贯入度小于10mm。开始施工时损桩较多，后采取了一些措施，如采用10cm厚的夹板桩垫，使桩垫变形后仍保持一定的厚度和弹性；对替打进行重新设计，保证替打与桩头有效的均布接触，减少桩头的破损率等。又由于3-3层土质厚度由岸侧向江侧逐渐减少，沉桩质量也大幅提高，由刚开始的补桩率1.69%降低到0.2%。 4.5

22、坞墙钢板桩 坞墙钢板桩采用卢森堡进口的CAZ36钢板桩，兼作止水墙及永久性坞壁结构，坞墙钢板桩平面图如图4.1，CAZ36钢板桩结构见图4.2，在国内工程上的运用和施工尚属首次。坞墙钢板桩桩顶标高+4.0米，桩顶嵌入上部钢筋砼承台0.5米，桩尖标高-21.0米。作为坞壁结构的CAZ36钢板桩共计585根，钢板桩之间通过两边锁口咬合连成整体，锁口内灌注由沥青、油脂混溶配置的止水材料，形成封闭的止水墙。图4.1 坞墙钢板桩平面图 图4.2 CAZ36钢板桩拼装详图普通CAZ36组合钢板桩由25米的AZ36成品桩和20米的AZ36成品桩在专业制作车间加工拼焊而成，经过切割、调直、焊接、打磨等数道工序

23、，成为横断面为六边形的箱形桩体。由于组合钢板桩两面不等长（长面向坞室），故为偏心桩，一根普通桩重约11吨。下坞楼梯处的转角桩即在普通桩侧面加焊一个连接锁口而成.楔形纠偏桩则根据实测偏差，相应在普通桩的翼板上进行尺寸修正，加焊钢板而成。CAZ36钢板桩作为船坞坞壁，直接暴露在外，故对其外观要求远比一般支护钢板桩要高得多，所以相应地对钢板桩的偏位、垂直度要求很高。设计精度要求：桩顶水平偏差向坞内为0，向坞墙后不得大于50mm；桩身垂直度为1/320。加上该桩为不对称偏心桩，对沉桩正位很不利，因此选择合适的沉桩工艺对于钢板桩的顺利施工和质量保证至关重要。在施工前曾去实地考察的澳大利亚的同类工程中，钢

24、板桩施工采用固定式通长导架定位，液压锤锤击至设计标高，其钢板桩长21米，且在水上施工。这种施工工艺虽然有效地保证了沉桩质量，但在本工程中，由于受施工条件、工程成本、机械设备、地质条件、桩长等因素影响，无法参照使用。在本工程施工过程中，充分利用地质条件，结合振动沉桩和锤击沉桩两者优点，采用先插后锤屏风式施工工艺。振动锤功率为90KW，桩架有效高度为41米，振动插桩深度一般为15米左右，在该深度范围内，土质较松，振动锤产生的上下振动力，造成土体局部液化，减少了对桩的阻力，照片4.2 CAZ钢板桩插桩从而在振动体系的自重压力下，桩被压入土中。插桩深度15米比较适宜，如果入土太浅，泥面上钢板桩高度较大

25、，则会受桩架高度限制，无法使下一根钢板桩的锁口套上，且在锤击时因桩自由度过大，容易产生倾斜；如果入土太深，一方面沉桩困难，另一方面因为钢板桩之间锁口长时间摩擦热量高而局部发红熔化造成变形损坏，锁口间的止水材料也会熔化流失。振动插桩时，在桩顶焊加劲板（厚3厘米，与沉桩方向平行）以便夹桩。插桩定位采用移动式双层刚性导架，导架由大型H型钢焊接加工而成，该导架利用自重（约21吨）来限制钢板桩的平面位置，很适合陆上沉桩（照片4.2）。由于CAZ36钢板桩为非对称结构，坞室侧长25米，坞外侧长20米，所以，在插桩过程中，桩顶有向坞外倾倒的趋势，因此，只要在下层导架坞室侧和上层导架坞外侧安装限位滚轮即可，不

26、需要进行四点限位。导架通过一边烧焊在已经插好的钢板桩上，另一边焊在桩架底部的走道钢板来固定。一次可连续插桩7根，然后再移动桩架重新定位。在插好一定数量的钢板桩、机械设备互不影响后，再用柴油锤（锤型为D80）锤击送至标高。柴油锤采用三档（四档容易将桩顶打变形），锤击数一般为2000击左右，最后贯入度约为5mm。实践证明：这种工艺切实可行，一般情况下，每天可插桩6根左右。因各种因素，钢板桩在沉桩过程中易发生扇形倾斜，若不及时预防和修正，误差累积将影响钢板桩的施工质量。我们采取通过优化沉桩顺序分组送插钢板桩来减少倾斜，当倾斜较大时，及时加工楔形桩一次纠偏到位，从而保证施工质量。在前期沉桩中，出现了几

27、处锁口脱开现象。主要是由于箱形钢板桩刚度较大（尤其桩顶处焊有加劲板后），使得送桩时，钢板桩无法象单片的拉森板桩一样通过自身变形来消除沉桩时产生的对桩体的挤压应力，因此沉桩时，在锤击力作用之下，钢板桩应力达到一定数值后，顶部锁口向坞室内挤出，造成锁口脱开（长度约3m左右，脱开锁口在后道工序中已经焊接补牢）。后采取割加劲板的方法，通过钢板桩箱体的自身变形来减小挤压应力从而有效地防止了锁口脱开。但是加劲板割得太多，桩又容易产生扇形倾斜。在实际沉桩时可密切观察桩顶水平轴线变化及锁口间隙大小，采取相应的措施，当桩顶轴线折角较大、锁口交合处间隙增大时，要割开加劲板来预防脱开。实践表明：每610根钢板桩割一

28、块加劲板较为合适。采用这种措施后的沉桩施工中，再无锁口脱开现象。振动插桩时，钢板桩锁口振动磨擦发热而造成锁口间止水材料融化流失，影响止水效果。因此，在插桩时，在桩顶锁口处连续浇水降温以达到保护止水材料的目的。在最后的数十根钢板桩（接近坞口）施工中，因施工总体需要，坞口降水使地下水位较低，土体含水量减少，磨擦角增大，不易液化，桩侧阻力增大，造成沉桩困难（只能入土6m左右），受桩架高度影响无法满足下根桩的插桩要求。后采取小面积水冲工艺，增加土体含水量，从而保证顺利插桩。CAZ36坞墙钢板桩施工分两期，一期沉桩从97年3月15日至97年7月3日，两台桩架施工（一台插桩，一台送桩），共沉桩257根，二

29、期沉桩从98年1月16日至98年3月13日，三台桩架施工（上下游各一台桩架插桩，还有一台桩架专门送桩），共完成326根。5. 降水与基坑开挖5.1降水5.1.1降水井的布置船坞工程有大量的土方开挖，其中坞室68m×323.5m范围的基坑需挖土至-7.5m标高，坞口区门墩开挖至-9.5m标高，水泵房开挖至-13.5m标高，开挖深度达12m14m之间，现场的地下水位为地表以下约30cm左右，故在土方开挖及坞室坞口结构施工中必须考虑完整的降排水体系以利干施工。另外，为保证坞室施工时坞墙的稳定，CAZ-36钢板桩后侧的地下水位在坞室开挖前必须降至-4.0m以下，故在坞墙钢板桩后侧亦须同时布置

30、降水设施。施工现场整平后标高为+4.5m左右，坞口区经水上挖泥并完成止水钢板桩施工后的地面标高为±0.0m左右。地质剖面物理参数为：-2层砂质粉土埋深为-13m-23m左右，渗透系数为0.899m/d，-3层为粉砂层，埋深在-10m-28m左右，渗透系数为0.385m/d。根据本工程干船坞的特殊性，可考虑CAZ36钢板桩的止水作用，即当钢板桩坞壁及坞口PU16止水钢板桩形成之后，整个体系为一止水系统。根据施工要求以及现场的地质条件，-2层的渗透系数为最大，且基本上为施工作业影响范围，故主要考虑利用此地层降水，降水设施须进入此地层。 图5.1 降水深井结构船坞区的降水采用钢筋砼深井降水

31、工艺，布置排水明沟，集水井和钢筋砼深井。深井结构如图5.1所示。深井管为预制，砼标号R20，井管分节长度分别为2m和4m，内径Æ300，外径Æ360。端头处预埋一圈30×3铁皮及Æ6钢筋，井底用一6铁板封住。井管除最上节外均为滤水管，既在井壁管上布置Æ50400的透水孔，外裹一层聚乙烯塑料丝及一层60目尼龙纱布。深井钻孔为Æ800，井管外侧与钻孔间采用中粗砂回填。回填中粗砂应有良好的级配，含泥量不得超过规范要求。根据船坞底板的分块，坞内井的间距取为16m。挖土面标高为 -7.5m，设计降水面标高为-8.5m，每4口井为一降水井区间，对

32、角线长度取为24m。对于渗透系数K=0.899m/d的粉砂而言，参考经验值抽水影响半径R=50m。取降水的水力坡度I=1:3，可得设计井深为17m。考虑井底的淤积及泵的吸水深度，取井深为18m。降水漏斗曲线见图5.2所示。 图5.2 降水漏斗曲线示意坞室内井的间距为16m，坞墙后井的间距为18m，井深根据降水漏斗曲线分别取为18m和14m（后改为15m）。每个深井内设置一台0.75KW的潜水泵，功率为2t/h。根据现场的实际情况，当发现地下水位难以下降时，可增大泵的功率。所有深井以软管系统相联系，汇入集水坑中，然后以两台80t/h的大泵排入长江。坞口区的降排水体系须根据坞口的不同结构来分别设计

33、,门墩及底板处的井深为16m，水泵房井深为20m。降水井布置汇总表位置井数（口）泥面高程（米）井长（米）坞室区坞室内80+4.518坞墙后46+4.514坞口区东门墩3±0.016西门墩2±0.016水泵房8±0.020底板8±0.016观测井5+4.510总计1522502具体布置见 图5.3 船坞降水深井布置图。5.1.2.降水深井的施工 深井施工的流程为：测放井位钻机到位开挖泥浆池及循环池钻孔清孔焊接吊放井管回填滤砂洗井安放潜水泵抽水营运。钻机型号采用PJ-500，占用场地小，且移动灵活，适宜在复杂的现场条件下作业。钻孔方式同钻孔灌注桩，成孔直径为

34、0.8m，垂直度控制在1%以内，钻孔深度须比深井设计长度深50cm。钻孔采用反循环钻进排渣，泥浆护壁，泥浆比重约为1.25×103kg/m3，施工时须及时添加膨胀土以增大泥浆比重。钻孔至设计标高后进行清孔，将孔内残渣排尽，保证成孔的直径、长度均满足设计要求。此时泥浆比重稀释至约1.131.17左右。吊放井管，管节采用电焊连接。根据透水层厚度，一般深井下部采用钢筋砼滤水管，上部一节(4m)采用钢筋砼井壁管。井管下至设计标高后，利用塑料布临时封住管口，在管井外均匀回填中粗砂，直至泥面。砂的直径应大于23mm，含泥量小于3%。边填砂边用清水向井管内冲洗，溢出的泥浆及时用泵抽走。填砂完毕后立

35、即放入潜水泵，刚开始时抽出的皆为混水，此为成孔时的泥浆所致。抽水直至出水变清，此时一口深井方才施工完毕。 5.1.3.降水体系运作降水体系形成之后，根据设计要求，以及开挖的需要分层降低地下水位。在开挖之前的一周内，地下水位必须降至-4m标高以满足第一层开挖要求。根据降水漏斗曲线此井内控制水位标高为-8.0m，随开挖的进行再逐步降低控制抽水水位，直至达到设计要求。坞室外井管理论抽水控制水位为-8.0m，抽水过程中须保证深井内的动水位在-8.0m以下，方可满足设计要求。地下水位应提前降至开挖层面1m以下，在开挖过程中，挖机及自卸车必须注意对深井及软管系统的保护。深井的管顶砼可随开挖面的下降而逐步下

36、降。我们在两口抽水深井当中布置一口观测井（井深10m），用于观测地下水位。本工程共布置5口观测井，观测井的结构及施工同抽水井。坞室内及坞口区的地下水位值则通过每天选择观测井测得。在营运过程中根据需要选取几口典型井位，停抽24小时观测其地下水位，取平均值即可作为此时坞室内开挖层面的地下水位值。坞室内降水情况完全符合理论计算。刚成井时出水量非常大，潜水泵基本处于满负荷工作状态。之后由于钢板桩的止水作用，出水量逐渐变小。降水施工过程中水位变化参见图5.4。图5.4 降水施工过程中水位变化示意坞墙外由于降水区域处于开敞状态，地下水位变动十分迅速。根据漏斗曲线理论计算，只要确保深井内的动水位在-8.0m

37、以下，即可满足设计钢板桩上地下静水位-4.0m的要求。根据观测数据，地下水位一般在-2.0m-4.2m之间变动，最低时曾达到-5.4M的静水位。与理论预计比较吻合。坞口区降水情况则又有所不同。坞口区的地下水位超过泥面，在止水钢板桩还未完成之前，深井内的出水十分迅猛，水泵稍微停一个小时，即可发现地下水位翻过深井管向外冒。待止水钢板桩完成大部分之后，则出水也随之稳定，与坞室内的情况相同。 在本工程的施工过程中，降水基本满足了设计与土方开挖的要求，而且相对于其它的降水工艺，在成本控制上有了极大的节约。图5.3 船坞降水深井布置图 285.2.坞室挖土船坞坞室开挖至-7.35m7.95m，（含江防大堤

38、1.5万m3），由于江防大堤的影响以及交叉作业的因素，施工分为大堤内部分，江防大堤及大堤外部分。大堤外部分又分为坞室和坞口二个区间。具体工程量如下： 部位方量（m3）施工时间弃土方式坞室1#22#6268897.8.3098.4.20汽车外运7500098.5.398.5.26汽车外运12036898.6.399.12.26汽车外运715098.12.2699.1.6水力冲排坞口22#26#3668598.6.1498.10.25船外运合计34331797.8.3099.12.26船坞基坑开挖坞室和坞口两部分以大堤（即13轴线）为界，大堤内的泥面标高为+4m大堤外的河泥面平均标高为+3.8m，

39、坞口为0.5m。开挖时考虑到大堤的稳定性，先开挖1号至13号轴。为防止已建成的坞墙向坞室倾斜，坞室开挖必须在坞墙与锚锭系统可靠联体、锚锭墙前水泥土加固、锚锭梁前抛石及墙后降水至-4m后方可进行。土方开挖总体原则是“先坞尾再向大堤延伸，先中间后两边”的盆式开挖方式。配4台挖机，运土斜坡道向坞室延伸，斜坡道宽度为10m，坡度1:10，坡道表面铺30cm山坡石和20cm厚碎石。整个坞室开挖自上而下分图5.4 盆坞室式分层开挖示意图五个层次（图5.4）：第一层次抽槽开挖，开始时两边各留10m宽的通道(盆口)，标高+3.8m，以备后期开挖时作为运土通道，同时也可使得突然失去被动土的钢板桩坞墙内应力有个缓

40、变过程，中间“盆底”挖至-1.0m。第二层次继续分别将“盆口”与“盆底”挖至-1.0及-5.5m。第三层次将堆在两坞墙内侧的-1.0m“盆口”挖去至“盆底”-5.5m。第四层次开挖由人工配合挖土机进行，挖土深度为1.5m至7m标高。此层作业与第三层次是同步，故仍可利用1m标高上的予留接力平台，在进行此层土开挖时必须注意对坞底板的予留外伸筋和桩头的保护，桩四周采用人工清挖。第五层次为人工开挖，根据底板砼和减压排水系统的施工而展开可分块放线开挖至设计要求的底标高，施工时要注意避免扰动原状土。待围堰形成后可进行大堤外坞室挖土，挖土工艺分二步进行，第一步先以18轴至大堤开挖，第二步待坞口砼浇注到一定厚

41、度后，再从22轴至18轴开挖，其开挖方法和开挖顺序与大堤内相同。连接段1522轴处坞室开挖，在其它各段结构基本完成后开工，开挖进由中间向上、下游方向后退，最后部分开挖通过水力冲排土完成。原大堤穿过船坞区1315轴，由于防汛要求，该大堤在施工初期不能拆除，同时也利用它作为施工初期的主干道。坞口围堰建成并通过南通市水利防汛部门验收后即可拆除大堤，大堤拆除由中间向上、下游退挖，挖到与坞墙钢板桩有一定台阶后，并顺到坞室内基坑开挖，施工顺序同前。 照片5.1 坞室基坑开挖与底板施工同步进行6.大体积砼施工及裂缝的防治本工程中现浇砼约10万m3。型式有箱形结构（廊道），板块结构（坞底板），墩台结构（坞门墩

42、），墙板结构（水泵房）等，大部分属大体积砼，一般均又有抗渗要求。上述砼结构产生裂缝的机率较高，故在施工中必须加以重点控制。6.1 廊道结构裂缝的产生与防止船坞坞墙廊道为箱型结构(图6.1)，底板、墙体及顶板厚度均为80cm，伸缩段长度为16m，为尽快将锚碇拉杆与底板锚接连体，以便坞室能开挖作业，因而先施工廊道底板，一般在一 图6.1 图6.2个月后才会再进行墙身砼的施工，但不久墙身普遍出现至上而下的垂直裂缝，每段伸缩段均出现3条以上，裂缝先从伸缩段长度的中间出现，后又在伸缩段长度的四分之一处再出现（计3条），部分结构不久又在伸缩段长度的八分之一处再继续出现类似裂缝（计7条）。裂缝宽度约0.2m

43、m。分析后认为产生这类裂缝的主要原因是墙体砼浇筑后必定要产生体积收缩，而已浇筑好的底板砼将会给墙体砼的收缩产生“约束”，从而引起墙体砼产生拉应力而出现裂缝(图6.2)。找准原因后即对施工次序进行了调整，要求底板砼浇筑后尽快浇筑墙体砼（一般不超过七天）。因此时底板砼的收缩也还在进行，相比原工艺而言，给坞墙墙体的收缩产生的“约束力”要小的多。采取上述措施后，墙体砼的裂缝再未出现过。因坞墙廊道顶板有吊车道梁结构，而坞室开挖后与坞墙连体的廊道结构必定会产生向坞室的位移。为保证吊车道轴线的准确，廊道顶板不得不在坞墙位移相对稳定后才进行浇筑（一般均在三个月以后）。因而由于同样的原因，廊道顶板浇筑后不久即产

44、生了上述收缩裂缝。要彻底解决这类裂缝的产生，必须尽量缩短墙体与顶板的间隔施工时间，但如何解决因先施工顶板而引起的吊车道轴线的位移是当时尚未解决的一个课题。目前在外高桥船坞施工中，已将与坞墙廊道顶板结构连体的吊车道结构暂缓施工。即顶板浇筑仍然抓紧进行，以避免约束裂缝的产生，吊车道结构待坞墙位移相对稳定后再施工。采取上述措施后，这类问题也得到了彻底解决。 6.2 砼面层表面微裂缝产生的原因分析与防治方法现浇砼面层特别是采用泵送砼施工的现浇砼面层，砼表面产生微细裂缝的机率极大，几乎达100%。南通船坞工程坞室底板现浇砼面积约2.4万m2、板厚0.8-1.4m，全部采用泵送砼施工。为预防砼表面裂缝的产

45、生，通过查阅大量的砼施工技术文献，并结合以前的工程实例进行研究分析，认为：产生砼表层裂缝的根本原因是泵送砼的灰骨比太大，砼振捣后富余水泥砂浆浮集于砼表层，该层“浮浆”，特别是最顶层的浮浆，因砼的泌水集中于此，水灰比较大、强度较低（目前的条件还不可能将该层浮浆全部换掉），砼一旦受到任何应力，该层“浮浆层”首先破坏，从而产生表层的裂缝。找准原因以后，只要设法避免该层“浮浆”受力，即可基本解决裂缝的产生。而“浮浆”受力仅仅只是砼的收缩应力，而砼的收缩应力不外乎三种，具体分析与相应的裂缝防治措施分述如下：1. 砼的干燥收缩。砼硬化后一旦失水，砼本体首先是顶层浮浆立即出现体积收缩，而顶层浮浆的强度较低，

46、裂缝必然产生。对此，只要注意加强砼的养护即可以解决此问题，但不能浇水（原因后文有述）。为此我们在浇筑砼面层抹面结束后即在表层覆盖一层塑料薄膜，因塑料薄膜阻止了砼内部的水分蒸发，杜绝了砼失水的可能性。因而这类裂缝得到了彻底的控制。2. 砼的温差收缩。这种收缩一般不被人重视，是目前产生裂缝的主要原因之一。砼水化过程中将有大量的热量放出（现浇层厚度大时，这种情况更为突出），特别是浇筑后四天内放热量更为集中，若此时浇水养护，养护用水与砼表层温差比较大时，表层砼受冷收缩，裂缝必然产生。为此我们在塑料膜上再覆盖2层草袋，将砼与外界的温度交换进行隔离。船坞底板（厚度为1.01.4m）施工时外界气温5

47、6;C，而草袋塑料膜下的砼表层温度达40°C，砼内部温度更是高达50°C，养护结束覆盖层撤除后砼表层呈渗透状，均无任何裂缝出现。需要说明的是，采取保温养护法时要注意保温层撤除的时机，须在砼表层（10cm）内埋设温度计，当该处温度与外界温差小于25°C时方可撤除保温层。3. 砼碳化收缩。这种收缩更不曾被引起过重视，也是目前表层裂缝产生的主要原因，这种收缩裂缝一般在砼浇筑后2-3个月后出现，是目前出现机率极大的一种，也是几种砼体积收缩中收缩率最大的一种（图6.3）。砼水化后产生大量的氢氧化钙（Ca(OH)2），它与空气中的二氧化碳（CO2）反应后生成碳酸钙与水(Ca(

48、OH)2+CO2=CaCO3+H2O),但同时体积收缩而产生裂缝。为此我们用超量取代法在砼内掺入一定数量的粉煤灰，粉煤灰中的细颗粒多呈球形，且较为致密，吸水性较小，而且还有一定的润滑作用，因而干缩性较小，抗裂性较好，水化热较低。粉煤灰取代了20%的水泥，水泥用量相应减少，对降低水化热大有好处，又不影响砼的28天强度。更为有利的是粉煤灰的主要成份氧化硅（SiO2）、氧化铝(Al2O3)将与砼内的水泥水化生成物氢氧化钙(Ca(OH)2)反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙（该两生成物也是水泥与水反应的生成物之一）：图6.3xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·nH

49、2O yCa(OH)2+Al2O3+mH2O=yCaO·Al2O3·nH2O上述反应发生后降低了砼内氢氧化钙的含量，当然也就减少了碳化收缩裂缝的产生。Ca(OH)2与粉煤灰反应降低了碱性，理论上对钢筋防锈不利，但根据国内外大量的研究证明，只要28天强度与基准砼相等，可认为对钢筋防锈无不利影响。船坞底板砼采取上述措施（盖塑料膜、草袋、砼掺粉煤灰）后，未曾出现大体积砼的温差裂缝，表面碳化裂缝也大大减少，收到了极为满意的效果。此方法也可推行运用到码头现浇面层砼的防裂措施中去，南通船坞工程的工作船码头面层采用此方法后，面层砼没有出现过任何形式的微裂缝。6.3 船坞坞门墩大体积砼的防

50、裂措施船坞坞口的两侧高达12.8m的坞门墩与3.5m厚的大底板结构上相联，其中西坞墩还与水泵房结构相联，现浇砼总方量为2.2万立方米（砼标号R30抗渗S6）。因多种原因，无法采取诸如在砼内埋设冷凝管，投放石块，选用低水化热水泥（实际采用425普通水泥），用低温水搅拌等常规的大体积砼施工措施。为防止大体积砼的温度裂缝，我们在施工中除了对砼原材料进行常规的质量控制外，同时再采取下述措施：1. 掺加粉煤灰（华能级灰）： 用超量取代法（超代系数1.2）取代20%的水泥，将水泥用量控制在300kg/m3左右。实际施工为：425普通水泥用量286320kg/m3，28天平均强度35Mpa左右，抗渗S6以上

51、， s =1.53.5Mpa。2. 分层分块浇筑： 结合具体的结构，我们将坞口砼分为20次浇筑（最大一次浇筑量为3200m3）,以减少砼水化热的积累（同时注意将两次砼浇筑间隔时间控制在10天内）。3. 采用保湿保温养护： 砼浇筑后，面层采取如同坞底板的养护方法（铺塑料膜，盖草包）。而墩台侧面侧在模板拆除后，侧面粘贴塑料膜后再挂聚乙烯泡沫板（厚20cm）保温。尽管埋在坞墩内部的温度计显示的温度与外界气温最大相差40°C以上，但因有良好的隔热层，墩台砼均未出现温差裂缝。4. 砼表层布置防裂钢筋：设计图中墩台钢筋为F25200，保护层70mm，很容易会顺钢筋出现裂缝，为此我们在坞墩的侧面，

52、水泵房墙体（厚1m）侧面均布置了6100的防裂钢筋（此措施因各种原因没有在东坞墩采取，后东坞墩果然出现了与钢筋顺直的裂缝）。安放防裂钢筋后，坞墩及水泵房墙体均未出现上述保护层裂缝。通过南通船坞的施工实践，积累了一些防治砼产生裂缝的经验，如控制二次砼的浇筑间隔时间，大体积砼中大量掺加粉煤灰，采取保湿保温养护，砼侧面增加防裂筋等措施，均取得了较好的效果。但该工程中砼裂缝仍没有得到全部灭绝（如廊道顶板的收缩微缝等），我们正在进一步分析原因，继续采取相应措施，以利以后的工程中能有更好的收获。7 建议与看法经过本工程的施工实践结合工程交付使用后的一些实际情况，特提出一些建议与看法，为以后类似工程施工与设计时作参考1、 CAZ钢板桩作为坞壁结构兼顾止水墙在本工程中获得成功，但锁口之间嵌入的止水材料效果不理想，建议采用掺入一定比例的遇水膨胀材料，作为锁口间的止水材料，效果将会有改观。2、 坞墙廊道顶板上设有门式起重机轨道，为防止施工过程中坞墙廊道向坞室方向位移（属正常现象），故顶板待坞墙位移稳定后再浇筑，但因此顶板砼出现许多约束裂缝，为此建