大型船坞口的创新设计范文

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一、特大型船坞口的自然条件分析

为了对特大型船坞口进行科学合理的设计,需要对其自然条件进行分析,这是进行方案设计和开展施工工作的基础和前提,也是保证船坞口设计符合规定要求的有效途径。

1.1地形地貌

地形地貌对船坞口设计起着关键性的影响,不同的地形地貌要求采取不同的船坞口设计方案。就中船长兴造船基地的船坞口设计而言,拟建的船坞坞口的位置是防汛大堤的外侧,坞口的前沿线与大堤的堤顶有60-95米的距离,同时泥面标高在水平面以下4到6米的位置。在对地形地貌进行分析时,不仅要考虑建设基地的地形情况,还要明确把握坡度变化以及前沿线的之间的距离。在长兴造成基地的船坞坞口设计中,地形条件较为复杂,部分坞口所处的地理环境恶劣,泥面的坡度和深度极大,对船坞坞口的施工带来了不利的影响。

1.2地质条件

地质条件的分析关系到深层基坑的施工,在对地质条件进行分析时,需要对施工场地的土层和土质进行分析,同时要把握不同土质之间的特征差异,如土层的层面标高、重度、天然孔隙比、天然含水率、渗透系数以及凝聚力和内摩擦角,只有对相应的地质数据有明确的把握,才能够为施工设计提供参考和借鉴,保证施工的合理性和科学性。

1.3水文条件

对于船坞坞口设计而言,需要对水文条件有明确的认识,包括潮流、水位设计以及波浪等几个方面。在进行船坞坞口的设计中,要在高水位以及极端高水位计算的基础上进行围护结构的计算。同时《船坞工程设计规范》也规定考综合考虑汛期以及台风的风险因素,避免自然破坏因素对船坞坞口的不利影响。

二、合理设计工程方案

2.1围护墙结构设计

首先要结合坞口基坑开挖面标高和围墙外侧水位数据的基础上计算出基坑的开挖深度,然后将板桩等作为围护墙,为了提高围护墙的强度,需要在内部设置一定数量的支撑。在进行围护墙的结构设计时,要选用合格的材料,一般而言,需要钢板桩,同时为了提高船坞坞口的止水效果和抗风浪性,需要在围护墙的外侧和两侧设置钢板桩,这样桩与顶部的圈梁就构成为一个统一的整体。此外,由于船坞坞口都是出于大堤附近,这就对周边负荷平衡有很高的要求,因此需要采取削坡卸载和抛填加压的方式处理,最大限度的保持泥面标高一致,为了保证足够的强度,需要在进行抛填加压时选用袋装砂以及块石。

2.2建立高质量的支撑体系

在对围护墙的结构设计完成以后,需要建立高质量的支撑体系,通常采用南北向对撑加角撑的方案,这就需要结合工程的实际需要,通常而言,支撑结构包括三道,并且每一道都有规定的刚度和型号。为了保证支撑能够承担相应的负荷,提高支撑结构的质量,需要采用钢支撑。此外,为了提高围护体系的整体抗弯刚度,在平面上设置平面桁架处,随着开挖的逐步进行,根据结构监测结果,可能需在上下各道支撑间设置竖向的剪刀撑体系。

2.3相应数据的计算

采用水上深基坑围护法建造特大型船坞坞口,是一种新的尝试,对提高船坞坞口的建设质量有着积极的促进作用。在该工程中,最为显著的特点是船坞坞口长期受到风、浪、流等诸多因素的影响,基坑周围的负荷会出现不平衡的现象,而借助新的施工工艺,特别是数据的分析和计算,可以在很大程度上缓解负荷不平衡的现象。首先要借助陆上常用的基坑计算分析方法对围护墙的负荷进行分析和研究,一般而言,负荷主要是来自静水压力与波峰压力之和以及静水压力与波谷拉力之差,由于工况不同,围护墙的内力和变形都会产生明显的差异,这样受到波浪的冲击作用,会出现基坑两侧的压力不同,这必然会导致整个围护体系出现摆动的趋势,最终会引起支撑体系的失稳。为了对整体的稳定性进行科学的分析,为提高船坞坞口建设的质量,需要采用新的计算方法对负荷进行计算,一种是围护墙和支撑体系结合起来进行平面分析,这样计算得出的围护墙外侧的水土压力便是外荷载,并可以借助弹簧单元模拟基坑内侧的土体,另一种方法是对整个基坑进行三维模拟计算,但是由于受到技术的限制,该方法只是作为一个辅助计算的方法。其次,对于船坞坞口建设的另外一个不利因素是由于受到水流和波浪的影响,基坑外侧的抛填压坡可能出现局部坍塌,进而导致基坑内外侧的围压不均的问题,这就需要在船坞坞口工程施工过程中对抛填压坡进行实时的监控并及时的补充抛填,最大限度的消除基坑失稳的隐患。总之,为了确保为施工提供精确的数据,需要对上下各道支撑间的剪力撑进行模拟计算,这一行可以增强整个围护体系的刚度和强度,有效的减少变形的发生,为水上基坑围护法在船坞坞口建设中提供安全储备。

三、水上深基坑围护法建造特大型船坞口的创新设计

水上基坑围护法进行特大型船坞坞口设计是引用的陆上直立式开挖施工工艺,与陆上基坑围护有着显著的区别,在该施工工艺中,围护墙外侧是水体,并且水体的水位是不断变化的,但是陆上基坑是保持不动的土体,同时水上基坑会受到风浪和波涛等诸多因素的影响,导致水体周围的负荷是不均匀的,这就对整个围护体系提出了更高的要求,必须保证水体支撑具备足够的完整性和整体刚度。在结合理论计算和实际施工情况的基础上,水上基坑围护法施工工艺的重点和难点是保持水体周围符合的均衡,最大限度的避免支撑体系失衡的现象。首先,为了保证基坑周围负荷的平衡,需要对基坑的内侧卸载、水侧加载例如在长兴造船基地的船坞坞口设计中,坞口施工位置位于大堤外侧的水下斜坡上,需要对土体进行卸载,并对板桩进行抛填。其次,在施工工艺的应用中,基坑施工必须要保证基坑周围水位的平衡,因此需要保持施工环境的整洁,同时在基坑周围要保持水平的畅通无阻,避免出现船坞坞口的内外隔绝。与此同时还要合理安排施工的工序,可以对施工单位提出合理的要求,例如让其先施工坞口两侧以及大堤相接处的驳岸,在驳岸结构的作用下降低基坑受到潮流的冲击,这样就可以使基坑受到的静水压力是均衡的,很大程度上避免出现基坑失衡现象。此外,为了增加围护墙外侧结构的刚度,提高抗击水流冲击的能力,最大限度的避免波浪侵袭而产生的围护体的变形和失稳现象,需要在围护体的内侧和外侧增补双排钢板桩重力体。此外,为了合理的布置支撑体系结构,圈梁和支撑都是采用钢筋砼结构,为提高整个围护体系的刚度奠定坚实的基础,并在施工过程中尽可能的加快施工的进度,可保证所有支撑及围檩之间全部焊接不,用以抵抗整个围护体系在风浪作用下可能形成的微小的摆动以及防止个别支撑杆件可能受拉造成的失稳。

作者：杨小卜单位：四川星慧集团