大型船塢口的創新設計范文
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為了對特大型船塢口進行科學合理的設計,需要對其自然條件進行分析,這是進行方案設計和開展施工工作的基礎和前提,也是保證船塢口設計符合規定要求的有效途徑。
1.1地形地貌
地形地貌對船塢口設計起著關鍵性的影響,不同的地形地貌要求采取不同的船塢口設計方案。就中船長興造船基地的船塢口設計而言,擬建的船塢塢口的位置是防汛大堤的外側,塢口的前沿線與大堤的堤頂有60-95米的距離,同時泥面標高在水平面以下4到6米的位置。在對地形地貌進行分析時,不僅要考慮建設基地的地形情況,還要明確把握坡度變化以及前沿線的之間的距離。在長興造成基地的船塢塢口設計中,地形條件較為復雜,部分塢口所處的地理環境惡劣,泥面的坡度和深度極大,對船塢塢口的施工帶來了不利的影響。
1.2地質條件
地質條件的分析關系到深層基坑的施工,在對地質條件進行分析時,需要對施工場地的土層和土質進行分析,同時要把握不同土質之間的特征差異,如土層的層面標高、重度、天然孔隙比、天然含水率、滲透系數以及凝聚力和內摩擦角,只有對相應的地質數據有明確的把握,才能夠為施工設計提供參考和借鑒,保證施工的合理性和科學性。
1.3水文條件
對于船塢塢口設計而言,需要對水文條件有明確的認識,包括潮流、水位設計以及波浪等幾個方面。在進行船塢塢口的設計中,要在高水位以及極端高水位計算的基礎上進行圍護結構的計算。同時《船塢工程設計規范》也規定考綜合考慮汛期以及臺風的風險因素,避免自然破壞因素對船塢塢口的不利影響。
二、合理設計工程方案
2.1圍護墻結構設計
首先要結合塢口基坑開挖面標高和圍墻外側水位數據的基礎上計算出基坑的開挖深度,然后將板樁等作為圍護墻,為了提高圍護墻的強度,需要在內部設置一定數量的支撐。在進行圍護墻的結構設計時,要選用合格的材料,一般而言,需要鋼板樁,同時為了提高船塢塢口的止水效果和抗風浪性,需要在圍護墻的外側和兩側設置鋼板樁,這樣樁與頂部的圈梁就構成為一個統一的整體。此外,由于船塢塢口都是出于大堤附近,這就對周邊負荷平衡有很高的要求,因此需要采取削坡卸載和拋填加壓的方式處理,最大限度的保持泥面標高一致,為了保證足夠的強度,需要在進行拋填加壓時選用袋裝砂以及塊石。
2.2建立高質量的支撐體系
在對圍護墻的結構設計完成以后,需要建立高質量的支撐體系,通常采用南北向對撐加角撐的方案,這就需要結合工程的實際需要,通常而言,支撐結構包括三道,并且每一道都有規定的剛度和型號。為了保證支撐能夠承擔相應的負荷,提高支撐結構的質量,需要采用鋼支撐。此外,為了提高圍護體系的整體抗彎剛度,在平面上設置平面桁架處,隨著開挖的逐步進行,根據結構監測結果,可能需在上下各道支撐間設置豎向的剪刀撐體系。
2.3相應數據的計算
采用水上深基坑圍護法建造特大型船塢塢口,是一種新的嘗試,對提高船塢塢口的建設質量有著積極的促進作用。在該工程中,最為顯著的特點是船塢塢口長期受到風、浪、流等諸多因素的影響,基坑周圍的負荷會出現不平衡的現象,而借助新的施工工藝,特別是數據的分析和計算,可以在很大程度上緩解負荷不平衡的現象。首先要借助陸上常用的基坑計算分析方法對圍護墻的負荷進行分析和研究,一般而言,負荷主要是來自靜水壓力與波峰壓力之和以及靜水壓力與波谷拉力之差,由于工況不同,圍護墻的內力和變形都會產生明顯的差異,這樣受到波浪的沖擊作用,會出現基坑兩側的壓力不同,這必然會導致整個圍護體系出現擺動的趨勢,最終會引起支撐體系的失穩。為了對整體的穩定性進行科學的分析,為提高船塢塢口建設的質量,需要采用新的計算方法對負荷進行計算,一種是圍護墻和支撐體系結合起來進行平面分析,這樣計算得出的圍護墻外側的水土壓力便是外荷載,并可以借助彈簧單元模擬基坑內側的土體,另一種方法是對整個基坑進行三維模擬計算,但是由于受到技術的限制,該方法只是作為一個輔助計算的方法。其次,對于船塢塢口建設的另外一個不利因素是由于受到水流和波浪的影響,基坑外側的拋填壓坡可能出現局部坍塌,進而導致基坑內外側的圍壓不均的問題,這就需要在船塢塢口工程施工過程中對拋填壓坡進行實時的監控并及時的補充拋填,最大限度的消除基坑失穩的隱患。總之,為了確保為施工提供精確的數據,需要對上下各道支撐間的剪力撐進行模擬計算,這一行可以增強整個圍護體系的剛度和強度,有效的減少變形的發生,為水上基坑圍護法在船塢塢口建設中提供安全儲備。
水上基坑圍護法進行特大型船塢塢口設計是引用的陸上直立式開挖施工工藝,與陸上基坑圍護有著顯著的區別,在該施工工藝中,圍護墻外側是水體,并且水體的水位是不斷變化的,但是陸上基坑是保持不動的土體,同時水上基坑會受到風浪和波濤等諸多因素的影響,導致水體周圍的負荷是不均勻的,這就對整個圍護體系提出了更高的要求,必須保證水體支撐具備足夠的完整性和整體剛度。在結合理論計算和實際施工情況的基礎上,水上基坑圍護法施工工藝的重點和難點是保持水體周圍符合的均衡,最大限度的避免支撐體系失衡的現象。首先,為了保證基坑周圍負荷的平衡,需要對基坑的內側卸載、水側加載例如在長興造船基地的船塢塢口設計中,塢口施工位置位于大堤外側的水下斜坡上,需要對土體進行卸載,并對板樁進行拋填。其次,在施工工藝的應用中,基坑施工必須要保證基坑周圍水位的平衡,因此需要保持施工環境的整潔,同時在基坑周圍要保持水平的暢通無阻,避免出現船塢塢口的內外隔絕。與此同時還要合理安排施工的工序,可以對施工單位提出合理的要求,例如讓其先施工塢口兩側以及大堤相接處的駁岸,在駁岸結構的作用下降低基坑受到潮流的沖擊,這樣就可以使基坑受到的靜水壓力是均衡的,很大程度上避免出現基坑失衡現象。此外,為了增加圍護墻外側結構的剛度,提高抗擊水流沖擊的能力,最大限度的避免波浪侵襲而產生的圍護體的變形和失穩現象,需要在圍護體的內側和外側增補雙排鋼板樁重力體。此外,為了合理的布置支撐體系結構,圈梁和支撐都是采用鋼筋砼結構,為提高整個圍護體系的剛度奠定堅實的基礎,并在施工過程中盡可能的加快施工的進度,可保證所有支撐及圍檁之間全部焊接不,用以抵抗整個圍護體系在風浪作用下可能形成的微小的擺動以及防止個別支撐桿件可能受拉造成的失穩。
作者：楊小卜單位：四川星慧集團
