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钢板桩在水运工程建设领域的应用前景

钢板桩在水运工程建设领域的应用前景

分类:
物资常识
作者:
来源:
发布时间:
2017/07/29 14:49

摘 要:本文通过一些统计数字来叙说中国在低碳、节能、环保、高效的工程钢板桩使用方面,远远落后于世界发达国家和地区,而随着国家经济的快速持续发展,钢板桩的使用前景非常看好。通过一项海岸工程实例,尤其是笔者亲历的格形钢板桩工程,剖析了港口码头传统结构和钢板桩结构的优缺点,意在呼吁工程设计人员认识钢板桩,大胆使用钢板桩;同时呼吁我国钢构企业、钢铁行业的发展,争做攻坚解难的闯将,要敢想、敢说、敢干,加快研发高品质产品,不再让工程界以高昂的价格进口诸如直腹式(一字型)钢板桩那样的材料,以降低工程成本,这样应用前景将非常广泛,并能推动我国由钢铁大国向钢铁强国迈进。

一、工程钢板桩的主要优缺点

通过一个工程实例(烟台来福士船业有限公司20万吨船坞钢板桩围堰—1997年施打,船坞建好后于2000年拔除),笔者对工程钢板桩有了较深的了解。现将该格形钢板桩围堰工程简介如下:

格形钢板桩围堰使用直腹式钢板桩,宽400mm,厚9.5mm(日本产)和12.7mm(卢森堡产)两种,平均桩长14m(最长19m,最短12m,视地基情况而变),桩顶高于烟台地区码头顶高(+4.5m)。桩的入土深度平均为6m,地基土质由上而下为淤泥质粘土、粉质粘土、砂质粉土、角砾石、风化岩。但有的地方直接为风化岩,没有覆盖土(说明钢板桩的稳定不靠埋置深度而是靠圆内回填料)。通过钢板桩围堰施工,见证了工程钢板桩的诸多优点,当然唯一的缺点是价格较贵(但围堰使用的钢板桩是葛洲坝使用过的已经有22年的旧板桩)。

工程钢板桩的优点 表1


序号

优 点

理 由

1

施工简单

无需挖泥船、起重船等大型施工船机,只需要600吨方驳,50吨履带吊等。见三组照片。

2

快速、高效

一个30人的非专业队伍,在冬季气候条件相对恶劣的情况下,仅用100天完成了300延米的围堰。

3

低碳、节能、环保

不需要基槽开挖,做基床,对海域扰动污染小。混凝土工程需要大量的开山、挖砂,不但消耗大量不可再生、不可替代的资源,对景观生态也是一种破坏,与可持续发展相悖。

4

结构整体性好

第1个圆组插完后,应及时在圆内填石碴,使结构安全稳定,第2、第3及后面的圆即可依它而向前组插。当时施工风浪常有7~8级,但围堰从未出现不安全情况。钢板桩上的锁扣将每一根桩都紧紧地锁住在一起,使其整体性好。

5

适合各种地质

在围堰施打过程,遇到软基,但也遇到岩基,完全不需要崁岩。

6

泊稳条件好

如果用作码头,其立面比方块或沉箱的直壁,消浪性能好,不容易产生立波。

7

工序少

减少基槽开挖、基床整平、棱体和倒滤层的工序,也不需沉箱预制、安装,也就不需要方块或沉箱预制场。

8

耐久性好

资料表明,理论上钢板桩每年因海水腐蚀损失的厚度是0.02mm,但实际没有这么多,因为围堰使用的钢板桩是葛洲坝用完后22年的旧桩,很多表面的颜色都没变,只有个别有锈斑。

9

可重复利用

围堰拔出来的钢板桩,8年后(2007年底)再次被用到烟台~大连的火车轮渡工程。亦即烟大轮渡用的是30年的旧桩。

二、国、内外工程钢板桩应用情况差异 
上世纪初,钢板桩在欧洲开始生产以来,就逐步在欧洲、日本等国家和地区的永久性工程和临时性工程中得到了广泛的应用,永久性工程如:岸壁、防波堤、护岸、船坞、码头、人工岛、水、船闸、地下隧道、路堤、挡土墙、防渗墙、地基加固等;临时性工程如:围堰、基坑围护等。上世纪六十年代,西方主要经济发达国家已经普遍使用钢板桩,应用领域十分广泛。

在亚洲,日本最先使用钢板桩。1903年日本首次进口钢板桩,1931年八幡制铁公司开始生产钢板桩,经近80年的发展,日本在钢板桩产品研发、设计研究、施工工法以及桩工设备制造等方面均达到了世界先进水平。

据了解,国外热轧钢板桩的消费结构大致是:60%用于一次性使用的永久性结构,约40%在临时结构中反复使用。

在20世纪50年代,我国首次在铁路桥梁、围堰施工中使用钢板桩,60年代在葛洲坝使用钢板桩作围堰。之后因受当时的价值观影响,加之廉价的土地资源和人力资源的作用及国内生产技术的制约,导致钢板桩在我国的应用与发展十分缓慢。

钢构、钢铁行业的朋友都知,我国是钢材大国,年钢铁产量占全球的三分之一。但是我们不是钢材强国,高品质的钢结构材料基本上依赖进口。目前全球钢板桩年消费量为300万吨左右,在亚洲地区,日本、新加坡、韩国等年消费量达50万吨,而我国的钢板桩年消费量仅为3万吨(见表2),远远落后于世界发达国家和地区。

我国钢板桩的开发应用落后世界先进水平约50年。近年来,随着我国经济的快速发展,各类快捷、高效、环保、节能的建筑工法正渐渐得到认可并发展,一些重大的工程项目已开始使用钢板桩及相应的工法,取得了良好的经济效益,如浦东国际机场二期工程、上海长兴岛造船基地、唐山曹妃甸码头及2006年山东省烟大火车轮渡的海上墩等工程。(见表2)

近年钢板桩在较大工程项目中的应用情况 表2


序号

地区和项目名称

具体项目

备 注

 

曹妃甸煤码头

10万吨级泊位2个

码头长度为1564米。码头结构采用 遮帘式钢板桩结构方案。最大水深为-15.5米

7万 吨级泊位1个

5万吨级泊位1个

7万吨级待泊泊位1个

2

天津新海河大桥桩基

水中104根工程桩

 

3

唐山港京唐港区

31#~34#泊位,10万吨级码头

4个码头已建成,其中31#泊位已于2005年底投产

4

浦东国际机场二期工程

   

5

上海世博园项目

   

6

杭州湾跨海大桥

   

7

温福铁路

   

8

上海长兴岛造船基地

   

9

烟台来福士船业有限公司

30万吨船坞钢板桩围堰(5000t)

1997年底打入,1999年拔出。

10

烟台-大连火车轮渡

海上铁路基墩(2007年)

直径30米左右

表中唐山港京唐港区31#~34#泊位及曹妃甸煤码头工程,主体采用我国首创的新型遮帘式钢板桩结构,码头前墙却还是采用了从卢森堡进口的HZ975B和AZ18 10/10大型组合钢板桩,该结构形式由南京水利科学研究院系统地研究了码头结构的变形与内力、拉杆力,以及土压力分布与变化规律,为该种新结构的设计提供了技术支撑。此外,上海中船第九设计研究院,在船厂水工建筑物中,经常采用钢板桩结构,并屡得金奖。

我国建筑工程钢结构的使用普及率较港口水工行业早,最大的钢结构建筑当数北京鸟巢(用钢量2.4万吨),工业厂房及高层建筑采用钢结构、轻钢结构的也越来越多。

港口水运工程建设行业,钢板桩的使用量比起我国水运建设发展的规模,使用普及率非常低。

由于港口工程的设计者们,不熟悉钢板桩的性能和施工工艺,不了解钢板桩的优越性,虽然1998年已经颁布了《格形钢板桩码头设计与施工规程》JTJ293-98,港口码头还是大都沿用重力式或钢筋混凝土桩基结构。笔者从事港口水工设计26年,一个偶然的机会,主持了20万吨船坞钢板桩围堰工程施工,对钢板桩才有了全新的认识。钢板桩是一种可重复利用的绿色、环保建材,具有高强、轻型、止水性好、耐久性强的性能和美观的视觉效果(应用在城市桥梁时)。但是钢板桩价格高,先期投资大。

三、我国工程钢板桩应用前景瞻望

1、战略机遇

凭借我国正面临着重要的战略机遇期,又处于经济快速增长阶段,“十一五”成了中国水运史上投资规模最大、港口水运建设呈飞越式发展的黄金期。
随着全球经济一体化,港口已是作为国际贸易得以实现的重要保证,其作用和地位也日益凸显。世界和我国凡是经济发达的城市或地域无不沿江傍海,因为有港口这个水运交通必不可少的基础设施。

虽然“十五”期间是我国交通事业发展最快、最为引人瞩目、社会关注度最大、成就最突出的时期,但在经济高速增长的情况下,交通供给总量仍显不足。交通部领导在“全国水运工程建设工作会议”上,提出水运建设必须紧扣国民经济发展的需求,适度加快超前发展,仅“十一五”中央投资的水运工程是“十五”的22倍还多,见下表3

飞跃式递增的水运建设投资 表3


国民经济发展期

中央投资

将带动地方投资

“九五“

10个亿

 

“十五“

18个亿

 

“十一五“

400个亿

1000亿

通过全国泊位增长情况同样印证了水运建设的飞速发展。国家统计局于2008年11月11日在中央政府网站公布了从1978年至2007年底的29年间新增泊位10669个。但供给总量仍显不足,因此交通部领导提到了要适度加快超前发展。交通运输部的发展的战略意味着将新增很多泊位,仅山东省青岛市2009年3月信息,青岛港董家口港区融资500亿打造新青岛港,建设泊位总数达到112个,比青岛港(胶州湾内)现有泊位总和还多20个。

2、改变观念,开拓进取,大胆创新

一个占世界人口四分之一的泱泱大国,钢板桩的使用量占世界用量的1%,笔者认为这也是衡量发达与落后的某种指标,也是我们工程设计人员和钢构行业是否与时俱进的一个标志。

一般码头结构设计方案比较,除了符合地质等自然条件,具有施工可行性,主要考虑经济合理性,投资省的结构方案一般为推荐方案,往往忽视了由于施工简单、快捷,早投产、早获利,投资回收期短的综合评价。时间就是金钱的理念,使国外业主更愿意采用能够早投产的方案,而非省钱的方案。

世界发达国家对环境的重视和对环保产品的认识,较发展中国家超前,如我国对石油的认识和开采利用,较发达国家落后半个世纪。当我们还在烧木材、烧柴禾、烧煤碳的时候,他们已经用上天然气了。要想跻身世界强国,尤其全球都在提倡低碳理念,就再也不能沿用高能耗、不环保的材料了。

以上水运建设行业的战略发展机遇,说明钢板桩具有很大的应用市场,怎样开拓这个市场,除了港口工程设计人员通过一些工程实例,认识钢板桩,大胆使用钢板桩;同时,钢构、钢铁行业也不能因循守旧、抱残守缺,要想成为钢铁强国,必须开拓进取、大胆创新,这是生存之道、是发展之基。只有研发高品质钢构材料,才能降低工程成本,才能推广应用。以上两点也是制约我国钢板桩应用发展的瓶颈。

此外,水运建设业界没有认识到钢板桩的潜力,没有看到它的环保、低碳和再循环使用功能,在相当程度上缘由钢构企业在工程界尤其是港口水工工程界的宣传介绍力度不够。

钢构企业、钢铁行业将产品说明书定期在工程界的权威刊物上刊登,例如交通部主管的《水运工程》、《中国水运》和《海岸工程》等。钢构企业的学会、协会应广泛吸纳港口水工工程建设的行政主管单位、业主、设计、监理、施工等单位参与,和建筑业结为团契。全国港口413个,港口行政管理部门369个,港务局起码也有几百个,如果吸纳其中的单位参与钢构行业的活动,相信对各方发展会带来共赢。目前欧领特(上海)租赁有限公司已经联合中国土木工程学会港口专业委员会,于2009年在天津开了首届全国钢板桩工程应用技术研讨会,并且开始在《水运工程》刊物登载相关产品介绍,但是力度还不够。宣传重要,研发新产品更重要。制造原子弹时间美国是1945年,中国是1964年;载人航天记录美国是1969年7月20日,中国式2003年10月15日说明我国在科学前沿都能紧跟美国等先进发达国家,制造钢板桩这样高附加值的钢制品,我相信虽然先期投入大,但最后的效益将是出乎意料的。

 

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