船坞工程结构设计技术创新与实践

摘要：新世纪以来，随着造船工业的迅猛发展，常规的结构型式已较难适应船坞工程大型化的发展要求。中船第九设计研究院工程有限公司通过原始创新，集成创新，引进消化吸收再创新、理念创新等系列创新活动，在大型、超大型船坞工程结构设计技术方面取得一系列成果，并应用于工程实际。结果表明，应用创新的结构型式，提高了船坞工程建设的安全性和经济性，缩短了建设周期，具有显着的经济和社会效益。
　　关键词：船坞工程；结构设计；创新　
水 运 工 程 2011 年更趋多样化，除了部分坞墙采用扶壁式结构外，大多采用了单锚钢板桩加高桩承台结构型式，其特点为施工速度快，结构轻巧，避免了坞室大开挖，尤其适合软土地基。南通中远川崎船务工程有限公司30 万吨造船坞工程首次采用后，又在外高桥造船基地、长兴造船基地等多个船坞工程上推广使用。
　　2） 排水减压式结构的广泛采用。
　　船坞结构设计除 60 年代较多采用重力式结构以外，之后的船坞设计均采用了减压排水轻型结构，其经济性、安全性越来越得到认可。
　　3） 底板结构尺寸趋大。
　　90 年代以前，船坞底板横向分缝宽度为 5~7 m；90 年代后，随着施工技术的提高，底板尺寸有条件变大，上海船厂船坞底板尺寸为40 m×45 m，加快了底板施工速度，节约了止水带的数量，减少了底板的桩基数量，减薄了底板厚度，取得了明显的经济效益。外高桥造船基地船坞工程均采用了大底板结构，这样也大大提高了船坞使用时布墩的灵活性。
　　1.2 围堰结构型式或坞口建造技术的更新施工围堰和基坑是船坞建设的 2 个重要工序和实施阶段，船坞围堰的设计与施工对船坞主体工程的质量与进度，以及工程投资有直接影响，一向是业内同行重视的热点。根据近期的工程实践，施工围堰的发展有如下特点：
　　1） 围堰形式的更新。
　　船坞围堰结构设计是船坞设计的关键。80 年代以后，围堰设计进行了多种成功的尝试，广泛采用了双排钢板桩围堰、土石坝围堰、钢板桩加空心方块、单排拱形围堰、利用坞门作围堰等结构型式。
　　① 因地制宜地采用整体大围堰方式建设船坞。
　　围堰的平面长度和挡水高度均有新的突破。围堰的结构型式有土石坝 （或充泥管袋堤） 型式、钢板桩围堰型式及可重复利用的沉箱或方块挡墙型式等。
　　② 南通中远川崎船坞工程采用了水上水泥土搅拌技术，使得在软土地基陡边坡上建造双排钢板桩围堰成为可能。江南造船厂#1坞等船坞围堰工程均采用了这种技术。
　　2） 岩基地区围堰形式的创新。
　　随着水下升浆技术和水下高压旋喷等止水施工技术的成熟，在岩基地区水上建坞时，近年来一般首先考虑利用预制钢筋混凝土沉箱作为围堰的主体结构。沿船坞两侧的沉箱往往同时作为船坞坞墙和舾装码头使用，而坞口围堰的沉箱在施工完成后二次起浮拖运、作为舾装码头的主体结构，这样充分减少了围堰临时结构的工程量，整体工期也大大加快。大连造船厂、青岛海西湾修船基地以及深圳招商局友联修船厂等船坞工程均采用该方案，受到了业主的广泛欢迎。
　　3） 无围堰湿法施工的建造方法。
　　上海船厂#1，#2 坞采用了钢壳浮箱整体坞口结构型式，首次取消了大围堰，在围堰建造方案上取得了突破性进展，后在大连造船新厂大坞接长工程中也取得了成功。采用同船坞主体工程相结合的围堰方式建坞。如利用坞口的坞墩或坞门主体结构， 设置钢板桩或钢结构形成施工围堰型式。又如采用钢浮箱坞口结构，兼作施工期围堰等多种型式的成功实践。近期在岩石地基上建坞，直接采用浮箱 (或沉箱)坞墙结构和钢浮箱坞口结构，综合应用升浆法基床隔水技术，不设置临时施工围堰的建坞方式，已取得重大突破，技术上达到国际先进水平。
　　4） 设计理念和设计方法的不断创新。通过创新减少或避免废弃工程，船坞建设不设临时施工围堰的趋势， 将进入节约资源，环境友好，实现可持续发展的新阶段。
　　1.3新技术新材料的大量采用随着施工技术的提高，船坞结构设计大量地采用了新技术、新材料。南通中远川崎船坞首次采用了组合“Z”型钢板桩结构型式，其在随后的船坞设计中广泛采用。水泥土搅拌桩、高压喷射注浆技术等在船坞围堰结构、止水系统、锚碇系统等结构上广泛采用，积累了较多成功的经验。
　　船坞工程是一门涉及海岸动力学、工程地质、岩土力学、水力学、结构力学和基础工程、地下工程、结构工程以及施工技术的综合性学科，其实践性很强。随着工程规模的大型化发展，其影响因素愈加复杂，设计、施工的难度将大幅增加，将引发诸多与原有工程实践完全不同的亟需解决的课题。
　　中船第九设计研究院工程有限公司通过与工程建设实践密切结合的科研活动，进行技术创新，推动技术进步，研究新的船坞工程结构型式，提高船坞工程建设的安全性和经济性，缩短建设周期，取得了一系列的创新成果，具有显着的经济效益和社会效益。
　　2 设计创新技术与应用2.1 半岛式、岛式水上基坑围护法坞口结构建造创新设计技术船坞坞口结构建造一般采用大围堰条件下干施工方法，半岛式、岛式水上基坑围护法坞口结构建造技术的设计思想为：通过对陆上直立式开挖建造地下建筑物的基坑支护施工方法的集成，根据船坞坞口接岸或离岸的环境条件，创新性地采用独立的岛式、半岛式水上基坑围护法—先建坞口主体结构，后利用坞门挡水再施工后续结构的建造方案，基坑支护采用钢板桩加钢支撑支护体系，见图 1。
　　该设计技术的创新研究和成功应用，是船坞坞口建造史上的一次重大革命，具有节省工程造价、对周边环境影响较小等优点，为受地形、水图 1 半岛式水上基坑剖面图域等周围环境条件限制、无法实施大围堰的船坞工程开辟了广阔的应用前景，已应用于如下工程。
　　1） 缅甸 12 000 吨级干船坞工程———水上半岛式基坑规模：长 45 m，宽 18 m，开挖深度 12.3 m。
　　采用 PU25 钢板桩围护墙，竖向设置 4 道钢支撑，第 1 道为钢筋混凝土支撑，其余为钢支撑。该技术应用获得成功。
　　2） 长兴造船基地一期工程#1、#2 船坞工程———水上岛式基坑规模：
　　#1坞———102 m×31 m×15 m，#2坞———132 m×31 m×15 m，是目前最大规模的水上基坑工程。采用 PU32 钢板桩围护墙，竖向设置 5 道支撑，第 1 道为钢筋混凝土支撑，其余为钢支撑。
　　3） 南通中远川崎船务工程有限公司#2船坞工顾倩燕：船坞工程结构设计技术创新与实践· 77·水 运 工 程 2011 年程———水上半岛式基坑规模：113 m×39 m×14.2m。
　　采用 PU32 钢板桩围护墙，竖向设置 4~5 道支撑，第 1 道为钢筋混凝土支撑，其余为钢支撑。
　　2.2整体钢浮箱坞口结构湿法建造创新设计技术整体钢浮箱坞口结构湿法建造设计技术是：
　　采用予制的 （包括坞口底板和两侧坞墩结构） 整体“U”型钢浮箱，浮运到拟建船坞坞口位置，定位下沉至水下抛石基床 （或桩基复合基床），并对箱底抛石基床进行止水处理，直接形成坞口结构的一种无围堰水上施工方法，见图2。
　　采用钢浮箱方案至少有如下优点。
　　1） 钢壳浮箱设计与横拉门设计为同一部门，在细节问题上容易相互协调；2） 可有效降低闸口前沿自然泥面低带来的工程风险；3） 容易解决闸室与闸口连接节点的处理；4） 施工风险小，但施工工序偏多；5） 工厂内制作，现场施工工期较短，能适应尽快建成的要求。
　　该设计技术的创新研究和成功应用，是船坞坞口建造史上又一次重大革命，具有工期短、适应性强、对周边环境影响较小等优点，为无法实施大围堰的船坞工程提供了新技术新方法，现已应用于如下工程。
　　1） 大连造船新厂船坞接长工程。原 30 万吨级船坞长365 m，向海域接长至 185 m，新建船坞规模达550 m×80 m×12.7 m。接长工程为保证原船坞正常生产，不能采用建造临时围堰的常规方法进行施工，通过技术创新，采用整体“U”型钢浮箱坞口结构 （包括坞口底板和两侧坞墩结构），长106 m，宽 30 m，高 18.70 m。其地基条件为岩基，钢浮箱下设500 mm厚升浆基床，设旋喷止水，该技术应用获得成功。
　　2） 中船长兴造船基地 3 号线船闸工程。根据拟建工程的地形条件和周边环境条件，传统的大围堰方法和创新的水上基坑工法均不能适合拟建船闸工程的口门建造，通过多方案比选和对软土地基上桩基———复合基床的研究，创造性地吸取上述岩基上大连造船新厂船坞接长工程———整体钢浮箱坞口结构湿法建造创新设计技术，并予以再创新，在口门建造中采用整体钢浮箱闸口结构，规模为长 116 m，宽 20.5 m，高 16.80 m。其地基条件为软基，钢浮箱基础为抛石+水下混凝土复合基床+桩基。
　　2.3 大跨度双排钢板桩围堰双坞口并列建造创新设计技术船坞工程中的坞口部分处在水陆交接处，是属于港口工程和岩土工程两大领域交叉的特种工程，对设计和施工的要求极高。特别是在软土地基上，坞口及其邻近区域的建造方案或围堰方案尤其重要，往往对整个船坞工程的造价及进度起决定性的作用。
　　双排钢板桩围堰结构是国内外在软土地基上建造船坞时广泛应用的围堰形式之一，具有体量小、影响范围小、止水可靠、回收利用方便等优点，其造价一般仅是同等规模格型板桩结构的 1/3～1/2。尤其是其能承受较大的变形以及建造、拆除施工速度快，因此往往是软土地基上建坞时的首选的围堰形式。
　　双排钢板桩围堰一般跨度在 200 m 左右，在大连新船重工有限责任公司 30 万吨级船坞工程、广州文冲船厂 15 万吨级船坞工程、南通中远川崎船务工程有限公司30万吨船坞工程中已经得到成功应用。
　　随着现代化船厂生产纲领的需要，船坞双座并列的布置形式对坞口的建造提出了新的课题。
　　为统筹安排施工，节省工程造价，通过设计创新，提出大跨度双排钢板桩围堰双坞口并列建造创新设计技术，现已应用于长兴造船基地#3，#4 船坞图 2 整体钢浮箱坞口结构平、剖面图· 78·第 1 期工程坞口围堰建造中。
　　中船长兴造船基地船坞工程，#3坞为目前国内最大的船坞，其规模为：580 m×120 m×12.6 m，#4坞规模为：365 m×82 m×13.6 m，两坞并列布置，坞壁线净距离 47 m。经过初步设计阶段的多方案技术经济综合比较，#3，#4 船坞采用双排钢板桩大围堰包围干施工的双坞口并列建造方案。#3，#4 船坞采用双排钢板桩围堰，宽度 15 m。其中外排板桩采用 AU23 型、内排板桩采用 AU25型及 PU32 型，内排板桩距离坞口前沿线 20 m；板桩长度均为 31 m。围堰内侧采用 SMW 三轴水泥土搅拌桩进行地基加固；围堰设计高水位为4.13 m，坞口基坑开挖面高程#3 坞为-11.85 m，#4坞为-13.45 m。围堰内排板桩平面总长度为454 m，外排板桩总长度为 510 m，外排板桩两端和现有的防汛大堤相接。双排钢板桩围堰为在软土地基上建造船坞常用的一种围堰形式，已有一定的设计和施工经验，但围堰轴线长度达480 m、挡水高度近 18 m，围堰距离坞口仅 20 m，其规模和建设难度为国内之最，前所未有。
　　2.4 主体结构和临时围堰相结合的坞口建造创新设计技术主体结构和临时围堰相结合的坞口建造设计技术的理念是：先期完成两端永久性的坞墩主体结构兼作施工期的挡土止水结构 （坞墩采用钢壳与钢筋混凝土组合式沉井结构，钢沉井在邻近船厂的预制场制作成浮体或水上浮吊吊运至现场墩址，定位下沉着床，灌注混凝土，然后接浇上部钢筋混凝土），再施工坞口底板两侧的临时钢板桩围堰 （钢板桩加支撑体系），最后采用基坑工法干施工坞口底板，形成整体“H”型坞口结构，如图 3。
　　该技术适合受场地条件限制，无法在坞口外图 3 主体结构和临时围堰相结合的平面布置侧设置临时围堰结构或采用整体钢浮箱结构，且工程进度要求坞口结构先期完成的工程。具有工期短、施工范围小、可直接利用主体结构、对周边环境影响较小等优点，现已应用于沪东造船厂船坞工程。
　　沪东厂船坞工程利用港池建造，坞口位于黄浦江弯道段，根据水域地形和地质条件、周围环境条件和工厂生产和建坞要求，通过技术创新采用主体结构和临时围堰相结合的坞口建造技术。
　　坞墩采用钢壳与钢筋混凝土组合式沉井结构，钢沉井在邻近船厂的预制场制成，浮运至现场墩址，定位下沉着床，灌注混凝土，然后接浇上部钢筋混凝土。
　　沉井平面尺寸 33 m×27 m，高度 27 m。
　　坞口底板采用水上基坑工法进行施工，规模 92 m×36 m×15 m，采用钢板桩护壁挡水结构加支撑体系，两端利用坞墩沉井作重力式挡土止水结构。
　　顾倩燕：船坞工程结构设计技术创新与实践· 79·水 运 工 程 2011 年该技术应用获得成功。
　　2.5升浆抛石基床沉箱结构堵口围堰创新设计技术在船坞建设工程中，一般少不了施工围堰，施工围堰关系到工程的成败、质量和工期，其费用一般占总投资的 15%~20%，技术难度高，风险大，工期也较长。
　　升浆抛石基床沉箱结构堵口围堰设计技术的创新理念是：借用拟建码头的预制沉箱结构于坞口的临堵口时围堰建造，采用升浆法在沉箱下部碎石基床内充填水泥砂浆，与下部基岩的帷幕灌浆连接形成围堰的止水帷幕。在船坞施工完毕后沉箱二次起浮，移位至拟建码头位置下沉兼作永久性的码头结构，见图 4。
　　该技术的成功开发，大大降低了临时围堰工程造价，在岩石地基条件下的船坞工程建设中具有广泛的推广应用前景，已应用于如下工程。
　　1） 大连造船厂船坞工程。规模：400 m×96 m×13 m，采用沉箱升浆基床围堰及土围堰，获得成功。
　　2） 青岛北海船厂海西湾造船基地#1、#2船坞工程。规模：
　　#1坞为 360 ×m78 ×m 13.1 m；#2坞为325 ×m 80 ×m 13.1 m。船坞基坑面积近 56 000 m2，开挖深度15.7 m，围堰总长约为 1 480 m，由东侧土石围堰、南侧土石围堰、西侧土石围堰和北侧坞口升浆抛石基床沉箱结构堵口围堰组成，该技术应用获得成功。
　　3） 渤海船舶重工有限责任公司船坞工程，规模：480 m× 107 m × 12.75 m，采用沉箱升浆基床围堰及土围堰。
　　4） 威海新泰源船业有限责任公司#1、#2船坞工程。
　　规模：
　　#1坞为 265 ×m 40 ×m 11 m，#2坞为 200 ×m 40 m×10 m。采用沉箱升浆基床堵口围堰。
　　5） 招商局深圳孖洲岛友联修船基地一号船坞#1，#2 船坞工程 。 规模：
　　#1 坞为 400 ×m 83 ×m13~14 m，#2 坞：360 m×67 m×13.6~14.5m。采用沉箱升浆基床堵口围堰。
　　从以上工程中升浆技术的成功应用可看出，升浆技术在以岩基为主的船坞工程建设过程中的应用有相当大的潜力，为后续船坞项目的类似工程开创了一条道路。进一步深入研究升浆技术在船坞工程中的应用，在工程中大力推广此新技术，将有力推动我国的造船工程建设。
　　2.6 组合钢板桩创新设计技术钢板桩是一种可重复利用的金属建材，具有高强、轻型、止水性好、耐久性强、施工效率高、占地少等独特的优点，满足环境保护和社会可持续发展要求。20 世纪 90 年代，在南通中远川崎船务工程有限公司船坞工程设计中，首次从国外引进“Z”型钢板桩组成箱型钢板桩结构，并获得成功。
　　随着进口钢板桩的材料费用不断上涨，如何节省进口材料工程费用一直是工程技术人员刻意攻关的方向。
　　借助于船厂的钢结构加工技术，通过引进及消化吸收进口钢板桩组合的焊接技术，对组合箱型钢板桩断面进行设计创新，取得了成功。如图 5所示。
　　该设计技术能节省钢板桩材料费用 30%以上，具有很大的社会经济效益，已应用于如下工程。
　　1） 上海外高桥造船基地#1，#2船坞工程。规模：
　　#1 船坞为 480 m ×106 m ×12.0 m；#2 船坞为360 m×76 m×14.0 m。
　　坞墙采用组合钢板桩创新设计技术，获得成功。
　　2） 沪东船厂造船坞工程。规模：360 m×92 m×12.3 m。大部分坞墙采用组合钢板桩创新设计技术，获得成功。
　　3） 中船长兴造船基地#1~#4 船坞工程。规模：
　　#1 船坞为 520 m×76 m×11.6 m；#2 船坞为 510 m×图 4 升浆抛石基床沉箱结构堵口围堰· 80·第 1 期a） 进口“Z”型钢板桩断面b） 4 根进口“Z”型钢板桩组合断面c) 采用国产钢板经棍压成槽形图 5 组合钢板桩示意图106 m×11.6 m；#3船坞为 580 m×120 m×12.6 m ；#4船坞为 36 582 m×14.1 m。坞墙采用组合钢板桩创新设计技术，如图 6 所示。 4） 南通中远川崎船坞工程有限公司 #2 船坞工程。规模：500 m×80 m×13.3 m。坞墙采用组合钢板桩创新设计技术。
　　2.7 两坞并列组合钢板桩拉杆对拉结构创新设计技术软土地基上的船坞工程，其坞墙一般采用前板桩拉杆锚碇结构。但对于两坞并列布置的工程，相邻船坞坞墙若采用常规的设计方法，往往存在拉杆结构长度不够、施工相互干扰较大、工程造价较高等问题。
　　两坞并列组合钢板桩对拉结构创新设计技术，是为满足软土地基上两坞并列布置的工艺要求和解决两坞同步建造的设计和施工问题而研究开发的。
　　该创新技术的成功应用，为类似工程提供了设计方法和工程实践经验，已应用于如下工程。
　　1） 外高桥造船基地#1，#2 船坞工程。规模：
　　#1 船坞为 480 m×106 m×12.0 m；#2 船坞为 360 m×76 m×14.0 m。两坞相邻净距 52 m，采用钢板桩对拉结构创新设计技术，获得成功。
　　2） 中船长兴造船基地#1，#2 船坞工程：规图 6 组合钢板桩示意图顾倩燕：船坞工程结构设计技术创新与实践· 81·水 运 工 程 2011 年模：
　　#1船坞为 520 m×76 m×11.6 m；#2船坞为 510 m×106 m×11.6 m。
　　两坞相邻净距 52 m，采用钢板桩对拉结构创新设计技术。
　　3） 中船长兴造船基地#3，#4船坞工程。规模：
　　#3 船坞为 580 m ×120 m ×12.6 m；#4 船坞为365 m×82 m×14.1 m。两坞相邻净距 47 m，采用钢板桩对拉结构创新设计技术。在高程 0.50 m 处设（材质Q345） Φ90 钢拉杆一道，对拉钢拉杆净长度为27 m，间距为 1 370 mm。
　　2.8 前板墙高桩承台式坞墙结构创新设计技术前板墙高桩承台式坞墙结构是针对软土地基上建坞条件受到限制，或为满足工艺布置与其他结构相结合的船坞工程而研究开发的创新设计技术，以共同承受坞墙墙后的水土压力及上部结构传递的竖向荷载。板墙可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩、地下连续墙结构，承台采用钢筋混凝土结构，桩基布置采用直桩和斜桩组合。
　　该创新技术的成功应用，为类似工程提供了设计方法和工程实践经验，已应用于如下工程。
　　1） 江南造船 (集团) 有限责任公司#1 坞适应性改造。本工程为旧坞改造项目，拟将工厂原有的#1船坞 （3 000 吨级，1920 年建成，1959 年曾翻修） 完全拆除，再建一座规模为240 m×40 m×12.35 m的新坞。鉴于新建#1船坞北面距综合楼16.5 m，东面距生产车间约 20 m，西面距离#2 坞东坞墙约 43 m 的环境条件，采用前板桩高桩承台式坞墙结构设计技术，获得成功，如图 7 所示。
　　2） 中船长兴造船基地下水坞工程：船坞规模为 240 m×40 m×17.7 m，根据工艺布置西坞墙与浮箱平台相连，为此结合一个浮箱位 （宽 30 m），采用前板墙 （地下连续墙） 高桩承台式坞墙结构。
　　2.9半重力式格型地下墙创新设计技术格型地下连续墙结构型式的构思出自格型钢板桩岸壁的概念，是靠自身重量稳定的半重力式结构，是一种涉及建（构）筑物地基开挖的无支撑空间坑壁结构。格型地下连续墙由前墙、后墙以及连接前、后墙的中间剪力隔墙组成[9]
　　，如图 8 所示。格型地下连续墙前、后墙槽段间一般采用锁口管等柔性接头连接，中间剪力隔墙采用十字钢板等刚性接头连接。格型地下连续墙的前墙紧邻船坞基坑开挖面，是直接承受坑内外水、土压力的主要挡土构件，它通过剪力墙与后墙连接，以实现结构的整体性以及格型地下连续墙的空间结构效应。由于其特殊的几何空间特性，格型地下连续墙与其内部的土体组成重力式支护结构，因此适用于开挖深度较深，无内部支护结构，采用常规的前板墙拉杆锚碇结构或高桩承台式结构在技术经济上不能满足要求，或受周边环境条件限制的船坞基坑工程，已应用于如下工程。
　　1） 沪东造船厂船坞工程。船坞规模为 360 m×92 m×12.3 m，坞墙主要采用组合钢板桩拉杆锚碇结构，针对局部位置坞墙内边线距现有民船事业部的7 层建筑物基础边仅 12.5 m 的限制条件，采用了格型地下连续墙坞墙结构形式，获得成功，如图9 所示。
　　图7 江南造船 (集团) 有限责任公司#1 坞设计断面图8格型地下墙计算简图· 82·第 1 期2） 中船长兴造船基地下水坞工程。船坞规模为240 m×40 m×17.7 m。东、北坞墙采用格型地下连续墙坞壁结构，其中东坞墙与港池舾装码头结构相结合，部分后墙兼作吊车道基础。
　　本工程设计是在沪东厂船坞格型地下墙创新技术的基础上再次进行了创新，主要表现为：
　　①长兴工程在规模上比较大，格形地下墙长边跨度超过 240 m；②基坑开挖和使用期挡土高度比较深，分别为14.7 m，17.7 m （沪东厂分别为 14.0 m，12.3 m）；③首次利用地下墙作为吊车荷载的承重结构；④ 首次采用十字型格形地下墙作为坞门荷载承重结构；⑤ 地下墙设计采用了各参数的敏感性分析方法，进行了结构优化和十字钢板接头的优化设计。
　　3） 上海外高桥造船有限公司#2坞接长工程。
　　#2坞长 360 m，宽 76 m，深 14.0 m，与#1坞间距52 m。原坞壁为高桩承台式钢板桩锚拉结构，因生产发展需要，拟将#2 坞向陆域侧接长 180 m。
　　因生产设施保护和不中断生产要求，与#1 坞相邻的120 m 接长段坞壁结构采用格型地下连续墙。
　　2.10软土地基上大型船坞底板的桩基创新优化设计当船坞规模日趋增大、荷载作用也日益增加的时候，现行船坞规范对船坞底板桩基设计的规定存在诸多不尽合理的地方，如桩长过长、桩距过小、筏板过厚等问题，既阻碍了顺利快速施工，又造成相当大的浪费。主要原因为：1） 大型船坞工程一般卸土厚度在 10 m 以上，土方量有 30 万~60 万 m3之巨，桩基设计若不考虑其影响，是非常不合理的。2） 造船荷载作用与一般永久荷载作用是不同的，是一种有一定周期的重复的加荷作用，当荷载较小时可忽略不计，但在重载作用条件下，重复的加荷作用机理若不加以深入研究，其计算变形将有相当的误差。3） 软土地基上的船坞坞墙一般均采用拉杆锚碇的板墙结构体系，其板墙在坞底下一定范围内对桩周土体有一定的侧限作用，其对桩间土的支承作用具有一定的贡献。
　　把桩筏基础最新的研究成果应用于船坞底板桩基的优化设计，基于改进的分层地基模型，考虑桩－土－筏的共同作用，提出了刚性桩筏基础非线性分析方法。地基附加应力计算考虑土层参数的变化，采用层状弹性体系的Burmister 应力解；地基变形采用分层总和法，所采用的计算参数压缩模量和一维回弹模量试验确定方便。通过简单的室内一维加卸载试验确定其随加卸载次数的变化，进一步得到桩筏基础在重复加卸载下的沉降图 9 沪东造船厂格型地下连续墙坞墙平面布置顾倩燕：船坞工程结构设计技术创新与实践· 83·水 运 工 程 2011 年图10 港池结构剖面图规律。
　　在长兴造船基地一期工程多个船坞、船台底板桩基设计过程中，分别采用传统的弹性支承法和分层地基模型的桩筏基础非线性简化分析方法进行了计算，分析表明，采用创新的底板桩基设计方法在底板厚度及内力不变的基础上，可将底板桩基数量减少 5%～10％，桩长减少 3～5 m。通过对船坞底板桩基布置及桩长设计的优化，长兴造船基地民品造船区#1 ～#4 船坞底板造价约比采用传统规范计算方法节省 15％左右，创造了约 3 000 万元人民币的经济效益。
　　目前#1、#2 船坞已成功出坞 5 条 17 万～30 万t船舶；#3，#4 船坞建造船舶也已出坞。各船坞投产使用的实践证明，船坞底板基本达到了无裂缝、无渗漏、沉降几乎可忽略不计的良好使用效果。
　　2.11软土地基上预应力锚杆与地下连续墙组合结构的创新设计技术国内土层锚杆技术一般应用在岩质地基、边坡加固、基坑临时支护工程中。作为永久性结构，其在软土地基上的应用尚不普遍。
　　预应力锚杆与地下连续墙组合结构的原理是采用地下连续墙作为挡土结构，采用钢拉杆和土层锚杆形成多层锚碇结构，组合成新型挡墙结构体系，应用于水工构筑物的岸壁设计。
　　该结构既可以减小地下墙的厚度，又可以减小结构物的位移和变形，对节省工程造价、提高工程的安全可靠性具有明显的效果。
　　在中船长兴造船基地进行了预应力锚杆与地下连续墙组合结构的现场试验，结合港池舾装岸壁结构实施，验证了预应力锚杆与地下连续墙组合结构创新设计方案，对软土地基土层锚杆设计方法在软土地基上永久性工程中的应用具有深远的意义。
　　本设计方案锚杆的锚固段长度为 21 m，自由段长度7 m，间距为 2 m，倾角 20°。结构方案断面如图10 所示。
　　2.12 沉箱拼装———水上建坞和船坞接长设计技术沉箱拼装水上建坞和船坞接长设计技术的创新思想是：采用预制的钢筋混凝土沉箱结构 （沉箱上预埋止水帷幕旋喷、注浆管），根据船坞尺度进行基坑开挖和抛石基床的施工，沉箱水下拼装 （沉箱均带有对接翼板，在翼板内浇注水下混凝土），止水系统水下施工 （包括沉箱间的止水，抛石基床的止水，天然地基的止水，以及天然地基与抛石基床之间和抛石基床与沉箱底板之间的止水等），坞口封闭后即可进行坞室内抽水，再采用常规的干施工方法完成船坞底板、减压排水和底板基础的施工。
　　该技术可应用在新建船坞工程或老船坞接长工程中，开拓了一种全新的水上建坞方式，解决了水下一次性形成坞墙和止水系统的技术难题，节省了工程投资,缩短了施工工期，实现了船坞向海域接长改造施工、坞室内正常生产两不误的目标是建坞史上一次历史性变革，已应用于大连造船新厂的 30 万吨船坞接长工程。
　　大连造船新厂原 30 万吨造船坞接长工程的建设，必须遵循两大原则：1） 施工不能影响工厂正常生产；2） 船坞接长应向海域发展。据此，采取先建围堰，再在围堰内干施工主体结构的常规工法是不能满足上述原则的。通过创新设计研究，提出沉箱拼装水上建坞和船坞接长设计技术，获得成功。
　　2.13 SMW 工法加钢板桩组合止水帷幕创新设计技术软土地基中船坞工程，大开挖施工的坞口结构，其止水一般采用钢板桩帷幕。由于实际施工中可能存在锁口脱开、撕裂等隐患，即使采取 2 道止水帷幕，因其平面布置的相对独立性，一旦1 道止水帷幕遭到破坏，上述的工程隐患不能根本解决，· 84·第 1 期且造价昂贵。为此，通过创新研究，首次提出了SMW工法加钢板桩组合新型止水帷幕设计技术。
　　该设计技术是通过钢板桩插入 SMW 工法水泥土连续墙来实现的。
　　通过钢板桩与 SMW 工法水泥土连续墙组合体，起到双重止水防渗作用。在软土地基坞口止水系统中具有广泛的推广应用前景，已应用于外高桥造船基地#1，#2 船坞工程坞口止水系统。设计采用 SMW 工法 2Φ650 水泥土连续墙，搭接厚度0.2 m，水泥掺量 20%，内插 PU16钢板桩组合止水帷幕，获得成功。
　　2.14沉箱围堰新型止水系统创新设计技术该技术是针对沉箱围堰抛石基床和岩基不同的条件，开发研究的新型止水系统。其主要创意是：在上部抛石基床内采用双排高压旋喷桩止水帷幕，下部岩基内采用高压摆喷止水帷幕的组合系统。能进行针对性的有效防渗施工，操作方便，效果好，节省工程造价。对类似条件下的止水工程，具有广泛的推广应用前景，已应用于招商局深圳孖洲岛友联修船基地#1，#2 船坞工程围堰工程中，见图 11。
　　图 11 深圳孖洲岛友联修船基地#1，#2 船坞工程沉箱围堰新型止水系统3 结语中船第九设计研究院工程有限公司在近几十年的工程实践中，对船坞工程中围堰、坞口、底板、坞墙等设计方法进行了大胆的探索和革新，研究新的结构型式，采用新材料，积累了大量的船坞工程设计和建造经验。但上述技术总结还是侧重于设计过程和工程实践，下一步的工作将从设计理论、施工技术、监测手段方面系统深入地研究，并形成系统的方法，为我国由造船大国向造船强国迈进提供强有力的技术保障。
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