強涌浪開敞海域大直徑鋼管樁自浮運卸船技術

徐立強，周維，周端

（1.中國港灣工程有限責任公司，北京 100027；2.中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

1 概述

1.1 工程概況

委內瑞拉卡貝略港集裝箱碼頭項目，位于委內瑞拉卡貝略市。主要建設內容包括：800 m長的連續錨錠式鋼管板樁碼頭及230 m同結構后期預留接口；總面積約57萬m2的集裝箱堆場；965.8 m長的直立式鋼圓筒防波堤等。項目建成后可同時靠泊1艘13萬噸級和1艘10萬噸級集裝箱貨輪，年集裝箱吞吐能力可達100萬標箱。

碼頭前板樁墻采用阿賽洛公司生產的φ2 300 δ24（X70）型鋼管樁，設計樁長39.5 m，單根重57.5 t，鋼管樁頂部0~4 m范圍內設有HZF-102厚1 500μm環氧防腐涂層；頂部4~20.7 m范圍內設有HZF-102厚900μm環氧防腐涂層。前墻鋼管樁共計296根，計劃分批次在荷蘭、土耳其等國制作完成后海運至項目所在地，第一船大直徑鋼管樁為50根，重2 875 t。

根據委內瑞拉地震規范中地震區劃圖顯示項目所在地位置位于5區，基巖面地震峰值加速度（PGA）為0.3g，地面的峰值加速度（PGA）為0.34g，屬于強震區。為滿足抗震要求，設計規定，鋼管樁必須一次性在廠內加工完成，不能分節加工現場組焊[1]。

如何保證大直徑、超長鋼管樁到岸后能夠順利卸船，是本項目實施的重點和難點。

1.2 老港卸船能力調查

經過對卡拉略港老碼頭的卸貨能力、轉運路況的調查，若鋼管樁運輸船采取在老碼頭卸船，再經陸上轉運至項目部的方式，需穿過卡貝略市區，市區道路不滿足超長鋼管樁的運輸要求，需報請市政部門對部分轉彎半徑較小的路段進行改造，且整個運輸過程可能會造成市內交通癱瘓，需申請政府交通部門全程協調。此方法不僅操作困難、效率低下，且運輸費用高昂。

1.3 海上卸船可行性調查

由于常規的港口卸貨，陸上運輸的方式難以實現，因此對海上卸船的可行性進行了調查。調查得知，在得到當地海關和海事局的同意后，可以在近海錨泊卸船。

1.4 水文情況

碼頭建設在強涌浪開敞海域，直面加勒比海，除遠處一小島外，無任何掩護，施工海域海況惡劣，長周期涌浪海況特征明顯[2]。

常水位：+0.168 m；最低水位：-0.222 m；最高水位：+0.688 m。

第一船鋼管樁預計4月底到港，卸船時間預計持續2周（含海上清關），波浪情況依照2013年4月26日—5月10日同期觀測數據，日最大波高0.59～2.56 m，周期 7.5～16.6 s，日 1/3有效波高0.28～1.10 m，周期 5.7～8.6 s。

潮流：通過對工程海域布置的6個潮流測站在大潮期連續28 h潮流觀測數據顯示，本工程海域漲落潮流速為1～19 cm/s，潮流較弱，各測點流向較散亂，規律性不強。

2 施工方法的制定

2.1 運輸船及裝船方案

由于選擇近海卸船，就要求運輸船舶必須具備管樁起吊能力。同時，由于卸船海域有長周期強涌浪，就要求運輸船舶必須具備一定的抗涌浪能力。

經過研究，最終選擇阿賽洛公司“MARGRETE”號遠洋海輪進行首批鋼管樁運輸。“MARGRETE”號海輪船長142.69 m，船寬18.25 m，型深10.15 m，滿載吃水 7.325 m，滿載排水量10 450 t，船首和船身各有1臺最大起重量60 t的克令吊。

鋼管樁擺放在船首和船中，以便2臺克令吊進行雙機抬吊作業。鋼管樁運輸過程，采用尼龍扎帶綁扎，每根樁綁扎12道，綁扎間距為3 m。鋼管樁裝船及綁扎加固見圖1。

圖1 鋼管樁裝船及綁扎照片Fig.1 Photo of loading and colligation of steel tubular piles

鋼管樁出廠時，已經涂裝重型防腐涂層，為保證運輸過程中涂層的完整性，單根鋼管樁均采用間隔纏繞尼龍繩的方式，以防止與其它鋼管樁碰撞[3]。

2.2 卸船位置

通過對項目施工海域的地理位置及水下地形圖進行分析，將運輸船停泊在小島后方背浪側，拋錨定位后進行卸船是最理想的工作位置，見圖2中位置A。但在位置A處，船舶與小島間距離太近，有安全風險，且之前在小島附近已發生過沉船事故，沉船尚未打撈。最終決定要求將船舶停靠在距離小島350 m，離岸600 m的開敞水域進行卸船。

圖2 卸船位置Fig.2 Location of discharging ship

2.3 錨泊方式

由于運輸船錨泊在強涌浪開敞海域，且波向角變換頻繁，若采用前后八字錨的方式進行錨泊，對錨泊系統要求高，且受強涌浪影響，容易走錨。因此采用單點系泊的方式錨泊，以保證船體垂直迎浪。

2.4 卸船方式

運輸船采用單點系泊，若采用方駁過駁的方式卸船，由于2個船體在強涌浪下的動態響應不一致，克令吊吊放大直徑、超長鋼管樁時，安全風險極大。

若采用鋼管樁自浮運卸船，克令吊僅需將樁放入水中，小型拖輪就可直接將樁拖走，整個過程比過駁方案簡單、易控，且成本較低，確定此方案為首選方案。

2.5 自浮方式

經過計算，若利用鋼板將鋼管樁兩端封堵，鋼管樁最大可產生浮力164 t，自浮平衡時吃水僅1 m左右，滿足浮運要求。

本項目采用δ6 mm S355JR鋼板滿焊于距離鋼管樁兩端80 cm處作為封堵板。封堵板的加工在鋼管樁生產時同步完成。

3 施工工藝流程

卸船的工藝流程為：施工準備→卸船港池施工→運輸船進場錨泊→拖拽小艇就位→運輸船克令吊起吊鋼管樁入水→小艇拖拽鋼管樁進港池→吊車起吊鋼管樁出水→鋼管樁裝車轉運至堆存場地。

4 主要施工方法

4.1 卸船港池施工

為便于浮運鋼管樁上岸，考慮在現場挖掘卸船港池。港池選址在施工場地的小島后方，利用小島對港池形成一定的遮蔽，減少涌浪對鋼管樁入池和起吊的影響。

港池寬為30 m，長為60 m，水深約3 m，邊坡采用覆蓋土工布、堆碼砂袋的方式進行護坡。履帶吊停靠側施打10根φ1.0 mδ10 mm@3 m的鋼管用于浮運的鋼管樁靠位，鋼管后方插入δ16~20 mm支護鋼板并回填，形成直立碼頭岸壁（如圖3所示）。

4.2 運輸船進場錨泊

運輸船到場后，在指定地點，下單錨停泊，船體垂直迎浪，降低涌浪引起的船體晃動。

為保證船舶安全，運輸船旁邊停靠1艘2 205 kW（3 000匹）拖輪，保證緊急情況下，運輸船能及時脫困。

4.3 克令吊起吊鋼管樁入水

圖3 卸船港池Fig.3 Harbor basin of discharging ship

負責拖拽鋼管樁的小拖輪就位后，運輸船克令吊起吊鋼管樁入水。起吊前，預先在鋼管樁的樁頭吊耳及樁尾上各系1根尼龍拖拽繩（尼龍繩可浮于水面）。

在鋼管樁入水后，受涌浪影響，鋼管樁將隨著波浪不斷運動，操作人員無法進行陸上施工時靠近鋼管樁解鉤等操作。解決方法是將1根麻繩的一端捆綁在鋼管樁起吊吊帶上，另一端則由運輸船上的操作人員手持，當鋼管樁入水并松鉤后，操作人員通過拉麻繩使鋼管樁與吊具分開。這種不接觸鋼管樁也能完成“解鉤”的操作方式，不僅確保了操作人員的安全，并且大大節省了鋼管樁吊帶脫鉤時間。

4.4 鋼管樁拖拽入港池

鋼管樁拖拽過程由2艘船配合進行，主力拖拽采用294 kW（400匹）小型拖輪，拖拽位置為鋼管樁樁頭；輔助導向采用普通交通艇負責，主要進行涌浪作用下的方向修正，拖拽位置為鋼管樁樁尾。

4.5 鋼管樁起吊上岸

鋼管樁被拖輪喂入港池、靠泊卸船碼頭后，利用卸船碼頭上布置的1臺18 m長臂反鏟和1臺普通反鏟引導鋼管樁進入130 t履帶吊的吊帶兜繩（兜繩一端安裝在卸船碼頭的樁基上，一端安裝在吊車掛鉤上）。

進入后，130 t履帶吊上提兜繩，鋼管樁在兜繩作用下，滑向并貼緊卸船碼頭鋼樁（鋼樁包裹輪胎，防止自浮鋼管樁與鋼樁碰撞，損壞防腐涂層），固定浮運鋼管樁。

鋼管樁固定后，操作人員通過鋼便道靠近鋼管樁進行掛鉤操作。掛鉤后，利用1臺260 t履帶吊起吊鋼管樁上岸裝車，并利用60 t平板掛車運輸至鋼管樁堆存區。

5 施工工效

方案實施過程中，共2個拖航班組，每個班組各配置1艘294 kW（400匹）小型拖輪和1條交通艇，循環作業。卸船初期每小時上岸1根，施工人員配合熟練后，45 min可上岸1根。本次50根鋼管樁卸船計劃7 d完成，實際僅4.5 d就完成了卸船作業，施工工效完全滿足現場施工要求。

6 結語

本項目利用鋼管樁自浮運卸船的施工工藝，通過“繩控脫鉤”、“兜吊固定”等小措施，解決了涌浪作用下鋼管樁下海脫鉤、上岸掛鉤等施工難題，成功地進行了強涌浪海域大直徑鋼管樁的卸船工作，通過實踐證明整套施工工藝是科學、合理的，可為類似施工提供參考和借鑒。