鞍鋼方塊碼頭改造技術

萬建軍，單勤，劉君，計政華

（中交一航局第四工程有限公司，天津　300456）

鞍鋼方塊碼頭改造技術

萬建軍，單勤，劉君，計政華

（中交一航局第四工程有限公司，天津300456）

鞍鋼方塊碼頭改造是通過開挖碼頭前沿港池，增加碼頭前沿水深，達到停靠更大噸位船舶的目的。由于港池開挖使原碼頭暗基床變為明基床，需要對基床進行清淤灌漿加固；使用超大規格的漂浮型橡膠護舷確保船舶與碼頭前沿的距離，防止船舶底部碰觸明基床，工程護舷規格為5m×6.5m，為目前國內最大規格的漂浮型橡膠護舷。基床灌漿和橡膠護舷的效果良好，滿足了預期的使用要求。

碼頭改造；清淤；基床灌漿；漂浮型橡膠護舷

0　引言

鞍鋼碼頭隸屬于鞍鋼國貿營口港務有限公司，位于營口市鲅魚圈區遼東灣望海寨海域，原碼頭于2007年建成投入使用，改造前為2萬噸級重力式方塊碼頭。業主為了提高港口吞吐量，靠泊更大噸位船舶，需要升級到4萬噸級泊位。設計單位通過論證采用開挖港池，加固碼頭基床等一系列措施保證結構穩定、滿足使用要求。

需要改造的碼頭岸線共826 m，碼頭前沿水深由-11.0 m加深至-13.1 m。由于港池開挖，原碼頭由暗基床變為明基床，為了防止松散狀態的基床塊石被水流沖刷、掏空，需要對基床進行灌漿加固。為了防止船舶底部碰觸明基床，加裝超大規格護舷確保船舶與碼頭基床的安全距離。碼頭改造標準斷面見圖1。

圖1　碼頭改造標準斷面圖Fig.1　Por t renovation standard section

1　工程特點分析

1.1基床灌漿

本碼頭建成使用已6 a，回淤嚴重，基床塊石間已被淤泥填充。基床清淤是否徹底是碼頭加固成功的關鍵。水下灌漿受海浪潮水影響大，灌漿時砂漿從基床底部逐漸升高至基床頂面，需要灌漿設備具有很大的壓力，增大壓力的同時必須采取可靠的方法防止漏漿。

水下基床灌漿是通過基床鉆孔布設注漿管和觀察管實現的，必須使用多種直徑鉆桿、導管，施工工藝復雜。為了保證砂漿充分填充于塊石間，砂漿必須具備一定的流動性；同時水下灌漿要求砂漿必須具有一定的不離散性，砂漿配合比必須兼顧流動性和不離散性。

1.2漂浮型橡膠護舷制造和拆裝

該工程漂浮型橡膠護舷設計僅給出尺寸和相關受力要求，未明確具體材質和結構形式，國內沒有相關的生產制作先例，需要組織生產廠家進行二次設計。碼頭投用后，考慮不同噸位（1.5萬～ 4萬t）船舶的停靠要求，加裝的護舷需頻繁進行安裝和拆卸作業，必須具有便利的安裝和拆卸性。同時考慮東北地區冬季特性和操作人員的安全，業主要求拆裝過程在碼頭前沿陸上完成，無下水作業。

2　改造施工工藝

2.1基床灌漿

基床灌漿施工工藝流程為：砂漿配合比設計→施工準備→基床肩部理坡、基床表面清淤→基床鉆孔（塊石間清淤）→土工布鋪設→基床灌漿。

2.1.1試驗段施工參數

大面積施工前首先進行了試驗段典型施工，通過試驗段確定了基床灌漿鉆孔平面位置、間距、砂漿配合比等施工參數，優化了施工工藝。

為了保證砂漿的流動性和不離散性，通過在砂漿中添加2.0%～3.0%UWB—II型絮凝劑達到了很好的效果[1]。砂漿配合比技術參數：流動度30～40 s，初凝時間5～6 h（25℃），

配合比：水泥：砂子：水：絮凝劑=764：861：420：11.46，kg/m3。

2.1.2基床肩部理坡、基床表面清淤

在對原暗基床進行開挖后，暗基床坡肩暴露為明基床，基床肩部拋石有部分被挖除或坍塌，需先用10～100 kg塊石對個別區域進行補拋，然后再用二片石進行理坡，直至形成設計斷面。

基床理坡完成后進行基床表面清淤，由潛水員使用高壓水槍進行沖洗，局部淤泥較多處用泥漿泵抽出，以抽出的水變清澈為準。

2.1.3基床鉆孔

1）鉆孔孔位的平面布置

鉆孔的平面布置根據砂漿在水下的擴散半徑和趨勢及基床塊石間清淤要求確定。

根據試驗段典型施工經驗，比較灌漿和清淤的影響范圍，發現砂漿的擴散范圍可達3～4 m，而清淤的影響范圍相對較小，只有2～3m。

基床靠近碼頭前沿一側封閉性好，而靠海側封閉性相對較差，方塊前趾處基床清淤難度大，且灌漿時砂漿有向海側流動的趨勢，為了保證整個基床（尤其前趾處）的清淤和灌漿質量，將鉆孔位置向碼頭前沿一側方向進行了調整。鉆孔間距1 000 mm，呈“△”形布置，灌漿孔距離碼頭前沿線950 mm，觀察孔距離碼頭前沿線1 300mm，見圖2。鉆孔深度為2.6m，底標高為-13.6m。

圖2　基床鉆孔平面布置示意圖Fig.2　Em bankm ent borehole drilling distribution

2）鉆孔施工

采用HW460潛孔鉆，以XHP900空壓機為動力源，鉆機安放在施工平臺上。鉆進過程通過高壓風將淤泥及鉆渣吹出，達到清淤效果。鉆孔施工步驟：

第一步：對準孔位，下放φ183 mm大套管，將φ89mm鉆桿放入大套管內，鉆桿下鉆過程中，大套管同步下行。

第二步：鉆至設計深度后，鉆桿提出，把φ63mm注漿管或觀察管放入大套管。

第三步：提出大套管，注漿管或觀察管留在鉆孔內。

第四步：注漿管或觀察管在灌漿時逐步拔出。

2.1.4基床塊石間清淤

鉆機鉆進時，隨著高壓氣體的沖刷，淤泥和海水隨氣體從基床塊石間排出。在鉆孔結束后繼續供氣，當翻滾出水面的水花變清澈時方可停止供氣，保證處理范圍內淤泥清除徹底。

2.1.5土工布鋪設

為保證灌漿區域形成密閉系統，防止漏漿，并考慮灌漿時的壓力，需要在基床坡肩、頂面、坡腳范圍內鋪設土工布，碼放砂袋。

由潛水員進行土工布鋪設和砂袋碼放，土工布搭接長度不小于1.5 m，沙袋數量為8個/m2。重點保證坡腳及搭接位置壓設質量，確保加固的基床范圍封閉，有效控制灌漿壓力。

2.1.6基床灌漿

灌漿設備采用XHBT4010-45S型砂漿泵。灌漿管隨著砂漿上升而提升，提管過早過快易造成灌漿不飽滿，提升過晚過慢易造成漏漿和堵管。所以提管速度和時間是控制灌漿質量的關鍵。通過總結試驗段施工經驗，當基床塊石間砂漿填充飽滿后，砂漿泵電流表和壓力表讀數會隨之變大，據此控制拔管時間。

實測的兩次提管時間間隔平均約為3min，砂漿泵的施工功效為0.5 m3/min，基床孔隙率約為45%，基床頂寬、底寬為2.8 m、5.4 m，灌漿影響寬度約為2 m。可計算出提管高度為：3×0.5× 2/（2.8+5.4）×0.45=0.4 m。

灌漿過程中由潛水員進行探摸，并用測繩測量觀察管內砂漿高度，以此輔助控制灌漿時間和灌漿量。

2.2漂浮型橡膠護舷的選型與使用

2.2.1選型

設計要求施工單位組織生產廠家對漂浮型橡膠護舷進行二次設計；業主要求漂浮型橡膠護舷在使用過程中，工作人員能在岸上進行安裝和拆卸操作。漂浮型橡膠護舷均由碼頭前沿的40 t門機進行安拆。

根據業主及設計的要求，對漂浮型橡膠護舷的生產廠家和使用單位進行考察，比選以下3個方案，見表1。

表1　方案比選Table 1　M ethods com parison

考察某港口使用聚脲型漂浮護舷出現過火災事故，首先從使用安全性和耐久性方面對材質進行選擇，確定使用橡膠材質。同時經過考察了解到國內最大的橡膠硫化罐尺寸為φ4 000mm×L7 000 mm，可制作出單體護舷最大的尺寸為φ3 500 mm×L6 500mm。

方案3化整為零，采用組合型，既保證原設計的結構尺寸，又能在現有條件下生產制造，且運輸方便。為了降低漂浮型橡膠護舷的總重，保證業主門機吊裝的安全性，在護舷內填充EVA泡沫材料，將總重量控制在32 t以內。

最終決定采用方案3組合型漂浮型橡膠護舷。

2.2.2組合型漂浮型橡膠護舷的結構組成

單套護舷的具體構成：大靠球φ3 500 mm× L6 500 mm，重約13 t，數量1個；小靠球φ750 mm×L1 500 mm，重約310 kg，數量51個；鏈條φ16，總長約為200 m（含膠管約200 m）；漂浮型橡膠護舷總體尺寸：φ5 000 mm×L6 500 mm；總體重量32 t。組合型漂浮型橡膠護舷效果圖見圖3。

2.2.3理論計算和試驗驗證

漂浮型橡膠護舷選型完成后，對護舷結構進行受力驗算，并制作模型進行各項試驗，對護舷的安裝方式進行了多次優化。

1）有限元計算分析

根據有限元的受力分析，護舷的受力和變形均能滿足設計要求。

圖3　組合型漂浮型橡膠護舷效果圖Fig.3　Impression drawing of the combination type floating rubber fender

2）試驗驗證

為了進一步驗證組合結構形式的受力特性，組織廠家按照員：5比例制作模型進行模擬試驗，通過試驗驗證各項指標均能滿足要求。

2.2.4安裝

護舷安裝由3種鏈條和纜繩完成，分別為吊裝護舷用φ52錦綸纜繩，使用過程錨固護舷用鏈條，安裝過程牽引鏈條用φ20纜繩。為便于描述，把鏈條與護舷法蘭連接端稱為D端，另一端為C端，牽引用φ20纜繩與鏈條連接段稱為A端，另一端為B，見圖4，安裝步驟如下。

圖4　漂浮型橡膠護舷安裝示意圖Fig.4　Floating rubber fender installation

1）把鏈條的D端與護舷的法蘭相連，φ52纜繩與法蘭根部鏈條相連。

2）把φ20的纜繩A端掛上一個卸扣，緩緩下放使其穿過碼頭岸壁上的拉環，之后用掛鉤鉤住卸扣，將纜繩A端拉到岸上。

3）將纜繩A端用卸扣與鏈條的C端相連，此過程中纜繩B端始終保持在岸上。

4）使用門機通過φ52的纜繩將護舷吊起放入海中。

5）拉φ20纜繩的B端，直至將鏈條的C端拉到岸上，將鏈條C端連接到岸上的錨固拉環上。

與之相反過程即可實現漂浮型橡膠護舷的拆卸操作。為了方便漂浮型橡膠護舷的安拆，每次安裝和拆卸后在2個錨鏈拉環間預留連接纜繩，為下次作業提供方便。

上述安裝和拆卸方案，解決了業主提出的“操作人員不下水進行安拆作業”的要求。根據現場測算，安裝和拆卸過程用時均在10 min內，操作方便、快捷。

2.2.5使用與日常維護

漂浮型橡膠護舷在裝運過程中不得摔、撞、拖、滾，不得用尖硬物勾、吊、刺、劃，不得與酸、堿、油類及有機溶劑等物質相接觸，距發熱裝置1m以外。

漂浮型橡膠護舷在使用過程中，船舶靠船速度V≤0.12m/s，靠船角度≤15°。

遇6級及以上大風、暴風雪等極端天氣應將護舷提出水面，放置庫房存儲。

護舷提出水面后，應放置在專用護舷支座上，以保證在碼頭前沿放置的穩定性。

3　效果檢查與評價

3.1基床灌漿效果

施工完成后，采用水下攝像及鉆芯取樣相結合的方式對灌漿效果進行檢測。鉆芯取樣在水下灌漿全部完成后28 d進行，共隨機在基床頂、坡面抽取了5點[2]。

水下攝像結果顯示，基床頂部、坡面均被水泥砂漿完整覆蓋。鉆芯取樣結果顯示，砂漿充分填充在塊石之間，且與塊石膠結良好，形成完整的結合體；對圓柱體芯樣試塊進行抗壓強度檢測，最小值為30.7 MPa，滿足設計要求，加固效果良好。

在碼頭基槽開挖前，測量人員在碼頭前沿頂面布置了23個沉降位移觀測點，施工期間每天進行觀測，結果顯示，基槽開挖至未灌漿期間，碼頭發生沉降最大13 mm，向港池位移最大2 mm；基床灌漿完成后，沉降和位移穩定，不再發生變化，說明碼頭已經處于穩定狀態，基床加固效果良好[3]。

3.2漂浮型橡膠護舷使用效果

漂浮型橡膠護舷投入使用1個月時間內，經歷了4次強風大浪過程，平均每天停靠4萬t船舶1艘，安裝拆卸達30余次。安裝拆卸操作便利，安裝和拆卸時間均在10 min之內，完全滿足預期的使用要求。

4　結語

通過多次試驗和現場典型施工得出了適合本工程的壓力灌漿施工參數和水泥砂漿配合比，現場實施過程中采取一系列工程措施，較好地清除了原基床塊石間的淤泥，保證了灌漿的強度和密實性。與護舷生產廠家聯合進行研究實驗，為本工程生產安裝了目前國內最大規格的漂浮型橡膠護舷，采用了方便快捷的裝拆工藝，滿足了靠泊和運營維護時反復裝拆的使用要求。

鞍鋼碼頭改造工程的順利實施為業主創造了經濟效益，工程工期短、投產快，具有很高的社會效益，可為類似的老碼頭改造加固和碼頭擴容工程提供借鑒。

[1]林鮮，陳凌華，周偉.UWBⅡ型水下不分散混凝土絮凝劑的性能研究[J].混凝土，2006（4）：52-53. LIN Xian,CHEN Ling-hua,ZHOUWei.Propertles of UWBⅡanti-washoutadmixtures ofunderwater concrete[J].Concrete,2006 (4):52-53.

[2]JTS 257—2008，水運工程質量檢驗標準[S]. JTS 257—2008,Standard for quality inspection of portand waterway engineering construction[S].

[3]陳妙初，盧軍民.老碼頭改造施工中的平面位移監測方法[J].水運工程，2006（12）：89-91. CHENMiao-chu,LU Jun-min.Horizontal displacementmonitoringmethod in old wharf renovation construction[J].Port&Waterway Engineering,2006(12):89-91.

Renovation technology of Angang concrete block wharf

WAN Jian-jun,SHANQin,LIU Jun,JIZheng-hua
（No.4 Engineering Co.,Ltd.of CCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

The renovation technology of Angang concrete block wharf is amethod to excavate the wharf apron dock basin and expand the depth ofwharfapron in order to dock larger shipsby deepening the dock basin.For thehidden embankmentbecame visible,de-silting and strengthening itwith concretemust be done.By using the largest rubber floating fender,make sure the distance between ships and docks in order to prevent them from wrecking the bottom to the embankment.The fender for this project is 5 m×6.5 m which is the largest floating rubber fender we can find in China.The effect of embankment concrete pouringand rubber fender isgood,canmeet the requirementsof the intended use.

dock renovation;de-silting;embankment concrete pouring;floating fender

U656.111

A

2095-7874（2016）10-0047-05

10.7640/zggw js201610011

2016-04-22

2016-07-08

萬建軍（1974— ），男，江西南豐人，碩士，高級工程師，建筑與土木工程專業。E-mail：755841609@qq.com