無掩護淺狹水域方塊運輸及安裝

王小磊，蔡大昕

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 工程概況

1.1 工程概述

某工程港池航道水深6 m，航道平均寬度90 m，其中最大寬度132 m（范圍極小）、最小寬度82 m，航道最小寬度恰位于碼頭前沿停泊水域，航道兩側為天然礁盤，很難拓展。碼頭泊位總長度72 m，為重力式方塊結構，共兩層，安裝底高程-4.2 m，頂高程3.3 m。其中上層方塊169.42 t/件，下層方塊172.78 t/件，上、下層方塊通過在抗震孔內插設鋼軌、并澆筑混凝土形成整體。

1.2 氣象條件

工程區域熱帶海洋季風氣候，冬季盛行偏北季風，夏季盛行偏南風；年太陽輻射量大，日照時間長，干濕季節分明，冬季降水量小，夏季降水量大，災害性天氣發生頻繁，熱帶氣旋影響強烈。

風向分布具有顯著的季節性，從9月至次年的2月，盛行東北季風，3月至8月，盛行偏南風。且大風日數較多，年大于8級大風日數在44天左右，大風日數分布與平均風速分布趨勢一致，冬秋季較多，實測最大風速達71 m/s。

圖1 方塊安裝結構斷面

1.3 水文條件

工程區海域潮流為規則半日潮流和不規則日潮流。流速介于13～80 cm/s之間，其漲落潮基本方向是NW-SE方向。表層余流方向都在NW-NE這個范圍，速度在6～45 cm/s之間。

風浪占82.99 %，涌浪占17.01 %，風浪波型為主要特征。最大的波向為NE向，其次是S和SSW向。最大波高為4.9 m，出現在S向，其次為4.8 m，出現在SSW向。強浪向為SW向，次強浪向為N向，波高分別為1.53 m和1.52 m。項目海區為弱潮海區，潮位特征值如下：

最高潮位1.17 m，最低潮位-0.91 m，平均高潮位0.89 m，平均低潮位-0.75 m，月均潮差0.92 m，多年平均最大潮差1.60 m；

極端高水位：3.04 m（重現期100年），極端低水位：-0.2 m（重現期50年）；

設計高水位：2.2 m（高潮累積頻率10 %），設計低水位：0.4 m（高潮累積頻率90 %）；

乘潮水位：1.2 m（平均海平面）。

1.4 地質條件

土層自上而下依次為中砂、角礫。

1.5 施工環境

工程所在地原材料、機具短缺，均需通過船運輸至施工現場；受場地條件限制，不具備建設方塊預制場的條件；施工區域濕度大，海水腐蝕性強，原材料不宜儲存。

施工期為5～7月，東南風盛行，且為臺風多發季節，不利于方塊安裝。

2 方塊遠程外海駁運

方塊預制場距工程區海域約400 n mile，遠程運輸速度≤5 n mile/h，運輸時間約85 h。

2.1 運輸船舶選型

綜合考慮海上航線運輸水文條件、遠程外海運輸船舶安全、工程區海域航道水深、方塊運輸成本、施工工期等因素，配置2艘5 000 t平板運輸駁船（船長98 m、船寬16 m，型深7.4 m）及分兩批出運，第一批出運底層的19塊（3 107.8 t），第二批出運頂層的17塊（2 805.26 t）。

2.2 運輸船舶加固措施

方塊沿運輸駁船船長方向呈兩排、對稱布置，中間放置木枋隔斷，裝船順序與安裝順序相反，先裝船艉位置，后裝船艏位置。

裝船完成后，在方塊四角位置的甲板上均焊接[200槽鋼進行限位，并采用木楔子加固，頂面采用Ⅰ200工字鋼壓杠，緊張器與甲板上的[200槽鋼連接加固，防止運輸途中船舶晃動導致方塊移動，發生船舶偏載、傾覆等事故。

圖2 方塊運輸加固示意

2.3 遠程外海運輸

船舶起航前，做好未來一周內沿途氣象資料、海況信息收集，確保無6級以上大風后方可起航。運輸駁船配備衛星電話，定時溝通。采用船載DGPS系統進行導航。運輸駁船到達工程區海域附近后，由交通船進行領航。

3 施工船舶駐位

3.1 方塊安裝船舶選型

船舶進場前，對港池水深進行測量。綜合考慮方塊單重、起重船水上吊裝安全系數、工程區海域航道水深及寬度等因素，選用350 t全回轉起重船（船長64 m、船寬20 m，型深4.5 m，C型方塊吊重下起重船舷外跨距為34 m）進行安裝。

3.2 船舶駐位

工程區海域淺狹、淺礁較多、船舶錨地處海況差、風急浪高，船舶駐位時需要考慮的因素：

1）碼頭前沿滿足船舶吃水要求的停泊水域長度僅82 m，出于安全考慮，起重船、運輸駁船均無法平行碼頭作業；

2）無風浪情況下，船舶垂直碼頭軸線方向布置較安全，但可移船幅度狹窄，選用全回轉起重船為宜；

3）垂直碼頭軸線方向布置時，運輸駁船、起重船均需根據方塊安裝進程反復絞纜移船，而海域淺狹、港池面積小又限制了移動幅度，在安裝一定數量后，需調換運輸駁船、起重船位置，且受風浪影響較大，船舶定位精度不高。

圖3 船舶定位及移船示意

綜合上述因素，為減少移船頻率、提高安裝效率，保證船舶安全，確定船舶駐位如下：

1）每日安裝首件方塊時，船舶吃水較大，應在漲潮期、風力弱或無風的情況下進行，以保證滿足船舶吃水條件的海域面積；

2）運輸駁船沿碼頭軸線方向斜向駐位，起重船沿垂直碼頭軸向方向斜向駐位；

3）運輸駁船船艉分別向海側、陸側帶下錨、帶纜，船艏向強風向下錨，起重船船艉向海側下錨、向強風向帶纜；

4）起重船吊運方塊越過運輸駁船進行定位及安裝，先安裝船艏方塊、后安裝船艉方塊；

5）施工期間東南風為常風向、強風向，隨著方塊安裝進程，運輸駁船吃水深度漸小，運輸駁船逐漸拉緊岸側地錨，起重船逐漸松開強風向錨，使起重船、運輸駁船沿風向移動；同時可降低移船頻率及時間、降低風壓受力面積、減少風浪對船舶定位穩定性影響以及因船舶吃水深度導致船舶擱淺、觸礁等事故發生。

4 方塊安裝定位

4.1 馬腿吊裝工藝

考慮節約成本、施工便捷、安全可靠、材料循環利用、吊具銹蝕對混凝土構件質量及吊具自身強度的影響，采用馬腿吊裝工藝進行方塊安裝。

4.2 延伸線定位安裝工藝

綜合考慮底層方塊安裝頂高程-0.3 m、工程區海域無掩護、涌浪及漲落潮流速較大、碼頭端部僅一側具備測量條件等因素，方塊安裝不宜水下基準線法、前沿線參照物控制法、測量架定位法、水上基準線法等工藝施工，采用延伸線定位法安裝工藝。

安裝前，采用GPS于擬安裝的首個方塊橫、縱兩方向延長線設測量平臺及后視點。

安裝期間因全站儀故障且短期無法調撥，無法實現多組數據的瞬間同步采集，因此，延伸桿自身剛度及傾斜度控制，是保障方塊安裝質量的關鍵。

圖4 延伸線法定位安裝示意

為保證安裝質量，對延伸桿定位安裝工藝進行改進：

1）設計圖中方塊上設置了兩個抗震孔，安裝前采用圓形鋼板將其封蓋并固定，使之成為角點卡件固定、延伸桿垂直度調整的定位板，同時可防止安裝過程中雜物落入抗震孔；

2）角點卡件采用鋼板焊接而成，頂部采用緊張器使之與抗震孔定位板連接牢固，防止角點卡件滑落；

3）采用可抽插式Φ50圓鋼作為延伸桿，延伸桿上設有帶套環的緊張器，使之與兩個抗震孔加固牢靠，通過緊張器調整延伸桿垂直度；

4）根據陸上測量儀器架設高度，反算其在延伸桿上所處位置，并在其上設可旋轉的雙向讀數板，在儀器觀測時，快速直觀的反應方塊需調整的方向及數值。

4.3 方塊安裝

先依次安裝底層方塊，然后再安裝頂層方塊。采用四點吊裝，將馬腿分別置入預留的馬腿盒內，并旋轉 90°，吊裝指揮人員指揮起重船顛鉤使馬腿頂部與塊體緊密結合，然后開始起吊。起重船旋轉臂桿使方塊緩慢移至待安裝位置4～5 m處，松鉤使方塊下落至其底面距基床頂面約20 cm左右，讀取兩垂直方向經緯儀讀數。

首個方塊安裝先進行粗安，當兩方向經緯儀讀數均基本滿足允許偏差、且方塊后沿兩個延伸桿與經緯儀基本處于同一直線后，松鉤使之緩慢坐落在基床上，再以首個方塊為依托精安第二個方塊，然后以第二個方塊為依托，重新調整首個方塊，然后依次安裝剩余方塊。

5 方塊安裝質量及施工工效

方塊安裝質量控制均需在方塊平穩坐落在基床前、未摘除馬腿前進行。

5.1 高程及安裝傾斜度控制

當方塊安裝高程及傾斜度不滿足相鄰方塊頂面高差及基床倒坡要求時，采用袋裝碎石進行調整。

5.2 縫寬控制

設計安裝縫寬20 mm、底層最大縫寬為50 mm。設置50 mm×50 mm×50 mm方管，通過柔性材料系在角點卡座上，潛水員水下用以測量最大縫寬。

5.3 相鄰方塊臨水面錯臺控制

相鄰方塊臨水面錯臺允許偏差 30 mm，設置30 mm×30 mm×30 mm方管，通過柔性材料系在角點卡座上，潛水員水下用以測量臨水面錯臺。

5.4 整體尺度及質量效果

方塊安裝整體尺度 72.51 m、前沿線偏差、縫寬、臨水面錯臺、頂面高差、垂直度等各項質量控制均滿足規范要求。

5.5 施工工效

經多個方塊安裝平均工效統計：方塊吊裝就位用時25 min，角點卡件、延伸桿、定位板等加固、調節用時25 min，方塊精安用時60 min。首日安裝3塊，其余時間可達5塊/天。扣除惡劣天氣及其他因素影響，實際有效作業天數 10天完成全部安裝任務。

6 結 語

采用平板運輸駁船、型鋼及緊張器加固方塊、全回轉起重船安裝、馬腿吊裝工藝、延伸線法定位、緊張器調節、水準儀兩方向觀測、方管控制縫寬及臨水面錯臺，在遠程駁運、無掩護淺狹水域進行方塊運輸及安裝，質量可控、施工效率高、施工期安全措施可靠，對類似工程具有一定的借鑒價值。