設(shè)備組合法安裝超寬碼頭預(yù)制構(gòu)件關(guān)鍵技術(shù)

盛健，夏國光，劉振華

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

海上安裝碼頭預(yù)制構(gòu)件多使用起重船或大型方駁吊機組直接安裝完成，但印尼萬丹豐益工業(yè)園港項目位于印度尼西亞，所在國海上起重設(shè)備資源匱乏，當(dāng)?shù)仄鹬卦O(shè)備無法直接完成項目預(yù)制構(gòu)件的安裝施工。經(jīng)過工藝的綜合必選，確定了使用1 臺70 t 專用門機和1 套250 t+5 000 t 方駁吊機組的設(shè)備組合法進(jìn)行構(gòu)件安裝。本技術(shù)使用方駁吊機組運輸構(gòu)件、安裝部分梁板及喂梁，利用改造后的專用門機完成剩余梁板的安裝。最終順利地完成了共計1 402 榀碼頭預(yù)制構(gòu)件的安裝任務(wù)。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

印尼萬丹豐益工業(yè)園港項目位于印度尼西亞共和國萬丹省Serang 攝政區(qū)Kramatwatu。碼頭采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，長度500 m，寬度40 m。引橋與碼頭平行布置，結(jié)構(gòu)寬度11～30 m。水工結(jié)構(gòu)整體最寬處達(dá)到70 m。碼頭及引橋斷面如圖1所示。

圖1 碼頭及引橋斷面圖（mm）Fig.1 Sectional drawing of the wharf and approach bridge（mm）

碼頭預(yù)制梁類共計803 榀，起重預(yù)制橫梁259 榀，預(yù)制縱梁209 榀，預(yù)制軌道梁140 榀，預(yù)制前邊梁70 榀，預(yù)制水平撐60 榀，預(yù)制靠船構(gòu)件65 榀，共計混凝土方量7 292.33 m3；預(yù)制面板共計657 榀，共計混凝土方量6 490.4 m3。其中預(yù)制梁單榀最大方量為17.1 m3，重量為42.75 t，預(yù)制面板單榀最大方量為13.2 m3，重量為33 t。構(gòu)件型號多，重量大。

1.2 自然條件

本工程海域?qū)儆诎肴栈旌铣毙汀ＴO(shè)計高水位+0.5 m；設(shè)計低水位-0.48 m；極端高水位+1.12 m；極端低水位-0.75 m。工程所在地位于赤道附近，屬于赤道無風(fēng)帶范圍，全年無臺風(fēng)等極端惡劣天氣。項目位于環(huán)抱形港灣內(nèi)部，施工基本不受長周期波浪的影響。

2 工程特點與難點

1） 構(gòu)件安裝跨距大，重量重，數(shù)量多

考慮雙側(cè)駐船情況下，最大安裝跨距仍需約35 m，對應(yīng)吊重33 t；最重構(gòu)件為軌道梁，重量約43 t，對應(yīng)安裝跨距26.5 m。構(gòu)件合計1 403 榀。

2） 碼頭禁止大型吊車作業(yè)

碼頭上有設(shè)計荷載的限制要求，最大允許設(shè)備荷載為70 t 汽車吊按照設(shè)計位置打支腿作業(yè)，業(yè)主明令禁止大型吊車上引橋及碼頭面作業(yè)。

3） 當(dāng)?shù)卮笮推鹬卮皡T乏

項目所在地印尼無常規(guī)起重船，國內(nèi)調(diào)遣設(shè)備費用高，周期長。

4） 構(gòu)件必須海上運輸

項目后方的工業(yè)園區(qū)內(nèi)不得建設(shè)預(yù)制場，構(gòu)件需海上運輸至現(xiàn)場，距離約3 n mile。

5） 疫情影響開工時間

項目實施期間，當(dāng)?shù)匾咔閲?yán)重，構(gòu)件安裝開工時間滯后，后續(xù)工期壓力大，需加快構(gòu)件安裝進(jìn)度，為項目順利交付創(chuàng)造條件。

3 構(gòu)件安裝設(shè)備選型

3.1 關(guān)鍵施工設(shè)備的確定

3.1.1 方駁吊機組選型

1） 首先按照最大起吊重量和跨距進(jìn)行計算，本項目由方駁吊機組直接安裝的最大構(gòu)件重量為43 t，對應(yīng)吊距為11 m。直接安裝的最大吊距為25.5 m，對應(yīng)吊重為27 t。經(jīng)計算復(fù)核[1]，250 t 履帶吊滿足上述吊重及吊距的要求。

2） 運輸方駁采用印尼當(dāng)?shù)爻Ｓ? 000 t 方駁，選船體可利用長度為70.1 m、船寬為21.3 m。然后對預(yù)制梁在方駁甲板上的位置進(jìn)行合理的布置。預(yù)制梁在運輸過程中，底部采用100 mm 厚木方支墊。預(yù)制板運輸時，底部采用100 mm×100 mm木方支墊，上部采用200 mm×200 mm 木方支墊。

3.1.2 專用門機選型與改造

1） 專用門機選用LG-JQ20/70 型架橋機進(jìn)行改造，該架橋機為自平衡過孔、單向架設(shè)的步履式新型架橋機。該架橋機是一種工作范圍廣、性能優(yōu)良、操作方便、結(jié)構(gòu)安全的鋼結(jié)構(gòu)軌道式預(yù)制梁吊裝架設(shè)設(shè)備[2]。該架橋機主梁長為40 m，架橋機額定起重量為70 t，滿足本項目的架設(shè)起重需求。

2） 專用門機改造選用的架橋機原設(shè)計參數(shù)為跨距20 m，起重能力70 t。改裝為專用門機后，實際使用條件為支腿間距29.5 m，最大起重量45 t。經(jīng)計算復(fù)核，滿足本項目的使用要求。同時支腿間距固定，門機使用過程中不進(jìn)行過跨施工，僅進(jìn)行平移。

3） 專用門機原高度不足，不能滿足橫梁安裝的需要。改造時在支腿處增設(shè)0.5 m 加高節(jié)，解決吊高的問題。加高節(jié)使用鋼板進(jìn)行焊接，結(jié)構(gòu)形式與架橋機原有支腿的結(jié)構(gòu)保持一致。加高節(jié)的受力經(jīng)架橋機廠家進(jìn)行復(fù)核，保證結(jié)構(gòu)安全。專用門機組拼圖見圖2。

圖2 專用門機組拼圖Fig.2 Assembly drawing of special portal crane

3.2 方駁吊機組組裝及改造

3.2.1 履帶吊加固

為加強甲板剛度，在履帶吊安裝位置處鋪設(shè)2 cm 厚鋼板，在鋼板四周及接縫處與甲板進(jìn)行焊接[3]；為避免履帶吊在作業(yè)時發(fā)生移位，出現(xiàn)安全隱患，履帶吊采用H300 mm×150 mm 型鋼固定，共設(shè)置6 道封固。兩側(cè)履帶前后位置各1 道，兩履帶內(nèi)側(cè)底盤處各封固1 道；并在2 條履帶前后各設(shè)置車檔，H 型鋼均與加強鋼板焊接。

3.2.2 方駁錨系改造

現(xiàn)有的5 000 t 方駁上僅有1 口錨機，位于船舶左后方；為保證在T 梁安裝過程中的船舶穩(wěn)定，并實現(xiàn)船舶精確定位，在船舶的左前、右前、右后方位共增加3 口錨機，每口錨機均配置1 個1 t的海軍錨；同時在對應(yīng)2 臺250 t 履帶吊的船舷處安裝2 臺3 t 卷揚機，用于收緊纜繩，調(diào)整方駁與碼頭前沿之間的距離。

3.3 吊裝架制作

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，碼頭構(gòu)件種類繁多，為適應(yīng)多種構(gòu)件吊裝施工，提高施工效率，設(shè)計了多功能吊裝架。吊裝架主體采用鋼箱梁焊接結(jié)構(gòu)，吊耳采用鋼板并進(jìn)行必要的局部加強。多功能吊裝架三維加工圖見圖3。

圖3 多功能吊裝架三維加工圖Fig.3 Three-dimensional processing drawing of multifunctional hoisting frame

將專用門機2 臺提梁吊杠通過吊裝架組裝成一體。在吊架上部設(shè)置4 個吊耳，下部設(shè)置8 個吊耳，其中下部2 組吊點成45°，解決鋼絲繩轉(zhuǎn)向的問題。吊耳上可同時懸掛4 種不同尺寸的鋼絲繩，來滿足不同梁板吊裝的要求[4]。在吊裝一種類型梁板時，不需解除其他鋼絲繩，提高現(xiàn)場安裝效率。

該吊裝架設(shè)計完成后，其總高度為1.3 m，最大吊裝能力為59 t，安裝梁板的預(yù)埋吊點間距為0.9～6 m。同時，在整體吊裝高度不足4 m 的情況下，有效地解決了最大預(yù)制高度1.6 m 橫梁的安裝需要。

4 設(shè)備組合法安裝預(yù)制構(gòu)件流程

4.1 安裝施工準(zhǔn)備

4.1.1 專用門機與方駁吊機安裝構(gòu)件劃分

在碼頭區(qū)域沉樁前，引橋的預(yù)制T 形梁等構(gòu)件已安裝完成。

方駁吊機組負(fù)責(zé)完成門機外側(cè)梁板安裝，并為專用門機提供梁板。其余構(gòu)件由專用門機進(jìn)行安裝。根據(jù)本項目實際，碼頭每跨由專用門機安裝的構(gòu)件為4 榀梁及3 塊面板。其余構(gòu)件由方駁吊機組在碼頭兩側(cè)駐位完成安裝。

4.1.2 專用門機試拼

專用門機改造完成后，在陸域平整場地進(jìn)行試拼。門機安裝條件與海上施工作業(yè)條件類似。使用配重模擬本項目最大荷載情況，復(fù)核門機跨中撓度變化。經(jīng)驗證，跨中撓度為12 mm，滿足計算復(fù)核撓度不大于20 mm 的要求。

4.2 方駁吊機組施工過程

4.2.1 出運碼頭預(yù)制構(gòu)件裝船

方駁吊機組在出運碼頭將構(gòu)件裝船后運輸至現(xiàn)場安裝。構(gòu)件使用平板車倒運至現(xiàn)場，使用方駁上的250 t 履帶吊直接起吊并臨時存放于方駁上。預(yù)制梁在運輸過程中，底部采用100 mm 厚木板支墊。預(yù)制板運輸時，底部采用100 mm×100 mm 木方支墊，上部采用200 mm×200 mm 木方支墊。

方駁作為梁板運輸、儲存及安裝平臺，一次可裝運預(yù)制構(gòu)件70 榀。方駁吊機駐位圖見圖4。

圖4 方駁吊機在出運碼頭駐位圖Fig.4 Square barge stationed at the shipping terminal

4.2.2 預(yù)制構(gòu)件運輸及安裝

待設(shè)計裝駁數(shù)量的梁板裝駁完成并加固后，用820.6 kW（1 100 HP）拖輪拖方駁到施工現(xiàn)場駐位等待安裝。運輸過程中要有專人負(fù)責(zé)檢查木楔加固情況，防止松動。當(dāng)風(fēng)力大于5 級、波高大于0.5 m 時禁止作業(yè)。

抵達(dá)安裝位置后，方駁吊機組平行碼頭駐位，250 t 履帶吊靠近碼頭前沿，海側(cè)拋錨2 口，靠近碼頭位置拋錨2 口，形成八字纜，用錨機通過4條纜繩移動方駁位置。

在專人指揮下，履帶吊慢速起鉤并扒桿角度，使鋼絲繩受力均勻，并使預(yù)制梁能夠垂直起吊。檢查錨纜情況及梁的傾斜情況，調(diào)整后繼續(xù)起鉤，然后降低扒桿，使預(yù)制梁軸線與安裝軸線重合，當(dāng)梁底接觸支座后迅速落穩(wěn)[5]。

此部分梁板安裝完成后，立即進(jìn)行節(jié)點及板縫的施工，為門機提供施工作業(yè)面。

4.3 專用門機施工過程

4.3.1 專用門機布置

專用門機橫移軌道分別放置在引橋T 形梁中心和碼頭前沿位置的縱梁正上方的板縫處，對應(yīng)位置的接縫需澆筑完成并達(dá)到設(shè)計強度。

門機軌道配置長度為36 m 并周轉(zhuǎn)使用。橫移軌道底部使用枕木或鋼架支墊并使用水平儀調(diào)平。軌道下兩支點之間的距離最大不應(yīng)超過1 m，支墊時每個支點承載力不小于40 t，橫移軌道兩頭端部的支墊承載力不得小于60 t。專用門機安裝構(gòu)件圖見圖5。

圖5 專用門機安裝構(gòu)件圖Fig.5 Installation component diagram of special portal crane

4.3.2 專用門機安裝與拆除

專用門機的組件使用方駁吊機組運輸至現(xiàn)場，吊車現(xiàn)場配合安裝。

按照軌道→支腿→主梁→提梁小車→配件的順序，將專用門機安裝在已具備工作面的碼頭和引橋上[6]。安裝重點控制支墊的間距、軌道的平整度、2 條軌道的高差等滿足設(shè)計要求。

全部構(gòu)件安裝完成后，拆除專用門機，拆除順序按照安裝順序逆序進(jìn)行。重點控制拆除過程各構(gòu)件的穩(wěn)定性和吊裝安全[7]。

4.3.3 專用門機安裝構(gòu)件

1） 方駁吊機喂梁。使用專用門機安裝的構(gòu)件，利用方駁吊機組將其放置在門機覆蓋范圍之內(nèi)。

2） 構(gòu)件臨時放置。構(gòu)件放置的臨時位置與安裝位置保持同一軸線。構(gòu)件的放置位置支墊牢固，預(yù)制梁板構(gòu)件只能放置1 層。所有構(gòu)件臨時放置時均在專用門機中托內(nèi)側(cè)，底部用200 mm×200 mm 木方進(jìn)行支墊，且放置位置不能影響專用門機的移動。擱置面有甩筋位置處用150 mm×（250+300）mm×1 500 mm 木方進(jìn)行支墊。預(yù)制橫梁臨時擱置圖見圖6。

圖6 預(yù)制橫梁HL3 臨時擱置圖Fig.6 Temporary shelving diagram of prefabricated beam HL3

3） 門機橫移取梁。專用門機橫移取梁，行駛到需安裝構(gòu)件的正下方后，停止橫移。

4） 提梁小車移動安裝。橫移停止后，通過吊裝架將構(gòu)件與提梁小車連接，使用提梁小車將構(gòu)件吊起并安裝至指定位置。在起吊時應(yīng)緩慢，避免過急、過猛或突然急剎，起吊后移動吊物，必須采用牽引繩。通過拉動牽引繩避免構(gòu)件發(fā)生旋轉(zhuǎn)，降落時必須等到吊物降到人員頭部以下時，方能靠近扶持吊物[8]。

4.4 設(shè)備組配合施工

4.4.1 梁板安裝及節(jié)點施工順序

施工過程中，在專用門機負(fù)責(zé)安裝的區(qū)域內(nèi)，縱橫梁及面板同步安裝，橫縱梁節(jié)點待面板安裝完成后澆筑。減少門機的往復(fù)行駛，提升施工效率。

4.4.2 設(shè)備組合安裝優(yōu)先順序

通過方駁吊機喂梁，專用門機精準(zhǔn)安裝的方式，保證構(gòu)件安裝的連續(xù)性。方駁吊機組完成前沿的梁板安裝后，作為梁板的運輸船。運輸梁板可直接放置于指定位置，吊裝完成后即可返回進(jìn)行下一船構(gòu)件的運輸，而專用門機接續(xù)完成相應(yīng)剩余的安裝工作，有效地保證了設(shè)備的流水施工和連續(xù)作業(yè)。

5 應(yīng)用效果

5.1 吊裝效果

1） 采用專用門機+方駁吊機組的設(shè)備組合法施工，解決了印尼當(dāng)?shù)仄鹬卮皡T乏的困難，充分發(fā)揮了設(shè)備各自的性能優(yōu)勢，保證了項目梁板安裝順利完成。

2） 250 t+5 000 t 方駁吊機組除了作為梁板安裝船外，同時也作為構(gòu)件運輸船。而門機則接續(xù)完成后續(xù)的安裝工作，極大地提高了現(xiàn)場的施工效率。

3） 使用自有架橋機改造為專用門機，僅需在軌道上進(jìn)行橫移作業(yè)。水上安裝轉(zhuǎn)換為陸上安裝，不受現(xiàn)場海況影響，安裝精度高，速度快。

4） 多功能吊裝架設(shè)計合理，可滿足安裝所需全部構(gòu)件的安裝需求，施工過程中無需拆裝吊裝架，施工效率高。

5.2 經(jīng)濟性

通過方案的比選和優(yōu)化，節(jié)約大型起重設(shè)備的調(diào)遣租賃費用，有效縮短安裝工期，減少投入242.5 萬元，取得了良好的經(jīng)濟效益。

6 結(jié)語

1） 本技術(shù)成功應(yīng)用于印尼萬丹豐益工業(yè)園港項目，解決了印尼當(dāng)?shù)仄鹬卮皡T乏的困難，充分發(fā)揮了設(shè)備性能優(yōu)勢，保證了項目的順利實施。采用該工藝，安全高質(zhì)量地完成了構(gòu)件安裝任務(wù)，具有較高的綜合效益。對類似超寬碼頭工程的梁板安裝施工具有重要的參考意義。

2） 本關(guān)鍵技術(shù)適用于構(gòu)件無法陸上運輸至現(xiàn)場的情況，對于預(yù)制構(gòu)件可通過陸上運輸?shù)捻椖浚芯渴褂寐膸У趸蜷T機直接安裝的方案。

3） 專用門機的改造和受力計算需由專業(yè)的廠家進(jìn)行復(fù)核，保證門機使用工況發(fā)生變化后的本質(zhì)安全。