遲速,姜興偉
(中交一航局第五工程有限公司,河北 秦皇島 066002)
茂名港吉達(dá)港區(qū)東二港池1 號、2 號液體散貨泊位工程[1]為蝶形布置形式,如圖1 所示,重力墩式圓沉箱共安裝15 座,單件沉箱重量2 022 t,沉箱高度為19.4 m。外直徑15.0 m(外趾直徑18.0 m),外墻寬度450 mm(頂部寬度850 mm),底板厚度1 000 mm,隔墻寬度250 mm,呈十字形布置,共4 個倉格。沉箱安裝設(shè)計底高程-16.0 m,頂高程+3.4 m。
圖1 碼頭模型圖Fig.1 Model diagram of the wharf
在茂名港吉達(dá)港區(qū)東二港池1 號、2 號液體散貨泊位工程沉箱安裝過程中,經(jīng)對安裝精度控制方法進(jìn)行研究,制定了相應(yīng)的控制措施,大幅度提高了安裝精度。此類沉箱安裝施工工藝在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用,但在外海無遮掩水域環(huán)境下進(jìn)行重力式碼頭[2]圓沉箱安裝應(yīng)用較少。
1) 潮汐及水位
①基準(zhǔn)面關(guān)系
基面關(guān)系:高程基面采用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妗?/p>
茂名港的理論最低潮面在中國85 國家高程基準(zhǔn)下1.18 m。
②潮汐及設(shè)計水位
本海區(qū)潮汐類型屬不規(guī)則半日潮,一般潮差約1.0~1.5 m。
工程設(shè)計水位如下:
設(shè)計高水位:3.32 m;設(shè)計低水位:0.46 m;極端高水位:4.75 m;極端低水位:-0.44 m。
③乘潮水位
歷時2 h 保證率90%的乘潮水位為1.90 m。
2) 波浪
1 號、2 號泊位重現(xiàn)期10 a 一遇設(shè)計波浪要素如表1 所示。
表1 碼頭前沿設(shè)計波浪要素表Table 1 Wave elements of wharf front design
3) 海流
工程海域潮流呈往復(fù)流,灣內(nèi)漲潮流自東向西,落潮流自西向東;工程附近海域大潮平均流速約0.13 m/s,最大流速約0.25 m/s。
本項目地處亞熱帶季風(fēng)氣候帶,4—5 月受西南季風(fēng)、10—11 月受東北季風(fēng)影響較為嚴(yán)重,每年臺風(fēng)集中在6—9 月,施工水域波長較長(一般為20~30 m),波周期長(一般為9~10 s),涌浪高度多數(shù)為0.6 m以上,每月有效施工時間僅有10 d。
本工程屬于外海無掩護(hù)施工水域,相鄰在建防波堤工程未對本工程形成有效掩護(hù),因此給海上安裝帶來很大困難[3]。
圓沉箱倉格呈十字形布置,沉箱安裝雙定位控制尤為重要,一是保證沉箱中心位置準(zhǔn)確,二是控制十字隔墻軸線方向,以免軸線位置偏差過大造成上部預(yù)制蓋板無法安裝,影響碼頭前沿線控制。
獨立墩式沉箱安裝無任何有利依托,如何保證沉箱安裝精度是本項目最大難點。經(jīng)研究討論,采用600 t 起重船吊浮[4-5]沉箱出駁、安裝,1 200 t自航駁輔助定位,如圖2 所示,雙GPS 進(jìn)行沉箱中心位置以及軸線位置精準(zhǔn)控制。
圖2 起重船助浮沉箱安裝圖Fig.2 Installation of crane ship assisted floating caisson
4.1.1 沉箱吊點設(shè)置
沉箱吊點選用八點吊。本項目沉箱隔墻寬度為750 mm,施工水域海況較差,沉箱上下起伏易造成單點應(yīng)力集中,易造成沉箱隔墻損壞現(xiàn)象,八點吊受到的影響較??;采用八點吊降低了吊環(huán)直徑及重量,便于沉箱預(yù)制施工,同時沉箱吊裝時水平受力方向與沉箱隔墻平行,易于隔墻受力且便于吊裝施工。
4.1.2 吊裝材料選擇
吊裝材料選用吊裝帶。本項目施工水域海況較差,隨起重船鉤頭上下起伏晃動較大,直徑120 mm 鋼絲繩自重較大,不利于起重工人掛鋼絲繩,而吊裝帶自重較輕,方便起重人員掛鉤,操作方便、安全性高,不易對工人造成傷害。
4.1.3 吊裝鉤頭選擇
吊裝鉤頭采用單鉤。本項目為圓形沉箱,起重船、方駁雙定位,單鉤吊裝易轉(zhuǎn)動,便于調(diào)整沉箱安裝角度。
4.1.4 起重船的選擇
起重船采用600 t 起重船。600 t 起重船船長為73.8 m,船寬為26.6 m,平行于波浪方向駐位,抵抗風(fēng)浪能力更強(qiáng),同時600 t 起重船可兼顧預(yù)制蓋板安裝施工。
沉箱出運安裝前報請總包、監(jiān)理、業(yè)主單位共同確認(rèn)出運條件,如圖3 所示,并留檢查記錄,確定沉箱出運安裝作業(yè)窗口期條件為有義波高小于1.5 m,風(fēng)力小于6 級,超過作業(yè)窗口期條件不允許施工作業(yè)。
圖3 過程檢查Fig.3 Process check
4.3.1 沉箱安裝粗定位
起重船吊浮沉箱至待安裝基床上方,如圖4所示,船長與波浪方向平行駐位,減小沉箱安裝過程中的起浮晃動。打開截門注水下沉。沉箱底面距基床頂面1.0 m 時暫停,使用1 臺GPS 對沉箱中心位置進(jìn)行粗定位。
圖4 起重船吊浮沉箱粗定位Fig.4 Coarse positioning of the floating caisson lifted by the crane
4.3.2 沉箱安裝精準(zhǔn)定位
粗定位調(diào)整后,繼續(xù)加壓載水,測量按四點監(jiān)控沉箱頂面高程,確保高差小于5 cm[6],當(dāng)沉箱下沉至基床頂面30 cm 時關(guān)閉進(jìn)水截門,進(jìn)行沉箱位置精確調(diào)整。此時,起重船吊浮沉箱50 cm,吊重約90 t,受涌浪影響實際吊力控制在120~180 t,避免因沉箱起浮晃動對基床、吊索具及沉箱隔墻造成損壞。
采用雙GPS 配合船舶精確調(diào)整沉箱位置,即2 臺GPS 布設(shè)于平行碼頭前沿的沉箱隔墻上,通過相對偏位建立控制線,1 臺GPS 控制沉箱中心位置,1 臺GPS 控制沉箱軸線位置,如圖5 所示。
圖5 雙GPS 精準(zhǔn)定位控制Fig.5 Dual GPS precise positioning control
起重船收放錨纜精確調(diào)整沉箱中心位置,以沉箱頂口預(yù)埋吊環(huán)為輔助,一側(cè)與起重船船首交叉牽牛纜連接,另一側(cè)定位駁輔以手拉葫蘆連接,從而調(diào)整軸線位置,如圖6 所示。沉箱精準(zhǔn)定位后起重船落鉤,沉箱迅速落座在基床上。
圖6 起重船與定位駁精準(zhǔn)定位沉箱Fig.6 Precise positioning of caisson by crane and positioning barge
4.3.3 沉箱復(fù)測
沉箱落座平穩(wěn)后,復(fù)測頂標(biāo)高和位置。若位置偏差較大可通過起重船助浮重新調(diào)整安裝。沉箱安裝位置復(fù)測合格后[7],再次打開各倉進(jìn)水截門,各倉格均勻注水與海面齊平,避免沉箱受涌浪沖擊造成位移,沉箱安裝完成后的效果如圖7所示。
圖7 沉箱安裝效果圖Fig.7 Effect of caisson installation
1) 現(xiàn)場合理組織船機(jī),合理分段施工,將基床拋石、基床打夯、基床整平、沉箱安裝工序形成有效流水作業(yè),相互銜接緊湊,減少工序交接的閑置時間,確保施工質(zhì)量。
2) 重視基床拋填石料質(zhì)量把控,安排專職人員進(jìn)行現(xiàn)場石料質(zhì)量管理,確保滿足設(shè)計、規(guī)范要求,嚴(yán)格執(zhí)行分層拋填,拋填厚度不超過2 m,選用夯錘滿足規(guī)范要求,打夯過程嚴(yán)格控制,確保夯沉量滿足規(guī)范要求。
3) 根據(jù)施工經(jīng)驗,基床預(yù)留沉降量,使沉箱在施工荷載過程中產(chǎn)生的變形趨向符合設(shè)計要求。
4) 基床整平過程嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行,對塊石間不平整部分,用二片石整平。
5) 沉箱出運前,須對沉箱的實體質(zhì)量(強(qiáng)度、混凝土抗氯離子滲透性等指標(biāo))進(jìn)行檢測。沉箱安裝前,安排潛水員進(jìn)行基床頂面檢查,確?;矝]有回淤,若回於沉積物不滿足規(guī)范要求需組織清理后才安裝。
6) 沉箱安裝前對測量控制系統(tǒng)進(jìn)行校核,通過GPS 控制沉箱4 個角點,實時核對位置以及傾斜度。
1) 在船舶一側(cè)掛滿輪胎,防止沉箱靠向船舶過程中與船舶發(fā)生直接的碰撞。
2) 施工過程注意漲落潮及風(fēng)浪對安裝施工的影響,加強(qiáng)對漲落潮及風(fēng)浪的觀測,逐部積累其對施工的影響規(guī)律。
3) 注水過程要調(diào)整好沉箱的底板面與基床倒坡一致,防止沉箱著床時挫壞基床。
4) 就位后要仔細(xì)檢查安裝位置及安裝高程,若出現(xiàn)不平,即時進(jìn)行調(diào)整或重新安裝。
5) 沉箱安裝完成后,在沉箱頂部的4 個角點位置設(shè)置沉降、位移觀測點,觀測沉箱內(nèi)未進(jìn)行填料前與回填后的變形情況,發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告。在安裝后7 d 內(nèi)每日測量1 次。
6) 在沉箱頂設(shè)置彩旗和夜間警示燈,提醒過往船只,以防止碰撞沉箱。
7) 沉箱安裝完成穩(wěn)定后,經(jīng)過2 次低潮復(fù)測合格后,拆除進(jìn)水閥門,采用土工布包裹的混凝土塞封死進(jìn)水孔。
8) 安裝好沉箱要盡快進(jìn)行箱格內(nèi)填料回填。
本工程面對外海無掩護(hù)條件下、長周期波等諸多不利因素,通過采取控制措施,15 座沉箱均一次性安裝到位,施工方案技術(shù)可行,安全可靠。
本工程沉箱安裝設(shè)計允許偏差為15 cm[8],通過“雙定位”控制,沉箱中心點位置最大偏差12 cm,其余偏差均≤10 cm,沉箱軸線位置最大偏差為11 cm,達(dá)到了沉箱精準(zhǔn)安裝的預(yù)期效果,沉箱安裝偏差見圖8。
圖8 沉箱安裝偏差圖Fig.8 Deviation diagram of caisson installation
沉箱安裝施工自2022 年3 月8 日—6 月15日,歷時99 d,與拖輪拖帶安裝工藝相比工期提前了整整30 d,減少了起重船、半潛駁等設(shè)備費用約300 萬元。
本工程施工水域海況極差,業(yè)主對質(zhì)量要求較高,難度較大,經(jīng)過一系列的核算和總結(jié),找到適合本工程的施工方法,最終達(dá)到成本最低、工期最短、安全系數(shù)最高、對環(huán)境影響最小的綜合效果,同時也為將來施工類似工程積累一定的相關(guān)經(jīng)驗。該方法具有技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、質(zhì)量可控、效率高、投入低的特點,在后續(xù)類似水工項目中均具有較高的推廣應(yīng)用前景。
沉箱安裝作為碼頭主體建設(shè)最重要工序之一,其施工質(zhì)量關(guān)乎整個碼頭施工的安全,通過對沉箱安裝工藝的研究,有效地縮短了施工時間,節(jié)約了施工成本。為后續(xù)外海無掩護(hù)施工水域沉箱安裝提供了寶貴經(jīng)驗,并可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。