鞍鋼方塊碼頭改造技術(shù)

萬建軍，單勤，劉君，計(jì)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(shù)

萬建軍，單勤，劉君，計(jì)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(dá)到?？扛髧嵨淮暗哪康?。由于港池開挖使原碼頭暗基床變?yōu)槊骰?，需要對基床進(jìn)行清淤灌漿加固；使用超大規(guī)格的漂浮型橡膠護(hù)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(hù)舷規(guī)格為5m×6.5m，為目前國內(nèi)最大規(guī)格的漂浮型橡膠護(hù)舷?；补酀{和橡膠護(hù)舷的效果良好，滿足了預(yù)期的使用要求。

碼頭改造；清淤；基床灌漿；漂浮型橡膠護(hù)舷

0　引言

鞍鋼碼頭隸屬于鞍鋼國貿(mào)營口港務(wù)有限公司，位于營口市鲅魚圈區(qū)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(yè)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)穩(wěn)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?yōu)槊骰?，為了防止松散狀態(tài)的基床塊石被水流沖刷、掏空，需要對基床進(jìn)行灌漿加固。為了防止船舶底部碰觸明基床，加裝超大規(guī)格護(hù)舷確保船舶與碼頭基床的安全距離。碼頭改造標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖1。

圖1　碼頭改造標(biāo)準(zhǔn)斷面圖Fig.1　Por t renovation standard section

1　工程特點(diǎn)分析

1.1基床灌漿

本碼頭建成使用已6 a，回淤嚴(yán)重，基床塊石間已被淤泥填充?；睬逵偈欠駨氐资谴a頭加固成功的關(guān)鍵。水下灌漿受海浪潮水影響大，灌漿時(shí)砂漿從基床底部逐漸升高至基床頂面，需要灌漿設(shè)備具有很大的壓力，增大壓力的同時(shí)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(shè)注漿管和觀察管實(shí)現(xiàn)的，必須使用多種直徑鉆桿、導(dǎo)管，施工工藝復(fù)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(dòng)性；同時(shí)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(dòng)性和不離散性。

1.2漂浮型橡膠護(hù)舷制造和拆裝

該工程漂浮型橡膠護(hù)舷設(shè)計(jì)僅給出尺寸和相關(guān)受力要求，未明確具體材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式，國內(nèi)沒有相關(guān)的生產(chǎn)制作先例，需要組織生產(chǎn)廠家進(jìn)行二次設(shè)計(jì)。碼頭投用后，考慮不同噸位（1.5萬～ 4萬t）船舶的?？恳?，加裝的護(hù)舷需頻繁進(jìn)行安裝和拆卸作業(yè)，必須具有便利的安裝和拆卸性。同時(shí)考慮東北地區(qū)冬季特性和操作人員的安全，業(yè)主要求拆裝過程在碼頭前沿陸上完成，無下水作業(yè)。

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(shè)計(jì)→施工準(zhǔn)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(shè)→基床灌漿。

2.1.1試驗(yàn)段施工參數(shù)

大面積施工前首先進(jìn)行了試驗(yàn)段典型施工，通過試驗(yàn)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(shù)，優(yōu)化了施工工藝。

為了保證砂漿的流動(dòng)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(dá)到了很好的效果[1]。砂漿配合比技術(shù)參數(shù)：流動(dòng)度30～40 s，初凝時(shí)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(jìn)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(gè)別區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)拋，然后再用二片石進(jìn)行理坡，直至形成設(shè)計(jì)斷面。

基床理坡完成后進(jìn)行基床表面清淤，由潛水員使用高壓水槍進(jìn)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(zhǔn)。

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(jù)砂漿在水下的擴(kuò)散半徑和趨勢及基床塊石間清淤要求確定。

根據(jù)試驗(yàn)段典型施工經(jīng)驗(yàn)，比較灌漿和清淤的影響范圍，發(fā)現(xiàn)砂漿的擴(kuò)散范圍可達(dá)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(cè)封閉性好，而靠海側(cè)封閉性相對較差，方塊前趾處基床清淤難度大，且灌漿時(shí)砂漿有向海側(cè)流動(dòng)的趨勢，為了保證整個(gè)基床（尤其前趾處）的清淤和灌漿質(zhì)量，將鉆孔位置向碼頭前沿一側(cè)方向進(jìn)行了調(diào)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(biāo)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(jī)為動(dòng)力源，鉆機(jī)安放在施工平臺(tái)上。鉆進(jìn)過程通過高壓風(fēng)將淤泥及鉆渣吹出，達(dá)到清淤效果。鉆孔施工步驟：

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

第二步：鉆至設(shè)計(jì)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(nèi)。

第四步：注漿管或觀察管在灌漿時(shí)逐步拔出。

2.1.4基床塊石間清淤

鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，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(jié)束后繼續(xù)供氣，當(dāng)翻滾出水面的水花變清澈時(shí)方可停止供氣，保證處理范圍內(nèi)淤泥清除徹底。

2.1.5土工布鋪設(shè)

為保證灌漿區(qū)域形成密閉系統(tǒng)，防止漏漿，并考慮灌漿時(shí)的壓力，需要在基床坡肩、頂面、坡腳范圍內(nèi)鋪設(shè)土工布，碼放砂袋。

由潛水員進(jìn)行土工布鋪設(shè)和砂袋碼放，土工布搭接長度不小于1.5 m，沙袋數(shù)量為8個(gè)/m2。重點(diǎn)保證坡腳及搭接位置壓設(shè)質(zhì)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(shè)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(shí)間是控制灌漿質(zhì)量的關(guān)鍵。通過總結(jié)試驗(yàn)段施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)基床塊石間砂漿填充飽滿后，砂漿泵電流表和壓力表讀數(shù)會(huì)隨之變大，據(jù)此控制拔管時(shí)間。

實(shí)測的兩次提管時(shí)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(jì)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(jìn)行探摸，并用測繩測量觀察管內(nèi)砂漿高度，以此輔助控制灌漿時(shí)間和灌漿量。

2.2漂浮型橡膠護(hù)舷的選型與使用

2.2.1選型

設(shè)計(jì)要求施工單位組織生產(chǎn)廠家對漂浮型橡膠護(hù)舷進(jìn)行二次設(shè)計(jì)；業(yè)主要求漂浮型橡膠護(hù)舷在使用過程中，工作人員能在岸上進(jìn)行安裝和拆卸操作。漂浮型橡膠護(hù)舷均由碼頭前沿的40 t門機(jī)進(jìn)行安拆。

根據(jù)業(yè)主及設(shè)計(jì)的要求，對漂浮型橡膠護(hù)舷的生產(chǎn)廠家和使用單位進(jìn)行考察，比選以下3個(gè)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(hù)舷出現(xiàn)過火災(zāi)事故，首先從使用安全性和耐久性方面對材質(zhì)進(jìn)行選擇，確定使用橡膠材質(zhì)。同時(shí)經(jīng)過考察了解到國內(nèi)最大的橡膠硫化罐尺寸為φ4 000mm×L7 000 mm，可制作出單體護(hù)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(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸，又能在現(xiàn)有條件下生產(chǎn)制造，且運(yùn)輸方便。為了降低漂浮型橡膠護(hù)舷的總重，保證業(yè)主門機(jī)吊裝的安全性，在護(hù)舷內(nèi)填充EVA泡沫材料，將總重量控制在32 t以內(nèi)。

最終決定采用方案3組合型漂浮型橡膠護(hù)舷。

2.2.2組合型漂浮型橡膠護(hù)舷的結(jié)構(gòu)組成

單套護(hù)舷的具體構(gòu)成：大靠球φ3 500 mm× L6 500 mm，重約13 t，數(shù)量1個(gè)；小靠球φ750 mm×L1 500 mm，重約310 kg，數(shù)量51個(gè)；鏈條φ16，總長約為200 m（含膠管約200 m）；漂浮型橡膠護(hù)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(hù)舷效果圖見圖3。

2.2.3理論計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證

漂浮型橡膠護(hù)舷選型完成后，對護(hù)舷結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力驗(yàn)算，并制作模型進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，對護(hù)舷的安裝方式進(jìn)行了多次優(yōu)化。

1）有限元計(jì)算分析

根據(jù)有限元的受力分析，護(hù)舷的受力和變形均能滿足設(shè)計(jì)要求。

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

2）試驗(yàn)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證組合結(jié)構(gòu)形式的受力特性，組織廠家按照員：5比例制作模型進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求。

2.2.4安裝

護(hù)舷安裝由3種鏈條和纜繩完成，分別為吊裝護(hù)舷用φ52錦綸纜繩，使用過程錨固護(hù)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(hù)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(hù)舷安裝示意圖Fig.4　Floating rubber fender installation

1）把鏈條的D端與護(hù)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(gè)卸扣，緩緩下放使其穿過碼頭岸壁上的拉環(huán)，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(jī)通過φ52的纜繩將護(hù)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(huán)上。

與之相反過程即可實(shí)現(xiàn)漂浮型橡膠護(hù)舷的拆卸操作。為了方便漂浮型橡膠護(hù)舷的安拆，每次安裝和拆卸后在2個(gè)錨鏈拉環(huán)間預(yù)留連接纜繩，為下次作業(yè)提供方便。

上述安裝和拆卸方案，解決了業(yè)主提出的“操作人員不下水進(jìn)行安拆作業(yè)”的要求。根據(jù)現(xiàn)場測算，安裝和拆卸過程用時(shí)均在10 min內(nèi)，操作方便、快捷。

2.2.5使用與日常維護(hù)

漂浮型橡膠護(hù)舷在裝運(yùn)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(jī)溶劑等物質(zhì)相接觸，距發(fā)熱裝置1m以外。

漂浮型橡膠護(hù)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(fēng)、暴風(fēng)雪等極端天氣應(yīng)將護(hù)舷提出水面，放置庫房存儲(chǔ)。

護(hù)舷提出水面后，應(yīng)放置在專用護(hù)舷支座上，以保證在碼頭前沿放置的穩(wěn)定性。

3　效果檢查與評價(jià)

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(jié)合的方式對灌漿效果進(jìn)行檢測。鉆芯取樣在水下灌漿全部完成后28 d進(jìn)行，共隨機(jī)在基床頂、坡面抽取了5點(diǎn)[2]。

水下攝像結(jié)果顯示，基床頂部、坡面均被水泥砂漿完整覆蓋。鉆芯取樣結(jié)果顯示，砂漿充分填充在塊石之間，且與塊石膠結(jié)良好，形成完整的結(jié)合體；對圓柱體芯樣試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測，最小值為30.7 MPa，滿足設(shè)計(jì)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(gè)沉降位移觀測點(diǎn)，施工期間每天進(jìn)行觀測，結(jié)果顯示，基槽開挖至未灌漿期間，碼頭發(fā)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(wěn)定，不再發(fā)生變化，說明碼頭已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，基床加固效果良好[3]。

3.2漂浮型橡膠護(hù)舷使用效果

漂浮型橡膠護(hù)舷投入使用1個(gè)月時(shí)間內(nèi)，經(jīng)歷了4次強(qiáng)風(fēng)大浪過程，平均每天?？?萬t船舶1艘，安裝拆卸達(dá)30余次。安裝拆卸操作便利，安裝和拆卸時(shí)間均在10 min之內(nèi)，完全滿足預(yù)期的使用要求。

4　結(jié)語

通過多次試驗(yàn)和現(xiàn)場典型施工得出了適合本工程的壓力灌漿施工參數(shù)和水泥砂漿配合比，現(xiàn)場實(shí)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(qiáng)度和密實(shí)性。與護(hù)舷生產(chǎn)廠家聯(lián)合進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)，為本工程生產(chǎn)安裝了目前國內(nèi)最大規(guī)格的漂浮型橡膠護(hù)舷，采用了方便快捷的裝拆工藝，滿足了靠泊和運(yùn)營維護(hù)時(shí)反復(fù)裝拆的使用要求。

鞍鋼碼頭改造工程的順利實(shí)施為業(yè)主創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，工程工期短、投產(chǎn)快，具有很高的社會(huì)效益，可為類似的老碼頭改造加固和碼頭擴(kuò)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(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[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(jiān)測方法[J].水運(yùn)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(yè)。E-mail：755841609@qq.com