復(fù)雜施工環(huán)境下的進(jìn)水塔安裝

于文津，楊連佼

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

引 言

位于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的海外工程，施工條件普遍較差。如果再遇到惡劣的自然環(huán)境，施工就相當(dāng)困難。若按常規(guī)施工方法，成本將急劇增加。本例在近海施工一條取水管涵，海側(cè)端頭部分安裝一個(gè)預(yù)制進(jìn)水塔。其中進(jìn)水塔的安裝施工難度最大，具體有兩點(diǎn)：

1）現(xiàn)場不具備先整體預(yù)制，后采用大型起重船一次安裝就位的條件；

2）現(xiàn)場不具備常規(guī)浮運(yùn)安裝的條件。

項(xiàng)目部經(jīng)過對(duì)多種方案比較、研究，最后創(chuàng)新性的采用了半浮運(yùn)、半吊裝的方法，花費(fèi)了最小成本成功解決了安裝難題。

1 工程概況

本工程位于印度尼西亞Batam島，為新建燃煤電廠的取水工程。主要包括兩部分：陸上段和海上段。

陸上段采用現(xiàn)澆混凝土管涵型式，管涵單節(jié)長度 10 m，管節(jié)之間設(shè)置橡膠止水帶連接。引水管設(shè)計(jì)底高程-4.2 m，單節(jié)管涵高 3.2 m、寬5.9 m，設(shè)置雙孔（每孔2 200 mm×2 200 mm），壁厚500 mm。施工采用陸上開挖基坑，現(xiàn)澆施工。

水上段包括引水管和進(jìn)水塔。引水管采用預(yù)制混凝土沉管型式，管涵單節(jié)長度 6.38 m，高度3.0 m，寬度 5.6 m，壁厚 400 mm。沉管水下安裝，并通過管節(jié)之間的密封橡膠圈進(jìn)行止水，單件重120 t。

進(jìn)水塔采用圓形鋼筋混凝土沉箱型結(jié)構(gòu)，壁厚400 mm，底板厚500 mm。直徑9.8 m，頂高程-5.9 m，底高程-16.45 m。在高程-6.9～-9.5 m范圍沉箱側(cè)面安裝銅合金進(jìn)水格柵。整個(gè)進(jìn)水塔重900 t。進(jìn)水塔底采用1 m厚的塊石基床，安裝進(jìn)水塔完成后拋填護(hù)肩塊石，確保其穩(wěn)定。

2 施工技術(shù)難點(diǎn)及解決思路

2.1 施工技術(shù)難點(diǎn)

1）工期緊，施工條件差

燃煤電廠調(diào)試、發(fā)電需要用水。整個(gè)取水設(shè)施開工較晚，導(dǎo)致取水設(shè)施工期只有3個(gè)月。印尼當(dāng)?shù)丶葻o大型水上起重設(shè)備，又無專業(yè)的預(yù)制、浮運(yùn)安裝單位，施工條件差。

2）出運(yùn)、落駁和安裝難度大

進(jìn)水塔底部基床頂高程為-15.45 m，須水上安裝。結(jié)合有限的現(xiàn)場條件和貧乏的施工資源，進(jìn)水塔的出運(yùn)、落駁和水上安裝，難度很大。

2.2 解決思路

因工期緊張，現(xiàn)場條件有限，我部首先與設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通，通過優(yōu)化將進(jìn)水塔由 900 t減小為500 t左右。同時(shí)將進(jìn)水塔頂板改為預(yù)制、二次安裝，塔體重量進(jìn)一步減小為370 t。

我們首先考慮采用預(yù)制、起重船水上吊裝的方案，但在印尼沒有足夠的大型浮吊實(shí)施，如從境外調(diào)遣，成本會(huì)很高。若采取沉箱浮運(yùn)的方法，當(dāng)?shù)赜譄o能夠預(yù)制、出運(yùn)大型構(gòu)件的預(yù)制廠。若在施工現(xiàn)場陸域開挖基坑預(yù)制，然后放水以沉箱浮運(yùn)的方法安裝，又有進(jìn)水塔太高（10.5 m），開挖浮運(yùn)通道（近岸水淺、且為珊瑚礁）困難、且時(shí)間長的難題。

綜合以上情況，結(jié)合管涵安裝需用的300 t起重船，我們經(jīng)過仔細(xì)考慮，最終制定了起重船起吊和沉箱浮運(yùn)相結(jié)合的方案：

1）在施工現(xiàn)場護(hù)岸外側(cè)以最佳的出運(yùn)航道為條件確定浮運(yùn)平臺(tái)位置。最終確定在護(hù)岸外側(cè)修建0.5 m高程的浮運(yùn)平臺(tái)，航道水深在最高潮位時(shí)最小4 m，當(dāng)?shù)刈罡叱蔽粸?.5 m。進(jìn)水塔沒入水中部分產(chǎn)生浮力為157 t，再配合300 t固定式浮吊起吊，可以滿足出運(yùn)。高潮時(shí)，水深也能滿足浮吊的進(jìn)位要求。

2）浮運(yùn)過程中，按照傾覆穩(wěn)定性計(jì)算，采取壓水措施后，傾覆穩(wěn)定能夠滿足要求。

3 工藝實(shí)施

3.1 浮運(yùn)平臺(tái)修筑及進(jìn)水塔預(yù)制

該水域潮位變化在0.5～2.5 m之間，浮運(yùn)平臺(tái)利用塊石修筑，上鋪碎石墊層，用反鏟挖機(jī)在最低潮位時(shí)進(jìn)行整平，高程為0.5 m。同時(shí)趁最低潮位時(shí)，利用挖機(jī)將散落在平臺(tái)外側(cè)的塊石清理掉。因浮運(yùn)平臺(tái)長期位于水下，如果全部預(yù)制在浮運(yùn)平臺(tái)上預(yù)制，大部分工作將趕潮水作業(yè)，嚴(yán)重拖延工期。所以我們?cè)诟∵\(yùn)平臺(tái)旁邊較高位置再修建一塊預(yù)制平臺(tái)，進(jìn)水塔第一層在預(yù)制平臺(tái)預(yù)制完成后，由電廠已有的250 t履帶吊車，吊放在浮運(yùn)平臺(tái)上，在浮運(yùn)平臺(tái)上，繼續(xù)接高預(yù)制進(jìn)水塔，直至完工。

因進(jìn)水塔高近 11 m，接高預(yù)制時(shí)須沿周邊搭設(shè)圍護(hù)腳手架。腳手架按照常規(guī)雙排搭設(shè)，通道及施工層面滿鋪木跳板，上下設(shè)通道。腳手架按規(guī)定設(shè)連墻點(diǎn)。

整個(gè)進(jìn)水塔在預(yù)制完成并達(dá)到100 %的強(qiáng)度方可出運(yùn)。

3.2 起吊、出運(yùn)

預(yù)制完畢后，進(jìn)水塔準(zhǔn)備起吊、出運(yùn)、安裝。因吊裝、出運(yùn)需利用進(jìn)水塔在水中的部分浮力，所以進(jìn)水塔預(yù)制完畢后，底部側(cè)面引水管起始端需用鋼板臨時(shí)封堵，要確保進(jìn)水塔出運(yùn)時(shí)，不漏水。

起吊出運(yùn)選在3個(gè)月的最大高潮位時(shí)進(jìn)行，最高潮位2.5 m，起重船完成各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，由拖輪及自身錨纜進(jìn)位?？拷鲞\(yùn)平臺(tái)，大鉤起吊進(jìn)水塔使其脫離預(yù)制平臺(tái)，緩緩?fù)Ｓ蚍较蛞瞥龊?，大鉤松力至受力約50 t狀態(tài)。

1）起重船選擇

起吊出運(yùn)時(shí)，趁高潮位時(shí)進(jìn)行。按2.5 m潮位計(jì)算，則進(jìn)水塔沒在水中的高度為2 m，所產(chǎn)生的浮力為 157 t，原構(gòu)件為 370 t重，減去浮力后為213 t。

安裝時(shí)，整個(gè)進(jìn)水塔將全部沒入水中后，產(chǎn)生浮力為148 t，減去浮力后構(gòu)件為222 t，所以起重吊裝應(yīng)以222 t考慮船機(jī)設(shè)備。

根據(jù)300 t浮吊性能參數(shù)，起重船吊重等完全滿足要求，滿載時(shí)吃水為2.25 m，航道最高潮位時(shí)水深（4 m）也滿足其吃水要求，平臺(tái)靠海側(cè)的寬度也能滿足船舶進(jìn)位要求。

2）起吊鋼絲繩計(jì)算

進(jìn)水塔吊裝采用四點(diǎn)吊，吊點(diǎn)位置及吊環(huán)設(shè)置按照設(shè)計(jì)要求預(yù)埋，鋼絲繩采用4根等長鋼絲繩，鋼絲繩與垂直線的夾角為 30°。最大吊重時(shí)，每根鋼絲繩受拉力為：

根據(jù)建筑施工計(jì)算手冊(cè)表13-6，6股61絲，直徑83 mm，公稱抗拉強(qiáng)度為1 550 kN/mm2的鋼絲繩，破斷總拉力不小于4 005 kN。鋼絲繩選取滿足要求。

3.3 進(jìn)水塔在水中的穩(wěn)定性驗(yàn)算

進(jìn)水塔在水中浮運(yùn)時(shí)，須考慮其傾覆穩(wěn)定性問題。進(jìn)水塔重心高度計(jì)算見表1。

表1 沉箱重心高度計(jì)算

通過對(duì)進(jìn)水塔底部側(cè)面進(jìn)行封堵后，其從最底部計(jì) 6.95 m高度內(nèi)為不透水狀態(tài)，進(jìn)水塔整體重為370 t，在水中沒入4.95 m時(shí)產(chǎn)生的浮力即可達(dá)到平衡狀態(tài)，故可以起浮。但按此狀態(tài)計(jì)算傾覆穩(wěn)定性，定傾高度h=ρ-A=-0.581<0.2 m，如果在進(jìn)水塔筒身內(nèi)灌水1.0 m后，此時(shí)沉箱吃水5.95 m，浮心高2.975 m，重心高3.72 m，干舷高1 m。

偏心距 A=4.47-2.975=0.745；慣心距I=9.84π/64=453；定傾半徑 ρ=I/V=453/449=1.009；定傾高度h=ρ-A=0.264>0.2 m，穩(wěn)定滿足要求。

因進(jìn)水塔離安裝現(xiàn)場距離較近，且進(jìn)水塔在出預(yù)制平臺(tái)后，起重船吊著（大鉤處受力狀態(tài)），然后在筒身內(nèi)先灌水 1 m高，用纜繩與起重船固定，拖輪緩慢拖運(yùn)至安裝現(xiàn)場，所以在運(yùn)輸過程中的傾覆穩(wěn)定性沒有問題。

3.4 安裝

安裝時(shí)，以工作船作為定位船使用。測量棱鏡放置于工作船，由岸上全站儀定出安裝位置。進(jìn)水塔運(yùn)至施工現(xiàn)場后，根據(jù)安裝位置，由拖輪輔助拋錨就位。另根據(jù)預(yù)先設(shè)置在進(jìn)水塔頂部的定位標(biāo)桿，精確控制安裝位置及角度。起重船大鉤緩慢下落，為避免進(jìn)水塔沒入水中時(shí)大鉤受力突然加大，在進(jìn)水格柵進(jìn)入水中時(shí)大鉤先暫停下落，等水充滿進(jìn)水塔后，大鉤再繼續(xù)下落，直至進(jìn)水塔坐落于拋石基床上。因存在水流影響，進(jìn)水塔要超前下落，位置不正確時(shí)，可反復(fù)調(diào)整，直至滿足要求。

圖1 進(jìn)水塔安裝船機(jī)布置

1）沉箱安裝施工前準(zhǔn)備

施工技術(shù)人員對(duì)工作船舶及施工人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)、安全交底。

對(duì)進(jìn)水塔安裝過程中每一條船的站位，都有詳細(xì)計(jì)算，并繪制船舶定位圖。

沉箱安裝吊索選用4根等長的鋼絲繩，每根鋼絲繩長度為10 m，起重能力在100 t。

2）沉箱安裝流程

起重船至進(jìn)水塔預(yù)制基坑外側(cè)水域拋錨。

利用起重船調(diào)離預(yù)制平臺(tái)，筒內(nèi)灌水1 m，確保進(jìn)水塔在水中穩(wěn)定，大鉤處受力狀態(tài)，由拖輪拖運(yùn)至施工現(xiàn)場。

定位船進(jìn)點(diǎn)定位，確定進(jìn)水塔位置。

起重船拋錨進(jìn)點(diǎn)，吊著進(jìn)水塔向安放位置緩緩移位。

待進(jìn)水塔至安裝位置后向筒內(nèi)灌滿水，慢慢下放，直至完全坐落在安裝位置上。

測量檢測進(jìn)水塔安放位置，無誤后鋼絲繩卸扣。

4 結(jié) 語

本工程充分利用現(xiàn)有施工條件，通過分節(jié)預(yù)制、起重船起吊、半浮運(yùn)半起吊，克服工期緊張、施工設(shè)備不足及施工條件差的困難，圓滿完成任務(wù)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。