溫仲奎

(浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司,浙江 寧波 315000)

1 問(wèn)題的提出

浮運(yùn)箱涵式水閘閘室為鋼筋混凝土預(yù)制箱涵式結(jié)構(gòu),浮運(yùn)沉放。由于基本不用修筑圍堰、現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間短,和傳統(tǒng)的水閘相比,具有經(jīng)濟(jì)、工期短等特點(diǎn)。浮運(yùn)水閘的關(guān)鍵施工工序是混凝土箱涵的預(yù)制、下水和浮運(yùn)沉放。

2005年,我公司承建浙江舟山東港二期圍涂工程,該工程包含2座3孔×2.5m的浮運(yùn)鋼筋混凝土整體箱涵式水閘。水閘箱涵的預(yù)制和下水,一般需要在船塢或具有下水條件的專用場(chǎng)地施工。受沿海修造船市場(chǎng)的影響,船塢租費(fèi)高漲,而且難以租到便于組織施工的船塢,如果沿用租船塢建造箱涵這一思路,不但要付出較大的經(jīng)濟(jì)支出,還要承擔(dān)工期延誤的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)研究,參照浮船塢的原理,開(kāi)發(fā)出在甲板駁船上預(yù)制箱涵的施工工藝。

2 工藝原理

在甲板駁船上預(yù)制箱涵的施工工藝原理:以具有一定承載能力的甲板駁船作為施工平臺(tái),在其上預(yù)制混凝土箱涵,待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度,將甲板船拖至箱涵下水地點(diǎn),向船艙內(nèi)注水使其沉入水下,使箱涵浮起,然后浮運(yùn)沉放于水閘基礎(chǔ)上。低潮時(shí)抽去甲板船艙內(nèi)水,使其浮起。

3 施工工藝要點(diǎn)

3.1 甲板駁船的選擇

根據(jù)預(yù)制箱涵的尺寸、重量選擇合適的船體作為預(yù)制平臺(tái)。船體應(yīng)為型深小、船底和甲板起拱較小的甲板船。

東港二期水閘工程,擬同時(shí)預(yù)制2種箱涵見(jiàn)表1,總重7680 kN。經(jīng)綜合分析,選用了排水量1251 t,長(zhǎng)53 m,型寬15m,型深2.3 m,設(shè)計(jì)吃水1.65 m,甲板承載能力為25 kPa的沿海無(wú)動(dòng)力甲板海駁,作為預(yù)制平臺(tái)。甲板布置見(jiàn)圖1。

圖1 甲板平、剖面布置示意圖 單位:cm

3.1.1 甲板承載能力驗(yàn)算

4800÷ (20.8×9.4)=24.5 kPa≤25 kPa

2880÷ (12.7×9.4)=24.1 kPa≤25 kPa

箱涵對(duì)甲板的壓力均小于甲板的承載能力,滿足要求。

3.1.2 預(yù)制平臺(tái)穩(wěn)定性驗(yàn)算

預(yù)制平臺(tái)滿載重心計(jì)算見(jiàn)表1[1]。

表1 船體滿載重心計(jì)算表

預(yù)制平臺(tái)滿載穩(wěn)性驗(yàn)算:根據(jù)船舶技術(shù)資料經(jīng)計(jì)算,結(jié)果如下[1]:

排水量 Δ=11287÷9.8=1152 t

平均吃水d=1.53 m

船首吃水df=1.43 m

船尾吃水df=1.63 m

橫穩(wěn)性距基線 Zm=14.12 m(縱穩(wěn)性距基線 Zml=167.1 m)

重心距基線Zg=3.35 m

橫向定傾高度h0=Zm-Zg=10.77 m(縱向定傾高度h01=163.75 m)

參照躉船滿載時(shí)的浮游穩(wěn)性要求,一般要求 h0≥0.6 m,因此該預(yù)制平臺(tái)船體滿載穩(wěn)性符合要求。

3.2 箱涵預(yù)制

箱涵混凝土應(yīng)優(yōu)先選用商品混凝土、泵送入倉(cāng),既可簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)的臨時(shí)設(shè)施,又能保證混凝土的供應(yīng)強(qiáng)度和質(zhì)量。

3.2.1 選擇預(yù)制停泊地點(diǎn)

應(yīng)考慮以下因素:①陸路交通便利,便于運(yùn)輸混凝土、模板等材料和工具;②可方便地形成上、下預(yù)制平臺(tái)(船)的臨時(shí)碼頭,且風(fēng)浪小;④涂面為泥質(zhì)或沙質(zhì)底質(zhì),當(dāng)?shù)统逼脚_(tái)擱淺時(shí)可保證船底安全;⑤距離工地較近,東港二期水閘預(yù)制停泊地點(diǎn)選在距水閘3 km的某碼頭。

3.2.2 預(yù)制平臺(tái)停泊就位

一側(cè)拋錨固定,一側(cè)系纜與碼頭固定。低潮擱淺、高潮漂浮。船舷設(shè)置橡膠防護(hù)體。

3.3.3 預(yù)制箱涵平面布置和甲板找平

預(yù)制箱涵平面布置和甲板齊平,見(jiàn)圖1。

3.3.4 混凝土箱涵預(yù)制

按常規(guī)施工方法預(yù)制混凝土箱涵,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):①為防止箱涵與底模混凝土粘結(jié)在一起,應(yīng)在底模上鋪1層瀝青油氈作為隔離層;②箱涵應(yīng)分3層澆筑:底板—墻體(閘敦)—頂板。每層混凝土澆筑后,利用安裝上層模板、鋼筋的時(shí)間加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),保濕養(yǎng)護(hù)不少于10 d。在澆筑上部混凝土?xí)r,底板混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%,目的是利用底板的承載能力,使傳遞到甲板的施工荷載“均布化”。

3.3.5 混凝土箱涵封口

當(dāng)箱涵混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%時(shí),按設(shè)計(jì)要求,對(duì)箱涵上下游端面封口。當(dāng)頂部混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%,拆除模板,準(zhǔn)備下水。

3.3 箱涵下水

3.3.1 準(zhǔn)備工作

3.3.1.1 選擇下水地

選擇下水地見(jiàn)圖2[1],按下原則選擇:

平臺(tái)沉入水底,高潮時(shí)箱涵可浮起,需要的最小水深Hc:

Hc=平臺(tái)船體型深D+甲板起拱高度f(wàn)+混凝土底模厚度h+箱涵吃水深度d+富裕水深hp

富裕水深 hp可取0.5～0.75 m。

對(duì)應(yīng)的下水地涂面高程=當(dāng)天高潮位-Hc

圖2 下水地選擇水深計(jì)算圖 單位:m

低潮時(shí),已沉入海底的平臺(tái)甲板排水口可出露,最大水深Hf:

Hf=平臺(tái)船體型深D-安全高度P

安全高度 P可根據(jù)風(fēng)浪大小、涂面傾斜程度等因素,取1.0～2.0 m。

所需要的高、低潮潮差△H=Hc-Hf

若實(shí)際潮差小于△H,則應(yīng)接高抽水口。接高高度H抽水孔≥△H-實(shí)際潮差。

下水地應(yīng)為泥質(zhì)涂面,地表坡向平緩,且潮流比較小,以防止作業(yè)時(shí)平臺(tái)移位過(guò)大而使水深條件超過(guò)預(yù)計(jì)。

臨近工地,有系纜條件,人員上下岸方便。3.3.1.2 預(yù)制平臺(tái)船艙、甲板改造

將原機(jī)艙以鋼板焊接,達(dá)到水密。其余船艙分為容積基本相等前后2大艙段,每艙段中,在艙壁上、下各開(kāi)一15 cm×15 cm孔連通所有船艙,開(kāi)孔時(shí)的應(yīng)避開(kāi)龍骨和肋梁。在甲板的前后艙段的左右兩側(cè),將原甲板人孔改裝成4個(gè)抽水孔 (見(jiàn)圖1),抽水孔接高高度按前款計(jì)算。甲板上的其他空洞按水密要求焊接密封。對(duì)甲板上的原錨機(jī)按水密要求用3 mm鋼板焊接密封。甲板上其他可移動(dòng)設(shè)施移除。艙內(nèi)所有鐵件應(yīng)進(jìn)行防銹處理。3.3.1.3 設(shè)備、器材準(zhǔn)備

根據(jù)預(yù)制平臺(tái)的艙容、體形,計(jì)算下沉、打撈的灌水/抽水量,然后以趕潮作業(yè)時(shí)間計(jì)算灌水/抽水強(qiáng)度、選定水泵型號(hào)和數(shù)量。就東港水閘工程,設(shè)備、器材如下[1]:

自航式開(kāi)底駁 (作為拖輪用),240馬力2艘;拋錨艇兼交通船1艘;柴油發(fā)電機(jī)(利用拖輪上的設(shè)備),50 kW 1臺(tái);潛水泵,7.5 kW、φ 150 mm 8臺(tái) (配電箱、電纜配套);潛水泵管道,φ 150 mm 200 m;尼龍纜繩,φ 22 mm、60 m/根,360 m(用于系平臺(tái)、箱涵和箱涵定位);手拉葫蘆,5 t 4只。

3.3.1.4 箱涵上的準(zhǔn)備工作

在箱涵兩側(cè)面的上下游畫水位標(biāo)尺,并在箱涵頂部標(biāo)示定位軸線、設(shè)置定位標(biāo)志,再安裝箱涵頂部的系纜柱。

3.3.2 箱涵下水

選擇大潮期間,風(fēng)浪比較小的時(shí)段進(jìn)行作業(yè)。

用2艘拖輪將預(yù)制平臺(tái)拖至選定的下水地,系纜(或拋錨)固定。一般浙江沿海低潮到高潮約需6～6.5 h,因此在開(kāi)始漲潮時(shí),由4個(gè)抽水孔向平臺(tái)艙內(nèi)灌水,使平臺(tái)緩慢下沉,直至觸底。應(yīng)注意使平臺(tái)船頭、船尾水平下沉(調(diào)節(jié)前后艙段的注水量)。潮水上漲到一定潮高,箱涵浮起,用拖輪將其浮運(yùn)安放或暫時(shí)移位系舶,等待下一個(gè)高潮安放。

3.3.3 打撈預(yù)制平臺(tái)

落潮后,抽水孔露出水面,將6臺(tái)潛水泵放入艙內(nèi)抽水,直至平臺(tái)浮起。繼續(xù)抽干艙內(nèi)海水,并以淡水沖洗、清理船艙。

3.4 箱涵浮運(yùn)安放

安裝前,應(yīng)對(duì)水閘基坑驗(yàn)收,在基坑2個(gè)方向設(shè)置測(cè)量定位基準(zhǔn),對(duì)進(jìn)基坑的航道進(jìn)行清理。

箱涵浮起后,用2艘拖輪將其浮運(yùn)至閘基坑安放。

箱涵送入基坑后,用4根纜繩各連接1只5 t手拉葫蘆,分別固定在箱涵4角的系纜柱上,然后通過(guò)手拉葫蘆收放錨繩,使水閘準(zhǔn)確定位,固定。退朝后,水閘箱涵置于墊層上,再檢查水閘位置,如定位準(zhǔn)確,立即拆除封口木板,否則,在第2次高潮時(shí)重新定位,見(jiàn)圖3[1]。

圖3 箱涵安放平面簡(jiǎn)圖

3.5 質(zhì)量控制注意事項(xiàng) (與常規(guī)施工方法相比)

(1)由于預(yù)制平臺(tái)是浮在水面上或擱淺在涂面上,甲板為傾斜狀態(tài),因此在澆筑甲板C15混凝土找平層時(shí),采取測(cè)量措施,保證找平面為一平面。同時(shí)在該平面上設(shè)置相互垂直的測(cè)量基準(zhǔn)線。箱涵立模時(shí),保證箱涵平面與基準(zhǔn)面平行、箱涵立面與基準(zhǔn)面垂直,以此保證箱涵的體形方正。

(2)支模、澆筑混凝土一般在船擱淺和風(fēng)浪小時(shí)施工,遇風(fēng)浪大,平臺(tái)擺動(dòng)較大,應(yīng)暫停施工。

(3)模板與其支撐應(yīng)連接成一體,具有一定的空間整體性,以抵抗船體的擺動(dòng)造成的不利影響。

(4)箱涵基礎(chǔ)墊層必須找平。

(5)由于箱涵基礎(chǔ)處理方法不同,某些項(xiàng)目要預(yù)留沉降量。

(6)箱涵初步定位后,在退潮過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)留1組施工人員觀察,發(fā)現(xiàn)偏移及時(shí)調(diào)整,直至箱涵落底。最低潮時(shí),復(fù)測(cè)箱涵的軸線、高程、安裝的平整度,符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后,及時(shí)拆除上下游的封口板、回填兩側(cè)土石體。箱涵兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱回填,同時(shí)注意不能碰撞箱涵。

3.6 安全注意事項(xiàng) (與常規(guī)施工方法相比)

(1)應(yīng)觀察作業(yè)區(qū)潮流情況,研究潮流對(duì)箱涵下水、拖運(yùn)、沉放的影響,采取相應(yīng)措施。

(2)注意風(fēng)浪、潮汐預(yù)報(bào),選定良好的作業(yè)時(shí)段。

(3)拖運(yùn)前制訂詳盡的拖、沉、浮、安裝方案。核驗(yàn)箱涵的實(shí)際重量、吃水,施工平臺(tái)的實(shí)際載重、吃水,航道的水深等,選定沉放地點(diǎn)。全面檢查所用設(shè)備、機(jī)具的安全狀況。

(4)臺(tái)風(fēng)期施工,應(yīng)編制防臺(tái)預(yù)案。

4 應(yīng)用實(shí)例

本工藝于2005年首先在浙江舟山東港二期圍涂工程2座水閘的施工中開(kāi)發(fā)成功。隨后,于2006,2007年又分別在舟山東港一期水閘改建工程、舟山六橫涼帽潭二期圍涂水閘工程得以應(yīng)用。

舟山東港開(kāi)發(fā)二期圍涂工程2座水閘分別位于該圍涂工程二期順堤的0+868,2+209 m處,為3級(jí)建筑物。閘址處涂面高程-2.2,-1.7 m,地基為13 m厚的淤泥質(zhì)軟土地基,地基處理方法是與圍涂大堤相同的塑料排水板+堆載預(yù)壓法。閘室泄流孔為鋼筋混凝土整體箱涵,閘底板設(shè)計(jì)高程-2.0 m。以箱涵為基礎(chǔ),上部建有3層水閘管理房[2]。

2座水閘閘基處理于2004年7月、10月完成塑料排水板插設(shè),后與海堤同步拋石預(yù)壓。拋填至3.1 m高程后,再預(yù)壓3個(gè)月,開(kāi)挖水閘基坑,完成水閘箱涵基礎(chǔ)工程。采用本文所述施工工藝分別于2005年10月、12月浮運(yùn)安裝了2座水閘預(yù)制混凝土箱涵。安裝箱涵時(shí),預(yù)留了50 cm的沉降量。箱涵安裝后,吊裝閘門板,現(xiàn)澆截水墻、擋土翼墻,然后施工上部檢修室、啟閉室、下游泄水建筑物,最后進(jìn)行啟閉機(jī)和機(jī)電設(shè)備安裝。2006年11月21日,水閘工程完工。經(jīng)過(guò)2年多的正常運(yùn)行,2009年7月13日,通過(guò)了浙江省圍墾局組織的竣工驗(yàn)收,工程質(zhì)量核定為優(yōu)良。

[1]溫仲奎,謝遠(yuǎn)富,劉鵬舉,等.舟山東港二期圍涂工程水閘施工方案[R].寧波:浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)股份有限公司,2005.

[2]葉建國(guó).舟山東港二期圍涂工程水閘設(shè)計(jì)圖[R].舟山:舟山市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院,2005.