300t異形素混凝土方塊水上吊裝施工技術

王春生 任思光 譚博文 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概況

唐山港曹妃甸港區通用散貨泊位三期工程水工結構工程位于曹妃甸一港池西岸，岸線總長1217.8m，其中南北向碼頭主體段長度855m，工作船泊位岸線長158.5m，北端東西向直立護岸204.3m。

在主體泊位與工作船泊位連接處、工作船泊位與直立護岸連接處以及直立護岸與曹妃甸沉箱預制場連接處，均采用素混凝土方塊連接。混凝土方塊共26塊，其中主體段與工作船泊位拐角處8塊，平面形狀為不規則五邊形，單塊重293t和303t兩種，工作船與直立護岸拐角處3塊，單塊重230t和235t兩種，直立護岸與曹妃甸沉箱預制場連接處15塊，單塊重145t。

2.方塊預制場地及吊裝工藝確定

為避免方塊二次倒運增加成本，計劃所有方塊一次預制完成，安裝時采用公司自有的1600t全回轉起重船起重28進行吊裝。

結合現場條件，方塊預制場地選兩處，重量230t以上的11塊大方塊，采用通用散貨二期5#泊位北端60m岸線前沿作預制場地，共布設兩排底胎。安裝時，由起重28吊裝至運輸船上，再運輸至現場安裝。剩下重量145t小方塊采用起重28駐位于曹妃甸預制場地連墻碼頭前沿，起吊方塊后通過絞錨，直接由起重28安裝方塊。

預制場設計時，應結合起重28的起重性能曲線圖，確保起重船可直接起吊后裝船。

大方塊預制施工場地的最遠處底胎距離碼頭前沿34m，最遠方塊起吊總重329t（大方塊、吊索具重量與粘結力之和），起重28靠散貨泊位二期工程碼頭前沿起吊方塊時，回轉中心距碼頭前沿16m，則吊裝期間吊距最大50m；查詢1600t全回轉起重船參數，當起吊幅度為60m時，采用主鉤固定尾吊吊重為420t＞329t，吊起方塊后揚起起重臂切換至回轉吊模式作業，預制場設計滿足起重船作業半徑要求。

小方塊預制場最遠處方塊重距碼頭前沿44.6m，距起重28回轉中心60.6m；查詢1600t全回轉起重船參數，當起吊幅度為70m時，采用小鉤固定尾吊吊重為300t＞155t（小方塊、吊索具重量與粘結力之和），吊起方塊后揚起起重臂切換至回轉吊模式作業，預制場設計滿足起重船作業半徑要求。

圖1 吊鉤幅度與起重量關系圖

3.工藝難點分析

（1）預制方塊單塊重量大，且為不規則多邊形，屬于大型預制構件起重吊裝，對起重船性能要求高。

（2）方塊26塊中有12塊需潛水輔助安裝，即潛水員水下摘鉤，存在一定安全風險。

（3）方塊吊點設計是關鍵，150t以內方塊采用公司自有的兩個100t馬腿吊裝，230t以上的大方塊采用4根鋼絲繩8點吊裝，必須要滿足規范要求和有相應的計算書，驗收時重點檢查吊環的埋設位置，制作吊環用的圓鋼由物資進行取樣檢測，合格后方可使用。

4.方塊水上吊裝施工工藝研究

考慮到本工程方塊形狀多樣，尺寸不一，數量并不多，因此方塊預制采用組合鋼模板拼裝成大片模板，[10做橫豎連桿，M24對拉螺栓進行加固；混凝土施工重點做好混凝土養護和防裂，預制工藝在此不做贅述。

4.1 方塊吊裝參數設計

4.1.1 大方塊（D～I型）吊裝參數

本工程230t以上方塊采用直徑80 mm～85 mm吊環8點吊裝，其中D、E、F型方塊（293t～303t）采用直徑85mm吊環，G、H、I型方塊（230t～235t）采用直徑80mm吊環，吊環布置圖如圖2。

方塊的吊環位置設計方法：根據形心計算規則，將不規則多邊形的形心找出，方法為將多邊形從兩個方向分別劃分為兩個三角形，或一個三角形和一個四邊形，將這兩個方向的三角形形心連線，連線的交點即為多邊形的形心；然后通過該形心將多邊形分為8個小三角形，將每個三角形形心找出，該8個小三角形的形心位置即為吊環設置位置。

D～I型方塊最大重量為F型，素混凝土單重303 t，吊環共計8個，單重310 kg，共計2.48 t，方塊總重量305.48 t。根據《重力式碼頭設計與施工規范》（JTS 167-2-2009）的3.2.14條，在方塊與底胎之間黏結力無實測資料時，可取5 kPa，故方塊起吊最大重量為305.48×9.8+5×46.2=3225kN。

圖2 大方塊（D～I型）吊點布設圖

經計算，選取直徑82mm，鋼絲公稱抗拉強度1770MPa的鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩最小破斷拉力=4240kN＞3225 kN。連接鋼絲繩與吊環的卡環，選擇85噸弓形卸扣，共8個。

4.1.2 小方塊（A、B、C型）吊裝參數

本工程145 t 方塊采用公司自有的兩個100 t 馬腿吊裝，可吊重1960kN。

A、B、C 型方塊最大重量為A2，單重144.9 t，根據《重力式碼頭設計與施工規范》（JTS 167-2-2009）的3.2.14條，在方塊與底胎之間黏結力無實測資料時，可取5 kPa，故方塊起吊最大重量為144.9×9.8+5×4.38×4.5=1518.57kN＜1960kN，選用馬腿滿足要求。

4.2 主要工序施工工藝

4.2.1 大方塊（D～I型）安裝

（1）起重28及運輸船駐位。起重28由拖輪拖運至通用散貨二期5#泊位前沿，垂直于碼頭駐位，起重28左前舷、船頭中間、右前舷通過纜繩纜至碼頭前沿系船柱上，后錨拋兩口，通過絞纜繩來進行向前和左右移船，通過絞錨向后撤。起重28駐位完成后，運輸船自航至起重28右舷傍靠，纜繩帶緊至起重28系船樁上，運輸船在駐位之前將甲板上滿鋪20cm厚碎石，以減輕方塊對甲板的局部壓力。

（2）起重人員掛鉤起吊。起重人員將卡環與吊環逐個連接并擰緊后，起重指揮人員指揮起重28開始帶緊鋼絲繩，檢查4根鋼絲繩連接是否正確，確認無誤后作業人員即可下離方塊，現場起重指揮人員指揮起重28起吊作業，在正式吊起之前先進行試吊，將方塊起吊1m停滯1分鐘，觀察方塊和吊環的穩定性，穩定后將方塊吊運至運輸船上。

運輸船上方塊由中間向兩側對稱碼放，每側采用2個三角木楔子從底口加固，防止方塊滑動。

（3）方塊運輸、起重28重新駐位。方塊全部裝至運輸船上之后，起重28由拖輪拖運至待安裝位置前沿，頂靠安裝位置駐位，左前舷和右前舷可通兩根纜繩纜至已安裝的沉箱上，后錨拋兩口，通過絞纜繩來進行向前和左右移船，通過絞錨向后撤。

起重28駐位完成后，運輸船自航至起重28右側傍靠，纜繩帶緊至起重28系船樁上。

（4）起重28起吊安裝方塊。運輸船駐位后，由起重指揮人員指揮起重工再次掛鉤，起重28起吊方塊，旋轉至待安裝位置后緩緩將方塊下放，測量人員準備定位，待方塊頂面距全部入水差50cm時，測量人員上方塊，利用兩側已安裝沉箱采用鉛垂線法進行方塊定位，精確定位后起重船垂直下放方塊。

底層方塊安裝之前，在基床上方塊前沿線外側50mm處間距1m設置400＊400＊100混凝土墊塊作為方塊安裝的水下基準線，潛水人員探摸該墊塊，方塊底部距墊塊距離在0～100mm時，方塊安裝合格。

中間層方塊安裝時，潛水人員水下量測上下層方塊前沿的錯臺，錯臺小于30mm時合格，大于30mm時，水下電話通知船上潛水人員，進行方塊調整，直至合格為止，隨后由潛水人員進行水下拆卸卡環。卡環全部拆卸后，潛水員出水上船，起重28起鉤準備安裝下一塊。

頂層方塊安裝直接由測量人員采用GPS定位根據測量控制數據精確定位，起重作業人員輔助安裝。

4.2.2 小方塊（A、B、C型）安裝

曹妃甸預制場地連墻碼頭前沿水深-5.0m，直立護岸前沿港池水深設計為-6.0m。曹妃甸在7月份潮位在+0.7m至+3.0m之間，起重28空載吃水3.26m，滿載吃水4.8m，因此無論是高潮低潮，均可進行該處方塊的安裝施工。

（1）起重28駐位。起重28垂直預制場地連墻碼頭駐位，左前舷和右前舷可通兩根纜繩纜至預制場地連墻碼頭的系船柱上，后錨拋兩口，通過絞纜繩來進行向前和左右移船，通過絞錨向后撤。

（2）起重人員掛鉤起吊。每個方塊設置2個馬腿，2個起重工輔助起重28進行馬腿安裝。下放馬腿時，吊鉤應緩慢停落在欲吊方塊上方，起重人員將兩馬腿緩慢插入方塊預留的馬腿盒內，待馬腿降落至指定高度后，起重人員將馬腿扭轉90度置于馬腿盒中間位置并扶穩，指揮起重船緩慢收緊吊鉤，確認馬腿安裝正確后，作業人員即可下離方塊。現場起重指揮人員指揮起重28起吊作業，在正式吊起之前先進行試吊，將方塊起吊1m停滯1分鐘，觀察馬腿的穩定性。馬腿穩定則將方塊吊運至現場進行安裝。

圖3 異形大方塊水上吊裝

（3）現場安裝。起重28先絞后方兩口錨，撤出碼頭前沿一段距離后，絞左前纜使起重28靠近待安裝方塊位置，當起重28吊運方塊至待安裝位置正上方后，停止所有絞纜和絞錨，并帶緊纜繩。然后起重28緩緩將方塊下放至待安裝位置，測量人員準備定位，定位方式與大方塊相同。

方塊安裝合格后，潛水人員進行水下方塊的馬腿拆除，起重工進行水上方塊的馬腿拆除，直至所有方塊安裝完成。

5.結語

曹妃甸通用散貨泊位三期工程中，通過對大體積異形素混凝土方塊水上吊裝的施工技術難點研究分析，制定出對應的技術方案，最終安全順利地完成所有方塊水上吊裝。

本工程中300 t 異形方塊采用1600t起重船8點吊，重點是吊點位置和吊裝參數的設計選取，也是確保本質安全的技術措施；150t方塊采用100t馬腿雙點吊，可在保證安全的同時，節省吊環費用。

通過本工程對于大型方塊水上吊裝工藝的研究和應用，我公司對方塊結構碼頭施工技術有了更廣更深的理解和掌握，這也為今后承擔類似工程，積累了更多的施工經驗和施工技術，更多更廣地利用公司現有船機設備，大膽地進行技術實踐，去為公司創造價值。